JP5091081B2 - Method and apparatus for measuring surface charge distribution - Google Patents

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Description

この発明は、表面電荷分布測定方法およびこの測定方法を実施するための測定装置に関する。   The present invention relates to a surface charge distribution measuring method and a measuring apparatus for carrying out this measuring method.

複写機やレーザプリンタといった電子写真方式の画像形成装置では、画像の出力に際して、通常、以下の作像工程を経る。   In an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer, the following image forming process is usually performed when an image is output.

a.光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
b.感光体に光を照射して光導電性により静電潜像を形成する露光工程
c.帯電したトナー粒子を用いて、感光体上に可視画像を形成する現像工程
d.現像された可視画像を紙片等の転写材に転写する転写工程
e.転写された画像を転写材上に融着・固定する定着工程
f.可視画像転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング工程
g.感光体上の残留電荷を除電する除電工程 。
a. Charging process for uniformly charging photoconductive photoconductors
b. An exposure process in which an electrostatic latent image is formed by photoconductivity by irradiating light to a photoreceptor.
c. Development process for forming a visible image on a photoreceptor using charged toner particles
d. Transfer process to transfer the developed visible image to a transfer material such as a piece of paper
e. Fixing process that fuses and fixes the transferred image onto the transfer material
f. A cleaning step of cleaning residual toner on the photoreceptor after transfer of the visible image; g. A neutralization process for neutralizing residual charges on the photoreceptor.

これら工程それぞれでのプロセスファクタやプロセスクオリティは、最終的な出力画像の品質に大きく影響を与える。近年は、高画質に加え、高耐久性、高安定性、さらには省エネルギ化など環境に優しい作像プロセスの要求がより高まって来ており、各工程のプロセスクォリティの向上が強く求められている。   The process factor and process quality in each of these processes greatly affect the quality of the final output image. In recent years, in addition to high image quality, there has been an increasing demand for environmentally friendly imaging processes such as high durability, high stability, and energy saving, and there is a strong demand for improving the process quality of each process. Yes.

作像工程において、帯電・露光により感光体上に形成される静電潜像は「トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクタ」であり、感光体上における静電潜像の品質評価が重要となる。感光体上の静電潜像を観測し、その結果を設計にフィードバックすることにより、帯電工程や露光工程のプロセスクォリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギ化のさらなる向上が期待できる。   In the image forming process, the electrostatic latent image formed on the photoconductor by charging / exposure is a “factor that directly affects the behavior of the toner particles”, and it is important to evaluate the quality of the electrostatic latent image on the photoconductor. Become. By observing the electrostatic latent image on the photoconductor and feeding back the results to the design, it is possible to improve the process quality of the charging and exposure processes, resulting in improved image quality, durability, stability, and savings. Further improvement in energy can be expected.

しかしながら、光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像は測定することが極めて困難である。   However, it is extremely difficult to measure an electrostatic latent image formed on a photoconductive photoreceptor by charging and exposure.

電位分布の測定方法として、従来から「カンチレバーなどのセンサヘッドを、電位分布の形成された試料に近づけ、そのときの相互作用として生じる静電引力や誘導電流を計測して電位分布に換算する方式」が知られ、静電引力タイプの観測装置はSPM(scanning probe microscope)として市販され、誘導電流タイプは特許文献1、2等に開示されている。   As a method for measuring the potential distribution, the conventional method is to “close a sensor head such as a cantilever to a sample with a potential distribution, and measure the electrostatic attraction and induced current generated as an interaction at that time and convert it to a potential distribution. The electrostatic attraction type observation device is commercially available as an SPM (scanning probe microscope), and the induced current type is disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like.

これらの方式では、センサヘッドを試料に近接させる必要があり、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。   In these methods, the sensor head needs to be 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.

このような条件での測定は、
・絶対距離計測が必要となる。
Measurement under these conditions is
・ Absolute distance measurement is required.

・測定に時間がかかり、その間に潜像状態が変化する。   ・ Measurement takes time, and the latent image changes during that time.

・センサヘッドと試料との間の放電、吸着が起こる。   -Discharge and adsorption occur between the sensor head and the sample.

・センサ自身が電場を乱す。
といった問題を有し、実使用上静電潜像の適正な測定は極めて困難である。
・ The sensor itself disturbs the electric field.
In practice, it is extremely difficult to appropriately measure the electrostatic latent image.

静電潜像を現像してトナー像を形成し、得られるトナー像を紙やテープに転写させ、このトナー像により静電潜像の状態(品質)を測定する方法が考えられるが、この測定方法では、現像・転写のプロセスを経由して静電潜像の状態を間接的に観測することになり、静電潜像自体を測定することにならない。   A method of developing the electrostatic latent image to form a toner image, transferring the resulting toner image to paper or tape, and measuring the state (quality) of the electrostatic latent image with this toner image is considered. In the method, the state of the electrostatic latent image is indirectly observed through the development / transfer process, and the electrostatic latent image itself is not measured.

静電潜像の測定方法として、帯電特性、感光特性、暗減衰特性を表面電位計などで測定する方法が特許文献3に開示されている。しかし、特許文献3記載の測定方法では、得られる空間的分解能は、センチメートルあるいはミリメートルのオーダーに過ぎず、600dpi(1ドット:42μm)、1200dpi(1ドット:21μm)といった画像品質本来の要求されるミクロンオーダーの空間分解能に比べて何桁も悪く、静電潜像そのものの評価としては必ずしも十分と言えない。   As a method for measuring an electrostatic latent image, Patent Document 3 discloses a method of measuring a charging characteristic, a photosensitive characteristic, and a dark attenuation characteristic with a surface potential meter or the like. However, in the measurement method described in Patent Document 3, the spatial resolution obtained is only on the order of centimeters or millimeters, and the original image quality of 600 dpi (1 dot: 42 μm), 1200 dpi (1 dot: 21 μm) is required. Compared to the micron-order spatial resolution, it is many orders of magnitude worse and is not necessarily sufficient for evaluating the electrostatic latent image itself.

静電潜像や表面電荷分布に電子ビームを照射して静電潜像の測定を行うことは、特許文献4、5に記載されている。しかしながら、特許文献5記載の測定技術では、測定対象となる電荷分布を保持するものがLSIチップのごとき導体試料であり、また、特許文献4に記載された測定技術は、電荷を安定に保持することが可能な誘電体試料に対してしか適用できず、光導電性の試料のように、暗減衰により電荷分布が時間と共に減衰する試料に対しては適用できない。   Patent Documents 4 and 5 describe the measurement of an electrostatic latent image by irradiating an electrostatic latent image or surface charge distribution with an electron beam. However, in the measurement technique described in Patent Document 5, what holds the charge distribution to be measured is a conductor sample such as an LSI chip, and the measurement technique described in Patent Document 4 stably holds charges. It can only be applied to a dielectric sample capable of being applied, and cannot be applied to a sample whose charge distribution attenuates with time due to dark decay, such as a photoconductive sample.

即ち、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、時間をかけて電荷分布の測定を行うことができるが、光導電性の試料は抵抗値が有限であるので表面電荷を長時間保持することができず、暗減衰により時間とともに表面電位が低下してしまう。光導電性の試料が表面電荷を保持できる時間は、暗室内でも高々数十秒である。このため、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。   That is, a normal dielectric can hold a charge semi-permanently, and thus the charge distribution can be measured over time. However, since a photoconductive sample has a finite resistance value, the surface charge can be measured. Cannot be maintained for a long time, and the surface potential decreases with time due to dark decay. The time for which the photoconductive sample can hold the surface charge is at most several tens of seconds even in a dark room. For this reason, 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.

また、電子ビームにより表面電荷分布を測定する場合、電子ビームの照射により、表面電荷分布自体を消失させてしまう虞がある。   Further, when the surface charge distribution is measured by an electron beam, the surface charge distribution itself may be lost by the electron beam irradiation.

さらに、測定試料表面の表面電荷分布が形成する電界(測定試料面に対して垂直な方向で、電子ビームの入射側を正とする電界ベクトル)の強度が大きくなると、測定結果に後述する2値化現象が生じる。表面電荷分布が静電潜像である場合、実際の電子写真プロセスでは、トナー粒子を付着させるために必要な電界強度(Eth)があり、Eth以下の電界強度ではトナー粒子が付着せず、現像が行われない。   Furthermore, if the intensity of the electric field (electric field vector in which the incident side of the electron beam is positive in the direction perpendicular to the measurement sample surface) formed by the surface charge distribution on the measurement sample surface increases, a binary value which will be described later in the measurement result. Phenomenon occurs. When the surface charge distribution is an electrostatic latent image, in an actual electrophotographic process, there is an electric field strength (Eth) necessary for adhering toner particles. Is not done.

静電潜像における電界強度分布がガウシアン分布のような滑らかな曲線で近似できれば、Ethでの潜像径をコンピュータ上で演算することは可能であるが、実際には誤差要因が付加するため、一般的には、Ethでのコントラスト像として直接取り込むことが望ましい。   If the electric field strength distribution in the electrostatic latent image can be approximated by a smooth curve such as a Gaussian distribution, the latent image diameter in Eth can be calculated on a computer, but in reality, an error factor is added. In general, it is desirable to capture directly as a contrast image in Eth.

特許第3009179号公報Japanese Patent No. 3009179 特開平11―184188号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-184188 特開2002−82572号公報JP 2002-82572 A 特開平3−49143号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-49143 特開平3−29867号公報JP-A-3-29867

この発明は、試料表面の静電潜像による表面電荷分布を精度良く測定する方法および装置の実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the method and apparatus which measure the surface charge distribution by the electrostatic latent image of the sample surface accurately .

即ち、試料表面の静電潜像による表面電荷分布を、所望の電界強度のレベルで適正に精度良く測定する方法および装置の実現を課題とする。 That is, it is an object of the present invention to realize a method and apparatus for measuring the surface charge distribution by the electrostatic latent image on the sample surface appropriately and accurately at a desired electric field strength level.

以下、課題を解決する手段を説明するが、請求項1以下の発明を説明するのに先立って、参考技術1〜17と、用語について予備的に説明する。
この発明の表面電荷分布の測定方法は「表面に電荷を有する試料に荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査し、この走査により得られる検出信号により、試料の表面電荷分布を測定する方法」である。
Hereinafter, means for solving the problem will be described. Prior to the description of the invention of claim 1 and below, reference techniques 1 to 17 and terms are preliminarily described.
The method for measuring the surface charge distribution of the present invention is as follows: “A sample having a charge on the surface is irradiated with a charged particle beam and scanned one-dimensionally or two-dimensionally. Is a method of measuring.

「荷電粒子ビーム」は、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける荷電粒子のビームを謂う。
参考技術1の測定方法は以下のごとき特徴を有する。
即ち、荷電粒子ビームの照射電流を「試料の表面電荷分布を消失させない大きさ」に設定して走査を行う。
A “charged particle beam” is a so-called charged particle beam that is affected by an electric field or magnetic field, such as an electron beam or an ion beam.
The measurement method of Reference Technique 1 has the following characteristics.
That is, scanning is performed with the charged particle beam irradiation current set to “a magnitude that does not cause the surface charge distribution of the sample to disappear”.

参考技術1の表面電荷分布の測定方法における、荷電粒子ビームの「照射電流」は、1E−10A(10−10A以下、以下同様)とすることができる(参考技術2)。参考技術1または2記載の測定方法にける照射電流は「1E−12A以上とする」ことが好ましい(参考技術3)。 The “irradiation current” of the charged particle beam in the surface charge distribution measurement method of Reference Technology 1 can be 1E-10A (10 −10 A or less, the same applies hereinafter) ( Reference Technology 2). The irradiation current in the measurement method described in Reference Technique 1 or 2 is preferably “1E-12A or more” ( Reference Technique 3).

参考技術1〜3の表面電荷分布の測定方法において、試料が光導電性の試料のように「予め帯電させる試料」である場合、その帯電電位:Vに対し、照射する荷電粒子ビームの加速電圧:V1が、条件:
V1>|V|
を満足することが好ましい(参考技術4)。
In the surface charge distribution measurement method of Reference Techniques 1 to 3 , when the sample is a “precharged sample” such as a photoconductive sample, the acceleration voltage of the charged particle beam to be irradiated with respect to the charged potential: V : V1 is the condition:
V1> | V |
Is preferably satisfied ( Reference Technique 4).

上記参考技術1〜4の表面電荷分布の測定方法において「照射する荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる」ことができる(参考技術5)。
参考技術1〜5の表面電荷分布の測定方法において「荷電粒子ビームの走査により生じる2次電子の強度」を検出信号として検出することができる(参考技術6)。
In the method for measuring the surface charge distribution of Reference Techniques 1 to 4 described above, “an electron beam can be used as a charged particle beam to be irradiated” ( Reference Technique 5).
In the surface charge distribution measurement methods of Reference Techniques 1 to 5 , “intensity of secondary electrons generated by scanning of charged particle beam” can be detected as a detection signal ( Reference Technique 6).

この明細書において「2次電子」は、走査される荷電粒子ビームに「起因し」て試料において発生する電子を言い、必ずしも字義通りの「電子ビームによる衝撃で、2次的に発生する電子」を意味しない。即ち、上記2次電子は、実際には3次電子等の高次のものである場合をも含む。   In this specification, “secondary electrons” refer to electrons generated in a sample “caused” by a charged particle beam to be scanned, and are literally “electrons generated secondarily by an impact by an electron beam”. Does not mean. That is, the secondary electrons include cases where the secondary electrons are actually higher-order electrons such as tertiary electrons.

参考技術1〜6の表面電荷分布の測定方法において「試料に対して電子ビームを照射して試料表面に電荷分布を形成する」ことができる(参考技術7)。ここに謂う電荷分布は「所望のパターンのもの」であることもできるし「均一分布」であることもできる。 In the surface charge distribution measurement method of Reference Techniques 1 to 6, it is possible to “irradiate the sample with an electron beam to form a charge distribution on the sample surface” ( Reference Technique 7). The so-called charge distribution can be “with a desired pattern” or “uniform distribution”.

参考技術1〜7の表面電荷分布の測定方法は「測定対象である表面電荷の分布が、試料である光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像」であることができる(参考技術8)。この場合、試料である光導電性の感光体に電子ビームを照射して試料表面に均一な電荷分布を形成したのち、露光を行うことにより静電潜像を形成することができる(参考技術9)。 The measurement method of the surface charge distribution of Reference Techniques 1 to 7 is that “ the surface charge distribution to be measured is an electrostatic latent image formed by charging and exposure on a photoconductive photoreceptor as a sample”. ( Reference technique 8). In this case, an electrostatic latent image can be formed by performing exposure after irradiating a photoconductive photoconductor as a sample with an electron beam to form a uniform charge distribution on the sample surface ( Reference Technique 9). ).

この参考技術9の表面電荷分布の測定方法における「露光」は、所望の光ビームの照射により行うこともできるし(参考技術10)、「光走査」により行うこともできる(参考技術11)。 The “exposure” in the measurement method of the surface charge distribution of the reference technique 9 can be performed by irradiation with a desired light beam ( reference technique 10) or can be performed by “light scanning” ( reference technique 11).

参考技術12の表面電荷分布測定装置は「請求項1記載の表面電荷分布の測定方法を実施するための装置」であって、保持手段と、荷電粒子ビーム走査手段と、測定手段とを有する。 The surface charge distribution measuring apparatus of the reference technique 12 is “an apparatus for carrying out the surface charge distribution measuring method according to claim 1”, and includes a holding unit, a charged particle beam scanning unit, and a measuring unit.

「保持手段」は、測定対象としての電荷分布を有する試料を測定状態に保持する。   The “holding means” holds a sample having a charge distribution as a measurement target in a measurement state.

「荷電粒子ビーム走査手段」は、保持手段に保持された試料に、荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査する手段である。   The “charged particle beam scanning means” is means for irradiating the sample held by the holding means with a charged particle beam to scan one-dimensionally or two-dimensionally.

「測定手段」は、測定対象としての電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を試料面上の位置に対応させて検出信号として検出し、電荷分布を測定する手段である。
「荷電粒子ビーム走査手段における荷電粒子ビームの照射電流」は、試料の表面電荷分布を消失させない大きさに設定可能である。
"Measuring means" means for measuring the charge distribution by capturing charged particles that are electrically affected by the charge distribution as a measurement target, detecting the intensity as a detection signal corresponding to the position on the sample surface It is.
The “charged particle beam irradiation current in the charged particle beam scanning means” can be set to a magnitude that does not cause the surface charge distribution of the sample to disappear.

「電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子」は、走査される荷電粒子ビームを構成する荷電粒子自体である場合(例えば、試料の有する表面電荷と、荷電粒子ビームの荷電粒子が同極性で、走査された荷電粒子が試料の表面電荷により反発されて捕獲される場合)もあるし、荷電粒子ビームの衝撃により光導電試料で発生する荷電粒子(前述の「2次電子」はこの場合の1例である)であることもある。   “Charged particles that are electrically affected by the charge distribution” are charged particles that constitute the scanned charged particle beam (for example, the surface charge of the sample and the charged particles of the charged particle beam have the same polarity). In some cases, the scanned charged particles are repelled and captured by the surface charge of the sample), and the charged particles generated in the photoconductive sample by the impact of the charged particle beam (the aforementioned “secondary electrons” are It is an example).

参考技術12の表面電荷分布測定装置において、荷電粒子ビーム走査手段を電子ビーム走査手段とし、測定手段が「電子ビームの走査に伴ない試料において発生する2次電子の強度を検出信号として検出する」ように構成できる(参考技術13)。 In the surface charge distribution measuring apparatus of Reference Technique 12 , the charged particle beam scanning unit is an electron beam scanning unit, and the measuring unit detects “the intensity of secondary electrons generated in the sample accompanying the scanning of the electron beam as a detection signal”. ( Reference technique 13).

参考技術12または13の表面電荷分布測定装置における測定対象である表面電荷分布は「試料である光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像」であることができ、この場合、試料を均一に帯電させる「帯電手段」と、均一帯電された試料に対して露光を行う「露光手段」とを有することができる(参考技術14)。 The surface charge distribution to be measured in the surface charge distribution measuring apparatus of Reference Technique 12 or 13 can be “an electrostatic latent image formed by charging and exposure on a photoconductive photosensitive member as a sample” In this case, it can have “charging means” for uniformly charging the sample and “exposure means” for exposing the uniformly charged sample ( reference technique 14).

参考技術14の表面電荷分布測定装置において、荷電粒子ビーム走査手段を電子ビーム走査手段とし、この電子ビーム走査手段が帯電手段を兼ねる構成とすることができる(参考技術15)。 In the surface charge distribution measuring apparatus of the reference technique 14 , the charged particle beam scanning means can be an electron beam scanning means, and the electron beam scanning means can also serve as the charging means ( reference technique 15).

参考技術14または15の表面電荷分布測定装置の「露光手段」は、所望の光ビームの照射により露光を行う構成とすることもできるし(参考技術16)、光走査により露光を行う構成とすることもできる(参考技術17)。 The “exposure means” of the surface charge distribution measuring apparatus of the reference technique 14 or 15 may be configured to perform exposure by irradiation with a desired light beam ( reference technique 16), or may be configured to perform exposure by optical scanning. ( Reference technique 17).

請求項1記載の表面電荷分布の測定方法は以下の如き特徴を有する。 The method for measuring the surface charge distribution according to claim 1 has the following characteristics.

そして、該測定で得られる電位コントラスト像を2値化処理し、2値化された境界部で得られる潜像径を算出する工程を「試料面に生じる電界強度のバイアス成分を、測定領域相当の面積領域において複数段階にシフト」させて複数回繰り返して行う。Then, the step of binarizing the potential contrast image obtained by the measurement and calculating the diameter of the latent image obtained at the binarized boundary portion is equivalent to “a bias component of the electric field strength generated on the sample surface corresponding to the measurement region”. This is repeated a plurality of times by shifting to a plurality of stages in the area area.
さらに「得られる複数の潜像径により、静電潜像の電位プロファイルを得る」ことを特徴とする。Further, “a potential profile of an electrostatic latent image is obtained from a plurality of obtained latent image diameters”.

請求項2記載の表面電荷分布測定装置は、請求項1記載の表面電荷分布の測定方法を実施するための装置であって、保持手段と、荷電粒子ビーム走査手段と、測定手段と、電界強度可変手段と、電位プロファイルを得る手段を有する。 A surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2 is an apparatus for carrying out the surface charge distribution measuring method according to claim 1 , wherein the holding means, the charged particle beam scanning means, the measuring means, and the electric field strength. It has variable means and means for obtaining a potential profile .

「保持手段」は、測定対象としての静電潜像による表面電荷分布を有する試料を測定状態に保持する手段である。
「荷電粒子ビーム走査手段」は、保持手段に保持された試料に、荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査する手段である。
“Holding means” is means for holding a sample having a surface charge distribution by an electrostatic latent image as a measurement target in a measurement state.
The “charged particle beam scanning means” is means for irradiating the sample held by the holding means with a charged particle beam to scan one-dimensionally or two-dimensionally.

「測定手段」は、上記電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を試料面上の位置に対応させて検出信号として検出し、上記電荷分布を測定する手段である。The “measuring means” is means for capturing the charged particles that are electrically affected by the charge distribution, detecting the intensity as a detection signal in correspondence with the position on the sample surface, and measuring the charge distribution. .

「電界強度可変手段」は、試料面に生じる電界強度のバイアス成分を測定領域相当の面積領域において複数段階にシフトさせて変える手段である。
電位プロファイルを得る手段」は、上記測定手段による測定で得られる電位コントラスト像を2値化処理し、2値化された境界部で得られる潜像径を算出するとともに、得られる複数の潜像径により上記静電潜像の電位プロファイルを得る手段である。
The “field strength varying means” is a means for shifting and changing the bias component of the field strength generated on the sample surface in a plurality of stages in the area corresponding to the measurement region .
The “ means for obtaining a potential profile” is a method of binarizing the potential contrast image obtained by the measurement by the measuring means, calculating a latent image diameter obtained at the binarized boundary, and obtaining a plurality of latent images obtained. This is means for obtaining a potential profile of the electrostatic latent image based on the image diameter.

請求項2記載の測定装置において、保持手段は、試料を「測定状態」に保持するが、ここにいう「測定状態」は測定が可能な状態を意味する。試料における電荷分布の測定が可能な状態では、一般に、試料に荷電粒子ビームが走査され、電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子が捕獲される空間は「高度に減圧された状態」である。従って、保持手段は、単に試料を保持するのみならず上記減圧状態をも実現できる手段である。 3. The measuring apparatus according to claim 2, wherein the holding means holds the sample in the “measurement state”, and the “measurement state” here means a state in which measurement is possible. In a state where the charge distribution in the sample can be measured, generally, a space in which a charged particle beam is scanned over the sample and charged particles that are electrically affected by the charge distribution are captured is in a “highly decompressed state”. . Therefore, the holding means is a means that can realize not only the sample but also the reduced pressure state.

請求項2記載の表面電荷分布測定装置における「電界強度可変手段」は、電圧を印加するための導電性部材であることができる(請求項3)。この場合、導電性部材としてグリッドメッシュあるいはホールプレートもしくは穴付きグリッドメッシュを用い、試料面近傍にバイアス成分を形成するようにできる(請求項4)。 The “electric field strength varying means” in the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2 can be a conductive member for applying a voltage ( claim 3 ). In this case, using the grid mesh or hole plate or perforated grid mesh as the conductive member, it can be made to form a bias component in the vicinity of the sample surface (claim 4).

また、請求項2または3または4記載の表面電荷分布測定装置における「電界強度可変手段」として、測定手段における電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲する検出器の引き込み電圧を可変する手段を有することもできる(請求項5)。電界強度可変手段である上記導電性部材を用いる手段と、検出器の引き込み電圧を可変する手段とは併用してもよい。 Further, as the “electric field intensity varying means” in the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2, 3 or 4 , the pull-in voltage of the detector that captures charged particles that are electrically influenced by the charge distribution in the measuring means is varied. Means may be included ( claim 5 ). The means using the conductive member, which is the electric field strength varying means, and the means for varying the detector pull-in voltage may be used in combination.

請求項2〜5の任意の1に記載の表面電荷分布測定装置において、荷電粒子ビーム走査手段を電子ビーム走査手段とし、測定手段が「電子ビームの走査に伴ない試料において発生する2次電子の強度」を検出信号として検出する構成とすることができる(請求項6)。 The surface charge distribution measuring apparatus according to any one of claims 2 to 5, the charged particle beam scanning unit to the electron beam scanning means, measuring means is not accompanied with the scanning of the "electron beam, secondary generated in the sample it can be configured to detect as the electron intensity "a detection signal (claim 6).

請求項2〜6の任意の1に記載の表面電荷分布測定装置は「試料である光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された測定対象である静電潜像」を形成するために、試料を均一に帯電させる「帯電手段」と、均一帯電された試料に対して露光を行う「露光手段」とを有することができ(請求項7)、この場合において、荷電粒子ビーム走査手段を電子ビーム走査手段とし「電子ビーム走査手段に帯電手段を兼ねさせる」ことができる(請求項8)。 The surface charge distribution measuring apparatus according to any one of claims 2 to 6 , for forming an "electrostatic latent image as a measurement object formed by charging and exposure on a photoconductive photosensitive member as a sample ". to a "charging unit" uniformly charging the sample, performs exposure with respect to uniformly charged the sample may have a "exposure means" (claim 7), in this case, the charged particle beam scanning means was an electron beam scanning means can "serve also as the charging means to the electron beam scanning means" (claim 8).

請求項7または8記載の表面電荷分布測定装置の「露光手段」は、所望の光ビームの照射により露光を行う構成とすることもできるし(請求項9)、光走査により露光を行う構成とすることもできる(請求項10)。 The "exposure means" of the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 7 or 8 may be configured to perform exposure by irradiation with a desired light beam ( claim 9 ), or may be configured to perform exposure by light scanning. ( Claim 10 ).

請求項1記載の測定方法やこれを実施する請求項2〜10記載の測定装置においても、荷電粒子ビームの照射電流は「試料の表面電荷分布を消失させない大きさ」に設定することが好ましい。
具体的には、1E−10A以下、1E−12A以上とすることが好ましい。
Also in the measuring method according to claim 1 and the measuring apparatus according to claims 2 to 10 which implement this, the irradiation current of the charged particle beam is preferably set to “a magnitude that does not cause the surface charge distribution of the sample to disappear”.
Specifically, 1E-10A or less, preferably 1E-12A or more.

また、試料が光導電性の試料のように「予め帯電させる試料」である場合、その帯電電位:Vに対し、照射する荷電粒子ビームの加速電圧:V1が、条件:
V1>|V|
を満足することが好ましい。
Further, when the sample is a “precharged sample” such as a photoconductive sample, the charged voltage: V1 of the charged particle beam to be irradiated is the condition:
V1> | V |
Is preferably satisfied.

請求項1記載の測定方法のように、検出信号量を変えるために「試料面に生じる電界強度」を複数段階にシフトさせて測定を繰り返し、表面電荷分布のプロファイルを演算する場合、測定を繰り返すごとに、同一の条件で新たに表面電荷分布(静電潜像)を形成しても良いが、上記の如く、荷電粒子ビームの照射電流を「試料の表面電荷分布を消失させない大きさ」に設定することにより、試料面上に形成された表面電荷分布に対して複数回の測定を実行することができる。 As in the measurement method according to claim 1 , the measurement is repeated by shifting the “electric field intensity generated on the sample surface” in a plurality of stages in order to change the detection signal amount, and when the profile of the surface charge distribution is calculated, the measurement is repeated. Each time, a new surface charge distribution (electrostatic latent image) may be formed under the same conditions. However, as described above, the irradiation current of the charged particle beam is set to “a size that does not cause the surface charge distribution of the sample to disappear”. By setting, multiple measurements can be performed on the surface charge distribution formed on the sample surface.

また、測定対象である静電潜像を形成するための露光を「マスクパターンの照射」により行うこともできる。 Further, exposure for forming an electrostatic latent image to be measured can be performed by “irradiation of a mask pattern”.

この発明の測定方法・装置では測定の対象を「静電潜像による表面電荷分布」としているが、表面電荷分布が知れれば、表面電位や表面近傍の電界分布も確実に知ることができるのであるから、測定対象は表面電位分布あるいは表面近傍の電界分布であると言うこともできる。 In the measurement method and apparatus of the present invention, the target of measurement is “surface charge distribution by electrostatic latent image ”. However, if the surface charge distribution is known, the surface potential and the electric field distribution in the vicinity of the surface can be reliably known. Therefore, it can be said that the measurement object is a surface potential distribution or an electric field distribution near the surface.

以上に説明したように、この発明によれば新規な表面電荷分布の測定方法および装置を実現できる。請求項1〜10記載の方法・装置によれば、静電潜像による表面電荷分布を、所望の電界強度のレベルで2値化して測定することができる。
この発明の方法・装置で静電潜像の測定を行い、その結果を設計にフィードバックすることにより、電子写真プロセスによる画像形成の、帯電工程や露光工程のプロセスクォリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギ化のさらなる向上が期待できる。
As described above, according to the present invention, a novel surface charge distribution measuring method and apparatus can be realized. According to the method and apparatus of the first to tenth aspects, the surface charge distribution by the electrostatic latent image can be binarized and measured at a desired electric field strength level.
By measuring the electrostatic latent image with the method and apparatus of the present invention and feeding back the result to the design, it is possible to improve the process quality of the charging process and the exposure process of the image formation by the electrophotographic process, As a result, further improvement in image quality, durability, stability and energy saving can be expected.

以下、実施の形態を説明する。
図1は、表面電荷分布測定装置を「静電潜像測定」用に実施する場合を示す図である。
符号11は荷電粒子銃、符号12、12Aはアパーチャ、符号13は荷電粒子に対するコンデンサレンズ、符号14はビームブランカ、符号15は荷電粒子ビームに対する走査レンズ、符号16は荷電粒子ビームに対する対物レンズを、それぞれ示す。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a case where the surface charge distribution measuring apparatus is implemented for “electrostatic latent image measurement” .
Reference numeral 11 is a charged particle gun, reference numerals 12 and 12A are apertures, reference numeral 13 is a condenser lens for charged particles, reference numeral 14 is a beam blanker, reference numeral 15 is a scanning lens for charged particle beams, reference numeral 16 is an objective lens for charged particle beams, Each is shown.

荷電粒子銃11、アパーチャ12、12A、コンデンサレンズ13、ビームブランカ14、走査レンズ15および対物レンズ16は「荷電粒子ビーム照射部」を構成し、その各構成部は荷電粒子ビーム制御部31により制御されるようになっている。コンデンサレンズ13、走査レンズ15および対物レンズ16はそれぞれ、図示されない「駆動用電源(荷電粒子ビーム制御部31により制御される)」に接続されている。   The charged particle gun 11, the apertures 12 and 12 A, the condenser lens 13, the beam blanker 14, the scanning lens 15, and the objective lens 16 constitute a “charged particle beam irradiation unit”, and each component is controlled by a charged particle beam control unit 31. It has come to be. Each of the condenser lens 13, the scanning lens 15, and the objective lens 16 is connected to a “drive power source (controlled by the charged particle beam control unit 31)” (not shown).

上記「荷電粒子ビーム照射部」と荷電粒子ビーム制御部31とは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成している。   The “charged particle beam irradiation unit” and the charged particle beam control unit 31 constitute “charged particle beam scanning means”.

符号17は光源である半導体レーザ、符号18はコリメートレンズ、符号19はアパーチャ、符号21、22、23は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像照射部」を構成するものであり、半導体レーザ制御部32とともに「露光手段」を構成している。   Reference numeral 17 denotes a semiconductor laser as a light source, reference numeral 18 denotes a collimating lens, reference numeral 19 denotes an aperture, and reference numerals 21, 22, and 23 denote lenses constituting an “imaging lens”. These constitute the “light image irradiating unit” and constitute the “exposure means” together with the semiconductor laser control unit 32.

半導体レーザ制御部32は、半導体レーザ17の発光の点滅や発光強度の調整・設定を司る。また、図示されないレンズ制御部により結像レンズ21、22、23の位置関係が調整され、フォーカシングやデフォーカスを行うことができるようになっている。   The semiconductor laser control unit 32 controls blinking of light emission of the semiconductor laser 17 and adjustment / setting of the light emission intensity. In addition, the positional relationship between the imaging lenses 21, 22, and 23 is adjusted by a lens control unit (not shown) so that focusing and defocusing can be performed.

符号24は荷電粒子捕獲器、符号25は2次電子検出部、符号26は信号処理部、符号27は「測定結果を出力」するためのプリンタ等のアウトプット装置を示している。荷電粒子捕獲器24、2次電子検出部25、信号処理部26、アウトプット装置27は「観測手段」を構成する。   Reference numeral 24 denotes a charged particle trap, reference numeral 25 denotes a secondary electron detector, reference numeral 26 denotes a signal processor, and reference numeral 27 denotes an output device such as a printer for “outputting measurement results”. The charged particle trap 24, the secondary electron detector 25, the signal processor 26, and the output device 27 constitute “observation means”.

符号28は試料載置台、符号SPは試料、符号29は「除電用の発光素子」を示す。試料SPは「光導電性の感光体」である。発光素子29はこの実施の形態において、試料SPが感度を持つ波長領域の光を放射するLEDであり、LED制御部35により点滅を制御される。上記半導体レーザ17も勿論、試料SPが感度を持つ波長領域のレーザ光を放射する。   Reference numeral 28 denotes a sample mounting table, reference numeral SP denotes a sample, and reference numeral 29 denotes a “light emitting element for charge removal”. Sample SP is a “photoconductive photoreceptor”. In this embodiment, the light emitting element 29 is an LED that emits light in a wavelength region in which the sample SP has sensitivity, and blinking is controlled by the LED control unit 35. Of course, the semiconductor laser 17 emits laser light in a wavelength region in which the sample SP has sensitivity.

試料載置台28は接地された金属板である。試料載置台28は、試料台駆動部34により駆動され、試料SPを「適正な測定位置」に位置させる。   The sample mounting table 28 is a grounded metal plate. The sample mounting table 28 is driven by the sample table driving unit 34 to place the sample SP at an “appropriate measurement position”.

上記各部は図示の如くケーシング30内に配設され、ケーシング内部は吸気部33により高度に減圧できるようになっている。即ち、ケーシング30は「真空チャンバ」としての機能を有している。   Each of the above parts is arranged in a casing 30 as shown in the figure, and the inside of the casing can be highly decompressed by an intake part 33. That is, the casing 30 has a function as a “vacuum chamber”.

試料SPは試料載置台28に保持され、試料台駆動部34により適正な測定位置に位置させられ、ケーシング30内部が吸気部33で高度に減圧されることにより「測定状態」となる。従って、試料載置台28と載置台駆動部34、ケーシング30および吸気部33が、測定対象としての電荷分布を有する試料を測定状態に保持する「保持手段」を構成する。   The sample SP is held on the sample mounting table 28, is positioned at an appropriate measurement position by the sample table driving unit 34, and the inside of the casing 30 is highly decompressed by the intake unit 33 to be in a “measurement state”. Therefore, the sample mounting table 28, the mounting table driving unit 34, the casing 30, and the intake unit 33 constitute “holding means” that holds a sample having a charge distribution as a measurement target in a measurement state.

また、図の如く、装置の全体は「制御手段」であるコンピュータ40により制御されるようになっている。図における、荷電粒子ビーム制御部31や信号処理部26、半導体レーザ制御部32、LED制御部35等は、コンピュータ40の機能の一部として設定することもできる。   Further, as shown in the figure, the entire apparatus is controlled by a computer 40 as “control means”. In the figure, the charged particle beam control unit 31, the signal processing unit 26, the semiconductor laser control unit 32, the LED control unit 35, and the like can be set as a part of the function of the computer 40.

図1に示す状態において、表面を均一に帯電された試料SPは試料載置台28上に載置され、ケーシング30内部は高度に減圧されている。
この状態で半導体レーザ17を点灯すると、放射されるレーザ個はコリメートレンズ17によりコリメートされ、アパーチャ19で光束径を規制され、結像レンズ21、22、23により試料SPの「均一帯電された試料面上」に光スポットとして集光される。
In the state shown in FIG. 1, the sample SP whose surface is uniformly charged is placed on the sample placing table 28, and the inside of the casing 30 is highly decompressed.
When the semiconductor laser 17 is turned on in this state, the emitted laser beams are collimated by the collimating lens 17, the beam diameter is regulated by the aperture 19, and the “uniformly charged sample” of the sample SP is formed by the imaging lenses 21, 22, and 23. Focused as a light spot "on the surface".

半導体レーザ制御部32で半導体レーザ17の発光強度や発光時間を制御し、結像レンズ21〜23によるフォーカス・デフォーカス状態を制御することにより、試料SP上に所望のスポット径、ビームプロファイルを生成することが可能であり、適切な露光時間、露光エネルギを照射できる。即ち、試料SPに「所望の光ビーム」を照射することができる。   The semiconductor laser control unit 32 controls the emission intensity and emission time of the semiconductor laser 17 and controls the focus / defocus state by the imaging lenses 21 to 23 to generate a desired spot diameter and beam profile on the sample SP. It is possible to irradiate with appropriate exposure time and exposure energy. That is, the “desired light beam” can be irradiated to the sample SP.

このような露光手段の光学系に「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」を付加し、光走査によりラインパターンを露光し、ライン状の静電潜像を形成するようにすることもできる。   It is also possible to add a “scanning mechanism using a galvanometer mirror or a polygon mirror” to the optical system of such an exposure means, so that a line pattern is exposed by optical scanning to form a line-shaped electrostatic latent image. .

上記の如くして、試料SPが「所望のスポット径、ビームプロファイル」を持った光スポットで露光され、この光スポットの光強度分布に応じた静電潜像、即ち、表面電荷分布が形成される。   As described above, the sample SP is exposed to a light spot having a “desired spot diameter and beam profile”, and an electrostatic latent image, that is, a surface charge distribution corresponding to the light intensity distribution of the light spot is formed. The

このように静電潜像が形成された試料面を、荷電粒子ビームにより2次元的に走査する。即ち、荷電粒子銃11から荷電粒子のビームを放射させると、放射された荷電粒子ビームはアパーチャ12を通過してビーム径を規制されたのち、コンデンサレンズ13により集束されつつアパーチャ12A、ビームブランカ14を通過する。   The sample surface on which the electrostatic latent image is thus formed is scanned two-dimensionally with a charged particle beam. That is, when a charged particle beam is emitted from the charged particle gun 11, the emitted charged particle beam passes through the aperture 12 and the beam diameter is regulated, and then is converged by the condenser lens 13 while being focused by the aperture 12 A and the beam blanker 14. Pass through.

コンデンサレンズ13により集束された荷電粒子ビームは、対物レンズ16により試料SPの表面(試料面)上に集束される。このとき、走査レンズ15により荷電粒子ビームの向きを偏向させることにより、荷電粒子ビームが集束する位置を試料SP面上で2次元的(例えば、図面の左右方向と図面に直交する方向)に変位させることができる。   The charged particle beam focused by the condenser lens 13 is focused on the surface (sample surface) of the sample SP by the objective lens 16. At this time, by deflecting the direction of the charged particle beam by the scanning lens 15, the position where the charged particle beam is focused is displaced two-dimensionally on the sample SP surface (for example, the horizontal direction in the drawing and the direction orthogonal to the drawing). Can be made.

このようにして、試料SPの「静電潜像を形成された試料面」が、荷電粒子ビームにより2次元的に走査される。走査される領域は、走査レンズの倍率設定により、走査領域のサイズを変えることが可能であり、例えば、5mm×5mm程度の低倍率や、1μm×1μm程度の高倍率等、様々な倍率で走査することができる。   In this way, the “sample surface on which the electrostatic latent image is formed” of the sample SP is two-dimensionally scanned by the charged particle beam. The area to be scanned can be changed in size by changing the magnification of the scanning lens. For example, the scanning area can be scanned at various magnifications such as a low magnification of about 5 mm × 5 mm and a high magnification of about 1 μm × 1 μm. can do.

上記走査が行われるとき、荷電粒子捕獲器24には、所定極性の捕獲電圧が印加されている。そしてこの捕獲電圧の作用により「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」が荷電粒子捕獲器24に捕獲され、その強度(単位時間当たりの捕獲粒子数)が検出され、電器信号に変換される。   When the above scanning is performed, a trapping voltage having a predetermined polarity is applied to the charged particle trap 24. Then, by the action of the trapping voltage, “charged particles that are electrically affected by the electrostatic latent image pattern” are captured by the charged particle trap 24, and the intensity (number of trapped particles per unit time) is detected. Is converted to

試料SPの「荷電粒子ビームにより2次元的に走査される領域:S」を、2次元座標を用いてS(X,Y)で表すと、例えば、0mm≦X≦1mm、0mm≦Y≦1mmである。この領域:S(X,Y)に形成されている静電潜像パターンを、その表面電位分布:V(X,Y)とする。   The “region to be scanned two-dimensionally by the charged particle beam: S” of the sample SP is represented by S (X, Y) using two-dimensional coordinates, for example, 0 mm ≦ X ≦ 1 mm, 0 mm ≦ Y ≦ 1 mm. It is. The electrostatic latent image pattern formed in this region: S (X, Y) is defined as its surface potential distribution: V (X, Y).

荷電粒子ビームによる上記領域の2次元的な走査は所定の条件で行われるので、2次元的な走査の開始から終了に至る時間をT≦T≦Tとすると、走査が行われているときの時間:Tは、走査領域:S(X,Y)内の各走査位置と1:1に対応する。 Since the two-dimensional scanning of the region by the charged particle beam is performed under a predetermined condition, the scanning is performed when the time from the start to the end of the two-dimensional scanning is T 0 ≦ T ≦ TF . Time: T corresponds to 1: 1 with each scanning position in the scanning area: S (X, Y).

荷電粒子捕獲器24に捕獲される荷電粒子は静電潜像パターンの表面電位分布:V(X,Y)の電気的影響を受けているので、時間:Tにおいて捕獲される荷電粒子の強度:F(T)は、時間:Tをパラメータとした表面電位分布:V{X(T),Y(T)}と対応関係にある。   Since the charged particles captured by the charged particle trap 24 are electrically influenced by the surface potential distribution of the electrostatic latent image pattern: V (X, Y), the intensity of the charged particles captured at time: T: F (T) has a correspondence relationship with surface potential distribution: V {X (T), Y (T)} with time: T as a parameter.

この対応関係は、基準の電位:Vにより影響される荷電粒子の強度を観測することにより知ることができ、このように知られた対応関係にもとづき、荷電粒子の強度:Fを較正することにより、強度:Fに対応する電位:Vを知ることができる。 This correspondence can be known by observing the intensity of the charged particles influenced by the reference potential: V N, and calibrating the intensity of the charged particles: F based on the known correspondence. Thus, the potential: V corresponding to the intensity: F can be known.

従って、荷電粒子捕獲器24から得られる検出信号を適当な間隔でサンプリングすることにより、表面電位分布:V(X,Y)を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定できる。   Therefore, by sampling the detection signal obtained from the charged particle trap 24 at an appropriate interval, the surface potential distribution: V (X, Y) can be specified for each “micro area corresponding to sampling”.

上記の荷電粒子ビームは、先にも述べたように、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける粒子のビームであり、電子ビームを用いる場合であれば荷電粒子銃11としては「電子銃」が用いられ、イオンビームを用いる場合であれば「液体金属イオン銃」等が用いられる。   As described above, the charged particle beam is a particle beam that is affected by an electric field or a magnetic field such as an electron beam or an ion beam. An “electron gun” is used, and if an ion beam is used, a “liquid metal ion gun” or the like is used.

図1に示す実施の形態では、荷電粒子銃11は「電子銃」であるので、以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合につき具体的に説明する。このとき、試料SPの「静電潜像の形成された試料面」は、電子ビームにより2次元的に走査される。   In the embodiment shown in FIG. 1, the charged particle gun 11 is an “electron gun”, and therefore, the case where an electron beam is used as a charged particle beam will be specifically described below. At this time, the “sample surface on which the electrostatic latent image is formed” of the sample SP is two-dimensionally scanned by the electron beam.

試料SPに静電潜像を形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必用がある。試料SPの均一帯電については、帯電を観測装置外で行い、均一帯電された試料SPを試料載置台28上に載置するようにしても良いが、前述したように、ケーシング30の内部は高度に減圧する必要があり、試料SPをセットからケーシング30内を減圧すると、吸気部33による吸気を相当強力に行わないと、電子ビームによる走査が可能になるまでに暗減衰により帯電電位が消滅し、静電潜像を観測できなくなる場合もある。   In order to form an electrostatic latent image on the sample SP, it is necessary to uniformly charge the surface of the sample SP prior to exposure with a light image. Regarding the uniform charging of the sample SP, charging may be performed outside the observation apparatus, and the uniformly charged sample SP may be mounted on the sample mounting table 28. However, as described above, the inside of the casing 30 is highly advanced. If the pressure inside the casing 30 is reduced from the set of the sample SP, the charged potential disappears due to dark decay until scanning by the electron beam becomes possible unless the suction by the suction portion 33 is performed very strongly. In some cases, the electrostatic latent image cannot be observed.

この観点からして、試料SPの均一帯電はケーシング30内で「高度の減圧を実現した後」に行うことが好ましい。帯電を高度の減圧下で行うことになると、電子写真装置で良く行われるコロナ放電による帯電は実施困難であるが、いわゆる接触式と呼ばれる帯電手段による帯電は可能である。   From this point of view, it is preferable that the uniform charging of the sample SP is performed in the casing 30 “after realizing a high degree of decompression”. When charging is performed under a high pressure reduction, charging by corona discharge, which is often performed in an electrophotographic apparatus, is difficult to implement, but charging by a so-called contact type charging means is possible.

図1の形態においては、荷電粒子ビーム走査手段を用いて、電子ビームによる帯電を行う。 In the embodiment of FIG. 1 , charging by an electron beam is performed using a charged particle beam scanning unit.

電子ビームを試料SPに照射すると、照射される電子による衝撃で、試料SPから「2次電子(先に説明したように3次電子等の高次の放出電子を含む)」が発生する。電子ビームとして試料SPに照射される電子量と発生する2次電子の量との収支において、2次電子の放出量:R2に対する照射電子量:R1の比:R1/R2が1以上であれば、差し引きで照射される電子の量が2次電子量を上回り、両者の差が試料SPに蓄積して光導電性資料SPを帯電させる。   When the sample SP is irradiated with the electron beam, “secondary electrons (including higher-order emitted electrons such as tertiary electrons as described above)” are generated from the sample SP due to the impact of the irradiated electrons. In the balance between the amount of electrons irradiated to the sample SP as an electron beam and the amount of secondary electrons generated, the amount of secondary electrons emitted: the amount of irradiated electrons with respect to R2: the ratio of R1: If R1 / R2 is 1 or more The amount of electrons irradiated by subtraction exceeds the amount of secondary electrons, and the difference between the two accumulates in the sample SP to charge the photoconductive material SP.

従って、電子銃11から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比:R1/R2が1より大きくなる条件」を設定して電子ビームを2次元的に走査することにより、試料SPを均一帯電させることができる。このような放出電子量と加速電圧の調整は、荷電粒子ビーム制御部31により行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフは荷電粒子ビーム制御部31によりビームブランカ14を制御して行う。   Therefore, the amount of electrons emitted from the electron gun 11 and the acceleration voltage thereof are adjusted, and the “ratio: the condition that R1 / R2 is greater than 1” is set, and the electron beam is scanned two-dimensionally. SP can be uniformly charged. Such adjustment of the amount of emitted electrons and the acceleration voltage is performed by the charged particle beam control unit 31. Further, the charged particle beam control unit 31 controls the beam blanker 14 to turn on / off the electron beam accompanying the scanning of the electron beam.

図2は、試料SPの表面を上記の如く電子ビームにより帯電させた状態を模型的に示している。試料SPとして図2に示すのは、所謂「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層1上に電荷発生層2を設け、その上に電荷輸送層3を形成したものである。   FIG. 2 schematically shows a state in which the surface of the sample SP is charged by the electron beam as described above. The sample SP shown in FIG. 2 is a so-called “function-separated type photoconductor”, in which a charge generation layer 2 is provided on a conductive layer 1 and a charge transport layer 3 is formed thereon.

電子銃により照射される電子は、電荷輸送層3の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層3の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層3の表面部に留まる。この状態が「試料SPを帯電させた状態」である。   Electrons irradiated by the electron gun are shot into the surface of the charge transport layer 3, captured in the electron orbits of the charge transport layer material molecules on the surface of the charge transport layer 3, and the charge transport layer in a state in which the molecules are negatively ionized. 3 remains on the surface. This state is a “state in which the sample SP is charged”.

このように帯電した状態の試料SPに光LTが照射されると、照射された光LTは電荷輸送層3を透過して電荷発生層2に至り、そのエネルギにより電荷発生層2内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。発生した正・負の電荷キャリヤのうち、負キャリヤは、電荷輸送層3の表面の負電荷による反発力の作用で導電層1(接地電位にある)へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層3を輸送されて同層3の表面部の負電荷(捕獲された電子)と相殺しあう。   When the light LT is irradiated to the sample SP in such a charged state, the irradiated light LT passes through the charge transport layer 3 and reaches the charge generation layer 2. Generate negative charge carriers. Of the generated positive and negative charge carriers, the negative carriers move to the conductive layer 1 (at ground potential) due to the repulsive force of the negative charge on the surface of the charge transport layer 3, and the positive carriers are transferred to the charge transport layer 3. Are offset by the negative charges (captured electrons) on the surface portion of the same layer 3.

このようにして、試料SPにおいて光LTで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光LTの強度分布に従う表面電荷分布が形成される。この表面電荷分布が静電潜像に他ならない。   In this manner, the charged charge is attenuated in the portion irradiated with the light LT in the sample SP, and a surface charge distribution according to the intensity distribution of the light LT is formed. This surface charge distribution is nothing but an electrostatic latent image.

上記の如く均一に帯電された試料SPに対して光ビームによる露光を施して静電潜像を形成する。この露光は、前述の「露光手段」により行う。即ち、半導体レーザ17を点灯し、コリメートされた光ビームを結像レンズ21、22、23の作用により試料SPの表面に集光させる。   The sample SP uniformly charged as described above is exposed by a light beam to form an electrostatic latent image. This exposure is performed by the aforementioned “exposure means”. That is, the semiconductor laser 17 is turned on, and the collimated light beam is condensed on the surface of the sample SP by the action of the imaging lenses 21, 22, and 23.

半導体レーザ17としては勿論、試料SPが感度を持つ波長領域内に発光波長を持つものが用いられる。また、露光エネルギは、試料SPの面での「光パワーの時間積分」となるので、半導体レーザ17の点灯時間を制御することにより、試料SPに所望の露光エネルギによる露光を行うことができる。   Of course, a semiconductor laser 17 having a light emission wavelength in a wavelength region in which the sample SP is sensitive is used. Further, since the exposure energy is “time integration of optical power” on the surface of the sample SP, the sample SP can be exposed with the desired exposure energy by controlling the lighting time of the semiconductor laser 17.

図1に戻って、試料SPに上記の如くして静電潜像を形成した状態において、試料SPの走査領域を電子ビームにより2次元的に走査する。この走査により発生する2次電子を荷電粒子捕獲器24により検出する。検出の対象が2次電子で負極性であるので、荷電粒子捕獲器24は2次電子捕獲用に正電圧(引き込み電圧)を印加し、電子ビームの走査に伴って発生する2次電子を正電圧により吸引して捕獲する。捕獲された電子は、2次電子検出器25においてシンチレーション輝度に変換され、さらに電気信号(検出信号)に変換される。   Returning to FIG. 1, in the state where the electrostatic latent image is formed on the sample SP as described above, the scanning region of the sample SP is two-dimensionally scanned by the electron beam. Secondary electrons generated by this scanning are detected by the charged particle trap 24. Since the target of detection is secondary electrons and negative polarity, the charged particle trap 24 applies a positive voltage (attraction voltage) for capturing secondary electrons, and positively generates secondary electrons generated by scanning of the electron beam. Capture by aspiration with voltage. The captured electrons are converted into scintillation luminance in the secondary electron detector 25 and further converted into an electric signal (detection signal).

試料SPの表面と荷電粒子捕獲器24の間の空間部分には、試料SP表面の電荷(静電潜像を形成する負電荷)と荷電粒子捕獲器24に印加されている正極性の捕獲電圧とにより「電位勾配」が形成されている。   In the space between the surface of the sample SP and the charged particle trap 24, the charge on the surface of the sample SP (negative charge that forms an electrostatic latent image) and the positive trapping voltage applied to the charged particle trap 24. Thus, a “potential gradient” is formed.

図3(a)は、荷電粒子捕獲器24と、試料SPとの間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料SPの表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器24には正極性の電位が与えられているから、「実線で示す電位等高線群」においては、試料SPの表面から荷電粒子捕獲器24に近づくに従い「電位が高く」なる。   FIG. 3A illustrates the potential distribution in the space between the charged particle trap 24 and the sample SP in the form of contour lines. Since the surface of the sample SP is uniformly charged to a negative polarity except for the portion where the potential is attenuated due to light attenuation, and the charged particle trap 24 is given a positive potential, In the “potential contour line group”, the “potential becomes higher” as it approaches the charged particle trap 24 from the surface of the sample SP.

従って、試料SPにおける「負極性に均一帯電している部分」である図のQ1点やQ2点で発生した2次電子el1、el2は、荷電粒子捕獲器24の正電位に引かれ、矢印G1や矢印G2で示すように変位し、荷電粒子捕獲器24に捕獲される。   Therefore, the secondary electrons el1 and el2 generated at the points Q1 and Q2 in the figure, which are “negatively uniformly charged portions” in the sample SP, are attracted to the positive potential of the charged particle trap 24, and the arrow G1. And is displaced as indicated by the arrow G2 and is captured by the charged particle trap 24.

一方、図3(a)において、Q3点は「光照射されて負電位が減衰した部分」であり、Q3点近傍では電位等高線の配列は「破線で示す如く」であり、この部分電位分布では「Q3点に近いほど電位が高く」なっている。換言すると、Q3点の近傍で発生した2次電子el3には、矢印G3で示すように、試料SP側に拘束する電気力が作用する。このため2次電子el3は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器24に向って移動しない。
図3(b)は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。
On the other hand, in FIG. 3A, the point Q3 is “a portion where the negative potential is attenuated by light irradiation”, and the arrangement of potential contour lines is “as shown by the broken line” in the vicinity of the point Q3. “The closer to Q3 point, the higher the potential”. In other words, the secondary electron el3 generated in the vicinity of the point Q3 is subjected to an electric force restrained on the sample SP side as indicated by an arrow G3. For this reason, the secondary electron el3 is captured in the “potential hole” indicated by the broken line potential contour and does not move toward the charged particle trap 24.
FIG. 3B schematically shows the “potential hole”.

即ち、荷電粒子捕獲器24により検出される2次電子の強度(2次電子数)は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分(均一に負帯電している部分 図3(a)の点Q1やQ2に代表される部分)」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像の画像部(光照射された部分 図3(a)の点Q3に代表される部分)」に対応することになる。   That is, the intensity of the secondary electrons (number of secondary electrons) detected by the charged particle trap 24 is such that the portion with the high intensity is “the ground portion of the electrostatic latent image (the portion that is uniformly negatively charged FIG. 3 ( The portion having a low intensity corresponds to “the image portion of the electrostatic latent image (the portion irradiated with light” and the portion represented by the point Q3 in FIG. 3A). ) ”.

従って、2次電子検出部25で得られる電気信号を、信号処理部26で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻:Tをパラメータとして、表面電位分布:V(X,Y)を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部25により上記表面電位分布(電位コントラスト像):V(X,Y)を2次元的な画像データとして構成し、これをアウトプット装置27で出力すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。   Therefore, if the electrical signal obtained by the secondary electron detector 25 is sampled by the signal processor 26 at an appropriate sampling time, as described above, the surface potential distribution: V (X, Y) using the sampling time T as a parameter. ) For each “small area corresponding to sampling”, and the signal processing unit 25 configures the surface potential distribution (potential contrast image): V (X, Y) as two-dimensional image data, which is output. If the image is output by the image processing device 27, an electrostatic latent image is obtained as a visible image.

例えば、捕獲される2次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現(出力)することができる。勿論、表面電位分布が知れれば、表面電荷分布も知ることができる。   For example, if the intensity of secondary electrons to be captured is expressed as “brightness or weakness”, the image portion of the electrostatic latent image is dark, the ground portion is bright and contrasted, and a bright and dark image corresponding to the surface charge distribution is obtained. It can be expressed (output). Of course, if the surface potential distribution is known, the surface charge distribution can also be known.

なお、実際に試料SPに投影される静電潜像は微小であるが、アウトプット装置27から出力される画像は「観察に適した大きさ」に適宜に拡大できる。   Although the electrostatic latent image actually projected onto the sample SP is very small, the image output from the output device 27 can be appropriately enlarged to “a size suitable for observation”.

なお、ケーシング30内にセットされた試料SPが当初、何らかの原因によりその表面が不均一に帯電しているような場合には、このような帯電状態が測定ノイズとなるので、測定における帯電工程に先立ち、LD制御部35により除電用の発光素子29を発光させ、試料SPの光除電を行うのが良い。   In addition, when the surface of the sample SP set in the casing 30 is initially charged unevenly for some reason, such a charged state becomes a measurement noise, so that the charging process in the measurement is performed. Prior to this, it is preferable to cause the light emitting element 29 for charge removal to emit light by the LD control unit 35 to perform light charge removal of the sample SP.

上記の如く、試料SPに形成された静電潜像の画像部(光照射された部分)に照射された電子ビームにより発生する2次電子は荷電粒子捕獲器4に捕獲されない。従って、静電潜像の画像部では、照射される電子ビームの「入射電子量相当分」が外部からの電荷として蓄積される。従って、電子ビームの入射電子量が大きいと、電子ビームの走査により試料SPの表面の電荷分布が消失してしまう。   As described above, secondary electrons generated by the electron beam applied to the image portion (light-irradiated portion) of the electrostatic latent image formed on the sample SP are not captured by the charged particle trap 4. Therefore, in the image portion of the electrostatic latent image, the “equivalent amount of incident electrons” of the irradiated electron beam is accumulated as an external charge. Therefore, if the amount of incident electrons of the electron beam is large, the charge distribution on the surface of the sample SP disappears due to scanning of the electron beam.

これを避けるためには、電子ビームの照射量である「照射電流」を、表面電荷分布における帯電電荷密度:Q0よりも少なくすればよい。電子ビームの照射電流は、図1に示すアパーチャ12、12Aの径を変えることにより調節できる。 In order to avoid this, the “irradiation current” which is the irradiation amount of the electron beam may be made smaller than the charged charge density Q 0 in the surface charge distribution . The irradiation current of the electron beam can be adjusted by changing the diameters of the apertures 12 and 12A shown in FIG.

試料SPにおける誘電体の膜厚:d(実質的に電荷輸送層の膜厚)、比誘電率:ε、真空の誘電率:ε0(=8.85E−12 F/m)とすると、静電容量:Cは、
C=ε・ε0/d
で与えられる。これらの一般的な値として、試料SPの膜厚:d=30μm、誘電率:ε=3、帯電電位:V=−800Vとすると、1μmあたりの帯電電荷密度:Qは、
=C・V=7.08E−16
となる。
Assuming that the dielectric film thickness in the sample SP is d (substantially the film thickness of the charge transport layer), the relative dielectric constant is ε, and the vacuum dielectric constant is ε 0 (= 8.85E-12 F / m). Electric capacity: C
C = ε · ε 0 / d
Given in. As these general values, when the film thickness of the sample SP is d = 30 μm, the dielectric constant is ε = 3, and the charging potential is V = −800 V, the charged charge density per 1 μm 2 is Q 0 :
Q 0 = C · V = 7.08E-16
It becomes.

電子ビーム照射による単位面積あたりの電荷密度:Q(C/μm)は、試料SPに照射する電子ビームの照射電流:i(A)、照射時間:t(秒)、照射面積:S(μm)より、
Q=i×t/S
と表すことができ、
Q≦Q0
であることから、照射電流:iを以下のように決めることができる。
Charge density per unit area by electron beam irradiation: Q (C / μm 2 ) is: electron beam irradiation current irradiating sample SP: i (A), irradiation time: t (seconds), irradiation area: S (μm) 2 )
Q = i × t / S
Can be expressed as
Q ≦ Q 0
Therefore, the irradiation current i can be determined as follows.

i≦Q0×S/t
測定領域は、所望の静電潜像を形成するためになるべく広範囲であることが望ましく、2μm以上の空間分解能を得るためには1mm幅程度、アスペクト比:4:3のビデオ信号の場合、測定面積:S=1000×750μm程度が適当である。測定時間(照射時間):tは、少なくとも5秒以上が望まれる。
i ≦ Q 0 × S / t
The measurement area is preferably as wide as possible in order to form a desired electrostatic latent image. In order to obtain a spatial resolution of 2 μm or more, measurement is performed in the case of a video signal having a width of about 1 mm and an aspect ratio of 4: 3. An area of about S = 1000 × 750 μm 2 is appropriate. Measurement time (irradiation time): t is preferably at least 5 seconds or more.

そうすると、このような条件を満足する照射電流:iは、
i≦Q0×S/t=7.08E−16×7.5×E+5/5
=1.06×E−10≒1E−10(A)
となる。従って、照射電流:iは「1E−10(A)以下」であることが好ましい。
Then, the irradiation current i satisfying such a condition:
i ≦ Q 0 × S / t = 7.08E−16 × 7.5 × E + 5/5
= 1.06 × E-10≈1E-10 (A)
It becomes. Therefore, the irradiation current i is preferably “1E-10 (A) or less” .

また、2次電子検出部25で2次電子を感度良く検出するためには、照射電流:iは1E−12(A)以上が好ましい。照射電流:iがこれより小さいと、2次電子検出部25で得られる検出信号が小さくなり、十分なS/N比を確保することが難しい。 In order for the secondary electron detector 25 to detect secondary electrons with high sensitivity, the irradiation current: i is preferably 1E-12 (A) or more . When the irradiation current i is smaller than this, the detection signal obtained by the secondary electron detection unit 25 becomes small, and it is difficult to ensure a sufficient S / N ratio.

照射電流:iを制御する方法としては、予めファラデーカップ等を使って、照射電流:iとアパーチャ12、12Aの開口径の関係を測定しておき、その結果をもとに、アパーチャ12、12Aの開口径を変えて照射電流:iを制御する方法等を挙げることができる。   As a method of controlling the irradiation current: i, the relationship between the irradiation current: i and the aperture diameter of the apertures 12 and 12A is measured in advance using a Faraday cup or the like, and the apertures 12 and 12A are based on the result. And a method of controlling the irradiation current i by changing the opening diameter of.

付言すると、上の説明における「照射電流:i」は、試料SPの試料面に到達する電流を謂い、試料SPの試料面の「帯電電荷密度」は、静電潜像形成の際の均一帯電による帯電電荷密度を謂う。一般的な表面電荷分布測定の場合には、この帯電電荷密度は「測定領域の平均電荷密度」と考えて良く、振動容量型表面電位計などで電位を測定することで算出できる。   In addition, the “irradiation current: i” in the above description is the so-called current that reaches the sample surface of the sample SP, and the “charged charge density” of the sample surface of the sample SP is the uniform charge when forming the electrostatic latent image. The so-called charging charge density due to. In the case of general surface charge distribution measurement, this charged charge density may be considered as “average charge density in the measurement region”, and can be calculated by measuring the potential with a vibration capacitance type surface potential meter or the like.

説明中の形態においては、試料SPの試料面は、電子ビームの照射により負極性に帯電されている。したがって、静電潜像を測定するために電子ビームによる走査を行うとき、走査される電子ビームの「入射電子」は、試料面における反発電界の影響で減速され、電子ビームの加速電圧が小さいと、試料面に到達せずに反発される虞がある。 In the form being described, the sample surface of the sample SP is charged to a negative polarity by irradiation with an electron beam. Therefore, when scanning with an electron beam to measure an electrostatic latent image, the “incident electrons” of the scanned electron beam are decelerated due to the influence of the repulsive electric field on the sample surface, and the acceleration voltage of the electron beam is small. There is a risk of rebound without reaching the sample surface.

これを回避するには、照射電子ビームの加速電圧:V1(V)、を試料SPの試料面の帯電電位:V(V)に対し、
V1>|V|
と設定すればよい。例えば、帯電電位:V=−2KVに対し、加速電圧:V1を2KV以上とすれば良い。
In order to avoid this, the acceleration voltage of the irradiation electron beam: V1 (V) is set to the charged potential: V (V) of the sample surface of the sample SP.
V1> | V |
Should be set . For example, the charging voltage: V = −2 KV and the acceleration voltage: V1 may be 2 KV or more.

静電潜像を形成された光導電性の感光体である試料SP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・光電子増倍管等からなる2次電子検出部25で検出し、電気信号(検出信号)に変換して電位コントラスト像を観察するのであるが、電位コントラスト像から電位への変換は、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、信号強度から変換テーブルを参照して電位を求めても良いし、上記変換テーブルに変わる変換演算式に従って演算算出してもよい。   The sample SP, which is a photoconductive photosensitive member on which an electrostatic latent image is formed, is scanned with an electron beam, and the emitted secondary electrons are detected by a secondary electron detection unit 25 including a scintillator, a photomultiplier tube, and the like. Then, the potential contrast image is observed by converting it into an electrical signal (detection signal). For the conversion from the potential contrast image to the potential, a conversion table representing the correlation between the potential and the signal intensity is prepared in advance. The potential may be obtained by referring to the conversion table from the signal intensity, or may be calculated according to a conversion calculation expression that changes to the conversion table.

また、電子ビーム走査領域内に既知となる参照電位を配置し、2次電子検出の信号強度を参照電位と比較して電位分布を算出する方法を用いても良い。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。コントラスト像としては、相対的に電位の低い部分を白、電位の高い部分を黒く表示する。   Alternatively, a known reference potential may be arranged in the electron beam scanning region, and a method of calculating a potential distribution by comparing the signal intensity of secondary electron detection with the reference potential may be used. 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. As a contrast image, a relatively low potential portion is displayed in white and a high potential portion is displayed in black.

なお、上には、光スポットによりスポット状に形成された静電潜像を測定するべく、電子ビームを2次元的に走査する場合を説明したが、静電潜像をライン状に形成する場合、このラインに直交する方向の電荷分布の様子を調べる場合であれば、電子ビームによる走査は1次元的な走査(ラインに直交する方向の走査)でよい。   In the above description, the case where the electron beam is scanned two-dimensionally to measure the electrostatic latent image formed in a spot shape by the light spot has been described. However, the electrostatic latent image is formed in a line shape. If the state of charge distribution in the direction perpendicular to the line is to be examined, the scanning with the electron beam may be one-dimensional scanning (scanning in the direction perpendicular to the line).

図4には、表面電荷分布測定装置の別形態例を示す。図4においても繁雑を避けるべく、混同の虞が無いと思われるものについては、図1におけると同一の符号を付した。また図示を簡略化し、ケーシング30Aの内部のみを示した。 FIG. 4 shows another example of the surface charge distribution measuring apparatus . In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 are given to those that are not likely to be confused in order to avoid complication. Moreover, illustration was simplified and only the inside of casing 30A was shown.

「荷電粒子ビーム照射部」を構成する、荷電粒子銃11、アパーチャ12、12A、コンデンサレンズ13、ビームブランカ14、走査レンズ15および対物レンズ16は図1と同様の構成であり、荷電粒子銃11は電子銃である。荷電粒子捕獲器24および図示されない2次電子検出部や信号処理部等も、図1に即して上に説明したものと同様である。   The charged particle gun 11, the apertures 12 and 12A, the condenser lens 13, the beam blanker 14, the scanning lens 15 and the objective lens 16 constituting the “charged particle beam irradiation unit” have the same configuration as that of FIG. Is an electron gun. The charged particle trap 24 and the secondary electron detector and signal processor (not shown) are the same as those described above with reference to FIG.

試料SP1は、光導電性の感光体の一般的形態であるドラム状に形成され、図示されない駆動手段により矢印方向(反時計方向)へ等速回転される。試料SPがケーシング30A内にセットされたのち、ケーシング30A内部は、吸引手段32により高度に減圧される。   The sample SP1 is formed in a drum shape, which is a general form of a photoconductive photoconductor, and is rotated at a constant speed in the direction of the arrow (counterclockwise) by a driving unit (not shown). After the sample SP is set in the casing 30A, the inside of the casing 30A is highly decompressed by the suction means 32.

符号41で示す帯電部は、例えば、帯電ブラシや帯電ローラ等による接触式の帯電手段であり、減圧下のケーシング内で試料SP1を均一に接触帯電させる。このとき、試料SP1は矢印方向へ等速回転される。勿論、図1に即して説明した例のように、電子ビームを利用した帯電により試料SP1の帯電を行うこともできる。   The charging portion denoted by reference numeral 41 is, for example, a contact-type charging unit such as a charging brush or a charging roller, and uniformly charges the sample SP1 in a casing under reduced pressure. At this time, the sample SP1 is rotated at a constant speed in the direction of the arrow. Of course, as in the example described with reference to FIG. 1, the sample SP1 can be charged by charging using an electron beam.

符号42で示す「露光部」は、試料面を均一帯電された試料SP1に対して光像を照射して露光を行う。露光部42としては例えば、光プリンタ等に関連して広く知られた「光走査装置」を用い、光書き込みにより「光像の照射」を行うことができる。このように「光像の照射」を光書き込みで行うと、書き込みで形成する静電潜像のパターンを任意に変化させることができ、所望のパターンの静電潜像を容易に形成できる。なお、符号29Aで示す除電部は、静電潜像形成に先立ち試料SP1を光除電する。また、露光部42は、図1に示した「所望の光ビームを照射する方式」のものとしてもよい。   The “exposure section” denoted by reference numeral 42 performs exposure by irradiating a sample SP1 whose sample surface is uniformly charged with a light image. As the exposure unit 42, for example, an “optical scanning device” widely known in connection with an optical printer or the like can be used, and “irradiation of an optical image” can be performed by optical writing. As described above, when “irradiation of an optical image” is performed by optical writing, the pattern of the electrostatic latent image formed by writing can be arbitrarily changed, and an electrostatic latent image having a desired pattern can be easily formed. Note that the charge removal unit indicated by reference numeral 29A performs light charge removal on the sample SP1 prior to forming the electrostatic latent image. Further, the exposure unit 42 may be of the “method for irradiating a desired light beam” shown in FIG.

露光部42として光走査装置を用いる場合、光走査装置が大きくなってケーシング30A内への設置が困難であるような場合には、光走査装置をケーシング31Aの外部に設け、ケーシング30Aに透明な窓部を設けて、この窓部を介して外部から試料SP1への光像の照射を行うようにしてもよい。   When an optical scanning device is used as the exposure unit 42, if the optical scanning device is large and difficult to install in the casing 30A, the optical scanning device is provided outside the casing 31A and is transparent to the casing 30A. A window part may be provided, and the light image may be irradiated to the sample SP1 from the outside through this window part.

荷電粒子ビーム照射部による電子ビームの走査は、図1の実施の形態と同様、電子ビームを2次元的に偏向させて行っても良いが、試料SP1は矢印方向へ等速回転しつつ走査を受けるので、電子ビームを図面に直交する方向へ1次元的に偏向させ、この偏向と試料SP1の回転とを組合せて「2次元的な走査」を実現することもできる。   The scanning of the electron beam by the charged particle beam irradiation unit may be performed by deflecting the electron beam two-dimensionally, as in the embodiment of FIG. 1, but the sample SP1 is scanned while rotating at a constant speed in the direction of the arrow. Therefore, the two-dimensional scanning can be realized by deflecting the electron beam one-dimensionally in a direction orthogonal to the drawing and combining this deflection with the rotation of the sample SP1.

図5は、露光部42の例として上に挙げた光走査装置の1例を示している。   FIG. 5 shows an example of the optical scanning device mentioned above as an example of the exposure unit 42.

光源である半導体レーザ51からのレーザ光束をコリメートレンズ52により平行光束化し、シリンドリカルレンズ53で副走査方向へ集束させ、ポリゴンミラー55の偏向反射面位置に「主走査方向に長い線像」として結像させる。   A laser beam from a semiconductor laser 51 as a light source is converted into a parallel beam by a collimator lens 52, converged in a sub-scanning direction by a cylindrical lens 53, and formed as a “line image long in the main scanning direction” at the deflection reflection surface position of the polygon mirror 55. Let me image.

ポリゴンミラー55の等速回転により反射光束を等角速度的に偏向させ、この偏向光束をfθレンズ56と折り返しミラー54でドラム状の試料SP1へ導光し、fθレンズ56の作用で試料面上に光スポットを結像させ、試料面を光走査して光像の照射を行う。   The reflected light beam is deflected at a constant angular velocity by rotating the polygon mirror 55 at a constant speed, and this deflected light beam is guided to the drum-shaped sample SP1 by the fθ lens 56 and the folding mirror 54, and on the sample surface by the action of the fθ lens 56. A light spot is imaged, and the sample surface is optically scanned to irradiate a light image.

図1(図4)に示した表面電荷分布測定装置は、測定対象としての電荷分布を有する試料SPを測定状態に保持する保持手段28、30(30A)、33、34と、この保持手段に保持された試料SP(SP1)に、荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段11〜16、31と、電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を試料面上の位置に対応させて検出信号として検出し、電荷分布を測定する測定手段24〜27とを有し、荷電粒子ビーム走査手段における荷電粒子ビームの照射電流:iを、試料の表面電荷分布を消失させない大きさに設定可能である。 The surface charge distribution measuring apparatus shown in FIG. 1 (FIG. 4) includes holding means 28, 30 (30A), 33, 34 for holding a sample SP having a charge distribution as a measurement object in a measurement state, and the holding means. Charged particle beam scanning means 11-16, 31 for irradiating the held sample SP (SP1) with a charged particle beam to scan one-dimensionally or two-dimensionally, and charged particles that are electrically affected by the charge distribution And measuring means 24 to 27 for measuring the charge distribution by detecting the detected intensity as a detection signal corresponding to the position on the sample surface, and the irradiation current of the charged particle beam in the charged particle beam scanning means I can be set to such a size that the surface charge distribution of the sample is not lost.

また、荷電粒子ビーム走査手段が「電子ビーム走査手段」であり、測定手段が「電子ビームの走査に伴ない試料において発生する2次電子」の強度を検出信号として検出する。試料SP(SP1)である光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像を測定対象とし、試料SP(SP1)を均一に帯電させる帯電手段11〜16、31(41)と、均一帯電された試料に対して露光を行う露光手段17〜23、32(42)を有するFurther, the charged particle beam scanning unit is "electron beam scanning means", measuring means for detecting the intensity of the "secondary electrons generated in the wake sample without the scanning of the electron beam" as a detection signal. Charging means 11-16, 31 (41) for uniformly charging the sample SP (SP1) with an electrostatic latent image formed by charging and exposure on the photoconductive photoconductor as the sample SP (SP1) as a measurement object. ) and performs exposure with respect to uniformly charged sample having exposure means 17~23,32 (42).

また、荷電粒子ビーム走査手段は電子ビーム走査手段で帯電手段を兼ねており、図1の実施の形態では、露光手段は「所望の光ビームの照射」により露光を行う。また、図5の表面電荷分布測定装置では、露光手段41は「光走査」により露光を行うFurther, the charged particle beam scanning means also serves as a charging means in an electron beam scanning means, in the embodiment of FIG. 1, the exposure means performs the exposure by the "irradiation of the desired light beam". Further, in the surface charge distribution measuring apparatus of FIG. 5, the exposure means 41 performs exposure by “optical scanning”.

これら表面電荷分布測定装置では、表面に電荷を有する試料SP(SP1)に荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査し、この走査により得られる検出信号により、試料SP(SP1)の表面電荷分布を測定する方法であって、荷電粒子ビームの照射電流を、試料の表面電荷分布を消失させない大きさに設定して走査を行う測定方法が実施されるIn these surface charge distribution measuring apparatuses, a sample SP (SP1) having a surface charge is irradiated with a charged particle beam to scan one-dimensionally or two-dimensionally, and the sample SP (SP1) is detected by a detection signal obtained by this scanning. ) a method of measuring the surface charge distribution of the emission current of the charged particle beam, the measuring method of performing scanning is performed by setting a size that does not eliminate the surface charge distribution of the sample.

荷電粒子ビームの照射電流は1E−10A以下、1E−12A以上とされ、予め帯電させる試料SP(SP1)の帯電電位:Vに対し、照射する荷電粒子ビームの加速電圧:V1が、条件:
V1>|V|
を満足する
The emission current of the charged particle beam is 1E-10A or less, is a 1E-12A above, the charge potential of the sample SP to be pre-charged (SP1): V to an acceleration voltage of the charged particle beam to be irradiated: V1 is the condition:
V1> | V |
To satisfy.

照射する荷電粒子ビームとして電子ビームが用いられ、荷電粒子ビームの走査により生じる2次電子の強度が検出信号として検出される。また、試料SPに対して電子ビームを照射して試料表面に電荷分布を形成し、測定対象である表面電荷の分布が、試料SPである光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像であり、試料である光導電性の感光体に、電子ビームの照射により試料表面に均一な電荷分布が形成され、その後、露光が行なわれるElectron beam is used as a charged particle beam to be irradiated, the intensity of the secondary electrons produced by scanning the charged particle beam is detected as a detection signal. Further, the sample SP is irradiated with an electron beam to form a charge distribution on the sample surface, and the surface charge distribution to be measured is formed on the photoconductive photoconductor as the sample SP by charging and exposure. A uniform electric charge distribution is formed on the surface of the sample by irradiation of the electron beam on the photoconductive photosensitive member that is the electrostatic latent image , and the exposure is performed thereafter.

露光は、図1の装置では「所望の光ビームの照射」により、図4の装置では「光走査」によりそれぞれ行われる。 Exposure, the apparatus of FIG. 1 more in the "irradiation of the desired light beam", in the apparatus of FIG. 4 is performed respectively by "optical scanning".

以下、請求項1以下に記載の発明に関する実施の形態を説明する。 Embodiments relating to the invention described in claim 1 and below will be described below .

前述したように、測定対象である表面電荷分布(静電潜像)を有する試料の試料面の外部空間に形成される電界(試料面に対して垂直な方向で、電子ビームの入射側を正とする電界ベクトル)の強度が大きくなると、測定結果に2値化現象が生じる。   As described above, the electric field formed in the external space of the sample surface of the sample having the surface charge distribution (electrostatic latent image) to be measured (in the direction perpendicular to the sample surface, the electron beam incident side is positive. When the intensity of (the electric field vector) increases, a binarization phenomenon occurs in the measurement result.

図6を参照して、この「2値化現象」を説明する。
図6(a)は、試料表面における「電界強度」の分布を示している。横軸は試料表面の位置(光スポットにより形成された静電潜像の中心部を含む断面位置)を表し、縦軸は電界強度(試料面に対して垂直な方向で電子ビームの入射側(図の上方)を正とする電界ベクトルの大きさ)を示す。
This “binarization phenomenon” will be described with reference to FIG.
FIG. 6A shows the distribution of “electric field strength” on the sample surface. The horizontal axis represents the position of the sample surface (cross-sectional position including the center of the electrostatic latent image formed by the light spot), and the vertical axis represents the electric field strength (on the electron beam incident side in the direction perpendicular to the sample surface ( The magnitude of the electric field vector (positive in the upper part of the figure) is shown.

荷電粒子捕獲器が捕獲する2次電子の数は、電界強度に対して反比例的であり、検出信号を前述の明暗による電位コントラスト像としてみた場合、電界強度:0以下の電界強度分布の領域に対しては「明」、電界強度:0以上の領域に対しては「暗」となり、得られる明暗によるコントラスト像は、図6(b)に示す如くになる。図6(c)は、図2に破線で示す断面における輝度信号(2次電子検出部で検出される検出信号)の「ラインプロファイル」を示している。   The number of secondary electrons captured by the charged particle trap is inversely proportional to the electric field intensity. When the detection signal is viewed as the above-described potential contrast image due to light and dark, the electric field intensity is zero or less in the region of electric field intensity distribution. On the other hand, it is “bright”, and it becomes “dark” in the region where the electric field intensity is 0 or more, and the resulting contrast image by light and dark is as shown in FIG. FIG. 6C shows a “line profile” of the luminance signal (detection signal detected by the secondary electron detector) in the cross section indicated by the broken line in FIG.

前述の如く、実際の電子写真プロセスでは、静電潜像にトナー粒子が付着するために必要な電界強度(Eth)があり、Eth以下の電界強度ではトナー粒子が静電潜像に付着せず、現像が行われない。   As described above, in the actual electrophotographic process, there is an electric field strength (Eth) necessary for the toner particles to adhere to the electrostatic latent image, and the toner particles do not adhere to the electrostatic latent image at an electric field strength of less than Eth. Development is not performed.

従って「静電潜像の表面電荷分布(あるいは表面電位分布)を現像特性との関連において測定する」ような場合には、Eth以上の電界強度を持つ領域のコントラスト像として直接取り込めることが好ましい。   Therefore, in the case of “measuring the surface charge distribution (or surface potential distribution) of the electrostatic latent image in relation to the development characteristics”, it is preferable to directly capture as a contrast image of an area having an electric field strength equal to or higher than Eth.

これを実行するには「検出信号量を変えるために、試料面に生じる電界強度を変えて測定」するようにすればよく、試料面に生じる電界強度を複数段階に変化させて、測定を繰り返せば、表面電位分布のプロファイルを演算することができるTo do this, it is only necessary to change the electric field strength generated on the sample surface in order to change the amount of detection signal, and repeat the measurement by changing the electric field strength generated on the sample surface in multiple stages. For example, the profile of the surface potential distribution can be calculated.

図7に、請求項2記載の表面電荷分布測定装置の実施の1形態を示す。繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては図1におけると同一の符号を付した。
即ち、図7において、図1と同一の符号を有するものは図1に示すものと同様であり、これらについての説明は図1に関する説明を援用する。
FIG. 7 shows an embodiment of the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2 . In order to avoid complications, the same reference numerals as those in FIG.
That is, in FIG. 7, what has the same code | symbol as FIG. 1 is the same as that of what is shown in FIG. 1, The description regarding FIG. 1 is used for the description about these.

即ち、図7に示す装置は、図1におけると同様、表面電荷分布の測定方法を実施するための装置であって、測定対象としての「静電潜像による電荷分布」を有する試料SPを測定状態に保持する保持手段28、30、33、34と、この保持手段に保持された試料SPに、荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段11〜16、31と、試料SPにおける電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を試料面上の位置に対応させて検出信号として検出し、上記電荷分布を測定する測定手段24〜27とを有する。 That is, the apparatus shown in FIG. 7 is an apparatus for carrying out the surface charge distribution measurement method as in FIG. 1 and measures a sample SP having “charge distribution by electrostatic latent image” as a measurement object. Holding means 28, 30, 33, 34 for holding in a state, and charged particle beam scanning means 11 for irradiating the sample SP held by the holding means with a charged particle beam for one-dimensional or two-dimensional scanning. 16, 31 and measuring means for capturing the charged particles that are electrically affected by the charge distribution in the sample SP, detecting the intensity as a detection signal corresponding to the position on the sample surface, and measuring the charge distribution 24 to 27.

また、荷電粒子ビーム走査手段は電子ビーム走査手段であり、測定手段は、電子ビームの走査に伴ない、試料において発生する2次電子の強度を検出信号として検出し、試料SPである光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像を測定対象とし、試料SPを均一に帯電させる帯電手段11〜16、31と、均一帯電された試料に対して露光を行う露光手段17〜23、32とを有し、荷電粒子ビーム走査手段は電子ビーム走査手段で帯電手段を兼ね、露光手段が所望の光ビームの照射により露光を行うThe charged particle beam scanning means is an electron beam scanning means, and the measurement means detects the intensity of secondary electrons generated in the sample as the electron beam scans as a detection signal, and the photoconductive property of the sample SP. Charging means 11-16, 31 for uniformly charging the sample SP, and an exposure means for exposing the uniformly charged sample, with an electrostatic latent image formed on the photoconductor by charging and exposure as a measurement object and a 17~23,32, charged particle beam scanning means also serves as a charging means in an electron beam scanning means, exposure means performs exposure by irradiation of desired light beam.

図7の実施の形態では「検出信号量を変える」ために、試料面に生じる電界強度を変える電界強度可変手段44、45を有するTo "change detection signal amount" in the embodiment of FIG. 7, having a field strength varying means 44 and 45 for changing the electric field intensity generated in the sample surface.

電界強度可変手段44、45のうち、符号45で示すのは「電圧を印加するための導電性部材」であり、電圧印加手段44から電圧を印加できるようになっているAmong the electric field intensity varying means 44 and 45, indicate by reference numeral 45 is the "conductive member for applying a voltage", so that a voltage can be applied from the voltage applying unit 44.

より具体的には、電圧を印加するための導電性部材45は、図8(a)に示す如き「グリッドメッシュ」であるMore specifically, the conductive member 45 for applying a voltage is a “grid mesh” as shown in FIG .

図7に示すように、グリッドメッシュ45は試料SPの試料面上方に配置され、電圧印加手段44により電圧が印加されるようになっている。電源印加手段44は十数KVまでの高電圧発生可能な電源で、グリッドメッシュ45への印加電圧値を任意に設定可能である。   As shown in FIG. 7, the grid mesh 45 is arranged above the sample surface of the sample SP, and a voltage is applied by the voltage applying means 44. The power supply application means 44 is a power supply capable of generating a high voltage up to several tens of KVs, and can arbitrarily set a voltage value applied to the grid mesh 45.

図9に、試料SP近傍の様子を模式的に示す。グリッドメッシュ45は導電性の材料(Au、Cu、Ni等が好適である)によりメッシュ状に形成され(図8(a)参照)、電圧印加手段44から印加される印加電圧値に応じ、電子ビームの試料SPへの照射を遮ることなく、試料面近傍の電界分布を「均一にバイアス的にレベルシフト」させる。グリッドメッシュ45のピッチや形は、試料の測定領域や測定倍率により適切に設定できる。   FIG. 9 schematically shows the state in the vicinity of the sample SP. The grid mesh 45 is formed in a mesh shape with a conductive material (Au, Cu, Ni, etc. are preferable) (see FIG. 8A), and the electron is applied depending on the applied voltage value applied from the voltage applying means 44. The electric field distribution in the vicinity of the sample surface is “uniformly bias-level shifted” without blocking the irradiation of the beam to the sample SP. The pitch and shape of the grid mesh 45 can be appropriately set depending on the measurement area and measurement magnification of the sample.

グリッドメッシュ45に電圧が印可されると、グリッドメッシュ45のより形成される均一な電界が、試料面上の電荷分布が形成する電界に重畳され、試料面上の電界強度のバイアス成分となって上記電界強度の分布をシフトさせる。   When a voltage is applied to the grid mesh 45, the uniform electric field formed by the grid mesh 45 is superimposed on the electric field formed by the charge distribution on the sample surface, and becomes a bias component of the electric field strength on the sample surface. The electric field strength distribution is shifted.

例えば、2×10V/mの電界強度を「バイアス成分としてシフト」させるためには、試料面の1mm上方に2000Vの電圧を印可すればよい。 For example, in order to “shift as a bias component” the electric field strength of 2 × 10 6 V / m, a voltage of 2000 V may be applied 1 mm above the sample surface.

図10(a)は、グリッドメッシュ45に電圧を印加させ、試料表面の電界強度のバイアス成分を−Ebだけシフトさせた状態を示している。このシフトにより電界強度:0のレベルは、図6(a)の状態から上方へシフトする。即ち、もとの状態での電界強度:E=Ebの部分が、バイアスシフトによりE=0となるので、電界強度:Ebを閾値とした略2値画像が得られる。   FIG. 10A shows a state in which a voltage is applied to the grid mesh 45 and the bias component of the electric field strength on the sample surface is shifted by −Eb. By this shift, the level of electric field strength: 0 is shifted upward from the state of FIG. That is, since the electric field strength E: Eb in the original state becomes E = 0 due to the bias shift, a substantially binary image with the electric field strength Eb as a threshold value is obtained.

電界強度のバイアスシフトにより、電位コントラスト像は明るい部分が増え、シフト前の電界強度:Ebを境に明暗ができ、図10(b)に示す如きものとなる。この結果を画像処理することにより、潜像径を算出することができる。   Due to the bias shift of the electric field intensity, the bright portion of the potential contrast image increases, and the electric field intensity before the shift: Eb can be brightened and darkened as shown in FIG. 10B. By processing this result, the latent image diameter can be calculated.

バイアス成分のシフト量:−Ebを変化させれば、電界強度:0のレベルが変化するので、図10(a)に示す電界強度分布を、様々な強度レベルで2値化した、様々な切り口の電位コントラスト像を得ることができる。勿論、グリッドメッシュ45への印加電圧値:Ebの調整により、現像開始電圧:Ethを切り口とする電位コントラスト像を得ることができる。   If the amount of shift of the bias component: -Eb is changed, the level of the electric field strength: 0 changes, so various cut points obtained by binarizing the electric field strength distribution shown in FIG. 10A at various strength levels. Potential contrast images can be obtained. Of course, by adjusting the applied voltage value Eb to the grid mesh 45, it is possible to obtain a potential contrast image with the development start voltage Eth as a starting point.

電界強度可変手段の別の例として、荷電粒子捕獲器の引き込み電圧を変えるものがある。   As another example of the electric field strength varying means, there is one that changes the pull-in voltage of the charged particle trap.

前述の如く、2次電子検出は荷電粒子捕獲器であるシンチレータ(蛍光体)と光電子倍増管を組み合わせたもので行われるが、試料SPから発生した2次電子はエネルギーが低いため、シンチレータの表面に印加された捕獲のための高電圧(引き込み電圧)の電界の影響で加速され、シンチレータで光に変換される。この光は、ライトパイプを通って光電子倍増管(PMT)で電流として増幅され電流信号として取り出される。   As described above, secondary electron detection is performed using a combination of a scintillator (phosphor), which is a charged particle trap, and a photomultiplier tube. Since secondary electrons generated from the sample SP have low energy, the surface of the scintillator is used. It is accelerated by the influence of an electric field of a high voltage (drawing voltage) for trapping applied to the light and converted into light by a scintillator. This light passes through the light pipe and is amplified as a current by a photomultiplier tube (PMT) and extracted as a current signal.

通常、シンチレータ(荷電粒子捕獲器)への引き込み電圧は10KV程度であるため、試料面近傍の電界は104〜105V/m程度に過ぎない。従って「試料の電荷分布によって発生する電界」が、引き込み電圧により形成される電界に対して優勢である場合、2次電子は、試料表面の電荷分布による電界の影響を受けやすい。 Usually, since the drawing voltage to the scintillator (charged particle trap) is about 10 KV, the electric field in the vicinity of the sample surface is only about 10 4 to 10 5 V / m. Accordingly, when the “electric field generated by the charge distribution of the sample” is dominant over the electric field formed by the pull-in voltage, the secondary electrons are easily affected by the electric field due to the charge distribution on the sample surface.

このような場合、図9に示す引き込み電圧電源24Aによる印加電圧値を増大させ「引き込み電圧を大きくする」か、あるいは、荷電粒子捕獲器24を試料に近づけることによって、前記電界強度のバイアス成分を変えることができる。   In such a case, the bias voltage component of the electric field strength can be reduced by increasing the voltage applied by the pull-in voltage power supply 24A shown in FIG. 9 and “increasing the pull-in voltage” or by bringing the charged particle trap 24 close to the sample. Can be changed.

グリッドメッシュ45による電界印加と、引き込み電圧の変更を組み合わせることにより、電界強度のより効果的なバイアスシフトを実現することもできる。   By combining the application of the electric field by the grid mesh 45 and the change of the pull-in voltage, a more effective bias shift of the electric field strength can be realized.

また、荷電粒子捕獲器としてはシンチレータに換えてマイクロチャンネルプレート(MCP)を用いても良い。MCPに入力した2次電子は、MCPの入力面に印加された引き込み電圧により集電され、増幅されて数千倍に増加することが可能であり、2次電子の信号成分を大幅に増加することにより検出信号のS/N比を有効に向上させることが可能となる。   Further, as the charged particle trap, a microchannel plate (MCP) may be used instead of the scintillator. The secondary electrons input to the MCP are collected by the pull-in voltage applied to the input surface of the MCP, and can be amplified to increase several thousand times, greatly increasing the signal component of the secondary electrons. As a result, the S / N ratio of the detection signal can be effectively improved.

また、試料面上方の電界強度のバイアス成分:Ebを複数段階に変化させて測定を繰り返してデータを取り込み、コンピュータ上で演算処理することにより、静電潜像の電位分布のプロファイルを測定可能である。   In addition, it is possible to measure the profile of the potential distribution of the electrostatic latent image by changing the bias component of the electric field intensity above the sample surface: Eb in multiple stages and repeating the measurement to capture the data and processing it on the computer. is there.

バイアス成分:Ebの値をn回変化させて、静電潜像の電位分布のプロファイルを測定する場合のフロー図を図11に示す。   FIG. 11 shows a flow chart in the case of measuring the potential distribution profile of the electrostatic latent image by changing the value of the bias component: Eb n times.

工程パラメータ:iを1としてスタートし、電界バイアス:Ebを最初の値に設定し、電位コントラスト像を取込んで2値化処理し、2値化された境界部で潜像径を算出する。算出された潜像径をメモリに取込み、工程パラメータ:iをi+1に換えて上記プロセスを繰り返す。この工程をN回繰り返すことにより、n種の電界バイアス:Ebを閾値とする潜像の径がn個得られるので、これにより、静電潜像の電位プロファイルを知ることができる。
電位プロファイルを算出するのに必要な処理は、コンピュータ40により行う。
The process parameter: i is started as 1, and the electric field bias: Eb is set to the initial value, the potential contrast image is taken and binarized, and the latent image diameter is calculated at the binarized boundary. The calculated latent image diameter is taken into the memory, the process parameter: i is changed to i + 1, and the above process is repeated. By repeating this process N times, n latent image diameters having n types of electric field biases Eb as threshold values can be obtained, whereby the potential profile of the electrostatic latent image can be known.
The computer 40 performs processing necessary to calculate the potential profile.

勿論、この工程では、電子ビームによる試料走査がn回繰り返されるので、n回の測定が行われる間、静電潜像が入射電子により消失しないように、電子ビ−ムの照射電流は十分に小さく設定する。   Of course, in this process, since the sample scanning with the electron beam is repeated n times, the irradiation current of the electron beam is sufficiently large so that the electrostatic latent image is not lost by the incident electrons during the measurement of n times. Set smaller.

なお、電界強度可変手段における「電圧を印加するための導電性部材」としては、上記グリッドメッシュ45の他に、図8(b)に示す「穴付きグリッドメッシュ(メッシュの中央部に穴が形成されている。)」や図8(c)に示す「ホールプレート(導電性プレートの中央部に穴が形成されている。)」を用いることができる。穴付きグリッドメッシュやホールプレートに形成される穴のサイズは「測定領域相当」が好ましい。   As the “conductive member for applying a voltage” in the electric field strength varying means, in addition to the grid mesh 45, a “grid mesh with a hole (a hole is formed in the center of the mesh) shown in FIG. And “Hole plate (a hole is formed in the central portion of the conductive plate)” shown in FIG. 8C can be used. The size of the holes formed in the grid mesh with holes or the hole plate is preferably “equivalent to the measurement region”.

図12は、図4に示した形態に対して、図7の実施の形態において用いているのと同様のグリッドメッシュ45と図示されない電圧印加手段を付加した例である。この装置では、ドラム上に形成された試料SP1に対して、前記請求項1に記載の測定方法を実施することができる。 12, to the embodiment shown in FIG. 4, an example of adding a voltage applying means (not shown) similar to the grid mesh 45 and the uses in the embodiment of FIG. In this apparatus, the measurement method according to the first aspect can be performed on the sample SP1 formed on the drum.

表面電荷分布測定装置の1形態を示す図である。It is a figure which shows one form of a surface charge distribution measuring apparatus . 試料の1例である光導電性感光体の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of the photoconductive photoreceptor which is an example of a sample. 測定原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a measurement principle. 表面電荷分布測定装置の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of a surface charge distribution measuring apparatus . 露光手段の1例である光走査装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical scanning device which is an example of an exposure means. 静電潜像による電界強度分布と、2値化された電位コントラスト像を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electric field strength distribution by an electrostatic latent image, and the binarized potential contrast image. 表面電荷分布測定装置の実施の1形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of a surface charge distribution measuring apparatus. 電界強度可変手段における電圧を印加するための導電性部材としての、グリッドメッシュ、穴付きグリッドメッシュ、ホールプレートを示す図である。It is a figure which shows a grid mesh, a grid mesh with a hole, and a hole plate as an electroconductive member for applying the voltage in an electric field strength variable means. 図7の実施の形態における試料近傍の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the sample vicinity in embodiment of FIG. 電界強度可変手段による電界強度変化の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the electric field strength change by an electric field strength variable means. 請求項1記載の測定方法の1例を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating an example of the measuring method of Claim 1. 表面電荷分布測定装置の実施の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of implementation of a surface charge distribution measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 静電潜像観測装置
11 荷電粒子銃(電子銃)
17 半導体レーザ
21、22、23 結像レンズ
SP 試料
24 荷電粒子捕獲器
10 Electrostatic latent image observation device 11 Charged particle gun (electron gun)
17 Semiconductor laser 21, 22, 23 Imaging lens SP Sample 24 Charged particle trap

Claims (10)

表面に静電潜像による表面電荷分布を有する試料に荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査し、この走査により得られる検出信号により、上記表面電荷分布を測定し、該測定で得られる電位コントラスト像を2値化処理し、2値化された境界部で得られる潜像径を算出する工程を、試料面に生じる電界強度のバイアス成分を測定領域相当の面積領域において複数段階にシフトさせて複数回繰り返して行い、得られる複数の潜像径により上記静電潜像の電位プロファイルを得ることを特徴とする表面電荷分布測定方法。 A sample having a surface charge distribution due to an electrostatic latent image on the surface is irradiated with a charged particle beam to scan one-dimensionally or two-dimensionally, and the surface charge distribution is measured by a detection signal obtained by the scanning , The process of binarizing the potential contrast image obtained by the measurement and calculating the latent image diameter obtained at the binarized boundary portion is performed in the area region corresponding to the measurement region with the bias component of the electric field strength generated on the sample surface. A method for measuring a surface charge distribution, wherein the potential profile of the electrostatic latent image is obtained from a plurality of latent image diameters obtained by shifting to a plurality of stages and repeating a plurality of times . 請求項1記載の表面電荷分布測定方法を実施するための装置であって、
測定対象としての静電潜像による表面電荷分布を有する試料を測定状態に保持する保持手段と、
この保持手段に保持された試料に、荷電粒子ビームを照射して1次元的もしくは2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
上記電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を試料面上の位置に対応させて検出信号として検出し、上記電荷分布を測定する測定手段と、
試料面に生じる電界強度のバイアス成分を測定領域相当の面積領域において複数段階にシフトさせて変える電界強度可変手段と、
上記測定手段による測定で得られる電位コントラスト像を2値化処理し、2値化された境界部で得られる潜像径を算出するとともに、得られる複数の潜像径により上記静電潜像の電位プロファイルを得る手段を有することを特徴とする表面電荷分布測定装置
An apparatus for carrying out the surface charge distribution measuring method according to claim 1,
Holding means for holding a sample having a surface charge distribution by an electrostatic latent image as a measurement object in a measurement state;
Charged particle beam scanning means for irradiating a charged particle beam to the sample held by the holding means to scan one-dimensionally or two-dimensionally; and
Measuring means for capturing charged particles that are electrically affected by the charge distribution, detecting the detected intensity as a detection signal corresponding to the position on the sample surface, and measuring the charge distribution;
Electric field strength variable means for changing the bias component of the electric field strength generated on the sample surface by shifting it in a plurality of stages in the area corresponding to the measurement region ,
The potential contrast image obtained by the measurement by the measuring means is binarized to calculate the latent image diameter obtained at the binarized boundary, and the electrostatic latent image is obtained from the plurality of latent image diameters obtained. A surface charge distribution measuring apparatus having means for obtaining a potential profile .
請求項2記載の表面電荷分布測定装置において、
電界強度可変手段として、電圧を印加するための導電性部材を用いることを特徴とする表面電荷分布測定装置
The surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2,
A surface charge distribution measuring apparatus using a conductive member for applying a voltage as the electric field strength varying means .
請求項3記載の表面電荷分布測定装置において、
電圧を印加するための導電性部材として、グリッドメッシュあるいはホールプレートもしくは穴付きグリッドメッシュを用いて、試料面近傍にバイアス成分を形成することを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 3,
A surface charge distribution measuring apparatus, wherein a bias component is formed in the vicinity of a sample surface using a grid mesh, a hole plate, or a grid mesh with holes as a conductive member for applying a voltage .
請求項2または3または4記載の表面電荷分布測定装置において、
電界強度可変手段として、測定手段における電荷分布による電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲する検出器の引き込み電圧を可変する手段を有することを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 2, 3 or 4,
An apparatus for measuring a surface charge distribution, comprising means for varying a pull-in voltage of a detector that captures charged particles that are electrically influenced by the charge distribution in the measurement means as the electric field strength varying means .
請求項2〜5の任意の1に記載の表面電荷分布測定装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が電子ビーム走査手段であり、測定手段が、電子ビームの走査に伴ない試料において発生する2次電子の強度を検出信号として検出することを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to any one of claims 2 to 5,
An apparatus for measuring surface charge distribution, wherein the charged particle beam scanning means is an electron beam scanning means, and the measurement means detects the intensity of secondary electrons generated in the sample accompanying the scanning of the electron beam as a detection signal .
請求項2〜6の任意の1に記載の表面電荷分布測定装置において、
試料を均一に帯電させる帯電手段と、均一帯電された試料に対して露光を行う露光手段とを有することを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to any one of claims 2 to 6,
A surface charge distribution measuring apparatus comprising: charging means for uniformly charging a sample; and exposure means for exposing a uniformly charged sample .
請求項7記載の表面電荷分布測定装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が電子ビーム走査手段であり、この電子ビーム走査手段が帯電手段を兼ねることを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 7,
An apparatus for measuring surface charge distribution, wherein the charged particle beam scanning means is an electron beam scanning means, and the electron beam scanning means also serves as the charging means .
請求項7または8記載の表面電荷分布測定装置において、
露光手段が所望の光ビームの照射により露光を行うことを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 7 or 8,
An apparatus for measuring a surface charge distribution, wherein the exposure means performs exposure by irradiation with a desired light beam .
請求項7または8記載の表面電荷分布測定装置において、
露光手段が光走査により露光を行うことを特徴とする表面電荷分布測定装置
In the surface charge distribution measuring apparatus according to claim 7 or 8,
An apparatus for measuring surface charge distribution, wherein the exposure means performs exposure by optical scanning .
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