JP5797446B2 - Surface charge distribution measuring method and surface charge distribution measuring apparatus - Google Patents

Surface charge distribution measuring method and surface charge distribution measuring apparatus Download PDF

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本発明は、従来技術ではきわめて困難であった、誘電体の表面に生じている電荷分布あるいは電位分布をミクロンオーダーで高分解能の計測を行う方法及び装置、特には、電子写真用感光体上に電子写真プロセスで起こるのと同等条件で静電潜像を形成させ、その静電潜像を測定する方法および装置に関するものである。   The present invention is a method and apparatus for measuring a charge distribution or potential distribution generated on the surface of a dielectric material with a high resolution on the order of microns, particularly on an electrophotographic photoreceptor, which has been extremely difficult with the prior art. The present invention relates to a method and apparatus for forming an electrostatic latent image under conditions equivalent to those occurring in an electrophotographic process and measuring the electrostatic latent image.

電荷は、厳密には試料内に空間的に散らばっていることは周知の通りである。このため、ここで述べる「表面電荷」とは、電荷分布状態が、厚さ方向に比べて、面内方向に大きく分布している状態を指すものとする。なお、電荷には、電子だけでなく、イオンも含める。また、表面に導電部分があり、導電部分に電圧が印加されることにより、試料表面あるいはその近傍に電位分布が生じている状態であってもよい。   As is well known, the electric charges are strictly scattered spatially in the sample. For this reason, the “surface charge” described here refers to a state in which the charge distribution state is largely distributed in the in-plane direction compared to the thickness direction. Note that the charge includes not only electrons but also ions. Further, there may be a state in which there is a conductive portion on the surface and a potential distribution is generated on or near the sample surface by applying a voltage to the conductive portion.

電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、特許文献1に記載されている方法などがあるが、特許文献1記載の方法を適用可能な試料としては、LSIチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されている。すなわち、暗減衰を生じる通常の電子写真用感光体は測定することができない。通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。   As a method for observing an electrostatic latent image using an electron beam, there is a method described in Patent Document 1, but an LSI chip or an electrostatic latent image is stored as a sample to which the method described in Patent Document 1 can be applied. -Limited to samples that can be held. That is, a normal electrophotographic photoreceptor that causes dark decay cannot be measured. Since a normal dielectric can hold a charge semipermanently, even if measurement is performed over time after forming a charge distribution, the measurement result is not affected.

しかしながら、画像形成装置などに用いられている電子写真用感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持することができず、暗減衰が生じて時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい数十秒である。   However, in the case of an electrophotographic photosensitive member used in an image forming apparatus or the like, since the resistance value is not infinite, the electric charge cannot be held for a long time, and dark decay occurs and the surface potential increases with time. It will decline. The time that the photoconductor can hold the charge is at most several tens of seconds even in the dark room.

従って、電子写真用感光体を帯電・露光して形成した静電潜像を電子顕微鏡(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。また、特許文献2に記載されている装置においては、使用波長が電子写真用感光体の使用波長に対して4桁以上異なる上に、任意のラインパターンや、所望のビーム径およびビームプロファイルの潜像を形成することは不可能であり、本発明の目的を達成することができない。   Therefore, even if an electrostatic latent image formed by charging and exposing an electrophotographic photosensitive member is observed in an electron microscope (SEM), the electrostatic latent image disappears at the preparation stage. In addition, in the apparatus described in Patent Document 2, the wavelength used differs from the wavelength used by the electrophotographic photosensitive member by 4 digits or more, and an arbitrary line pattern, latent beam diameter and beam profile latency are obtained. It is impossible to form an image and the object of the present invention cannot be achieved.

暗減衰を生じる感光体試料であっても静電潜像を測定することができる方法および測定装置がある(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。その原理は以下のとおりである。試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって発生した2次電子はこの電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。従って、電界強度が強い部分は暗く、弱い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コントラスト像を検出することができる。従って、露光した場合には、露光部が黒、非露光部が白となるので、こうして形成された静電潜像を測定することができる。   There are methods and measuring apparatuses that can measure an electrostatic latent image even for a photoreceptor sample that causes dark decay (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). The principle is as follows. If there is a charge distribution on the sample surface, an electric field distribution corresponding to the surface charge distribution is formed in the space. For this reason, the secondary electrons generated by the incident electrons are pushed back by this electric field, and the amount reaching the detector is reduced. Therefore, a portion where the electric field intensity is strong is dark and a weak portion is bright and contrasted, and a contrast image corresponding to the surface charge distribution can be detected. Therefore, when exposed, the exposed portion is black and the non-exposed portion is white, so that the electrostatic latent image formed in this way can be measured.

さらに、入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で潜像プロファイルを測定する方法がある(例えば、特許文献5参照)。この方法を用いることにより、従来困難であった潜像プロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。しかし、一方で、通常のSEMと異なり、表面電荷による空間電界の変化で入射電子の軌道が変わるため、高い精度で計測するためには、入射電子の起動変化を補正することが望ましい。   Further, there is a method of measuring a latent image profile under a condition in which a region where the velocity vector in the sample vertical direction of incident charged particles is inverted exists (see, for example, Patent Document 5). By using this method, it is possible to visualize the latent image profile which has been difficult in the past on the order of microns. However, on the other hand, unlike a normal SEM, the trajectory of incident electrons changes due to a change in the space electric field due to the surface charge. Therefore, it is desirable to correct the startup change of the incident electrons in order to measure with high accuracy.

その他の従来技術としては、特許文献6、特許文献7、特許文献8に記載されている発明などのように、試料への印加電圧による影響を予め予測し、偏向条件を変える方法がある。しかし、測定対象物である試料が帯電あるいは電位分布を有している場合には、入射電子軌道の曲がりは未知数であるため、予め印加電圧による影響を予測することができない。   As another conventional technique, there is a method of changing the deflection condition by predicting in advance the influence of the voltage applied to the sample, as in the inventions described in Patent Document 6, Patent Document 7, and Patent Document 8. However, when the sample to be measured has a charge or a potential distribution, the influence of the applied voltage cannot be predicted in advance because the bending of the incident electron trajectory is unknown.

また、電子軌道を計算して、高精度計測を可能とする方法および装置が提案されている(例えば、特許文献9、特許文献10参照)。この方法および装置では、シミュレーションにより計算された電子軌道が実測データと照合されるが、電子軌道の計算に長い時間を要していた。   In addition, a method and an apparatus for calculating an electron trajectory and enabling high-precision measurement have been proposed (see, for example, Patent Document 9 and Patent Document 10). In this method and apparatus, the electron trajectory calculated by the simulation is collated with the actual measurement data, but it takes a long time to calculate the electron trajectory.

さらに、導体の電極電位を誘電体と試料裏面電極の境界面での見かけの電荷密度に変換させる処理を行い、導体および誘電体界面上の見かけの電荷密度から、直接、空間電界の解として求める計算手法を用いる方法がある(特許文献11参照)。この方法によると、高い計算精度と短時間の計算を実現することができる。そのためこの方法は、電荷分布形状の縦横比が固定している場合の相似する形状など、ある程度限定された形状に適用することができる。しかし、縦横比や分布形状が複雑な電荷分布形状に対しては、多くの本数の電子軌道を計算しなければならず、さらなる計算速度の向上が求められていた。   Furthermore, a process is performed to convert the electrode potential of the conductor to an apparent charge density at the interface between the dielectric and the sample back electrode, and the direct electric field solution is obtained from the apparent charge density on the conductor and dielectric interface. There is a method using a calculation method (see Patent Document 11). According to this method, high calculation accuracy and short-time calculation can be realized. Therefore, this method can be applied to a shape limited to some extent, such as a similar shape when the aspect ratio of the charge distribution shape is fixed. However, for charge distribution shapes with complicated aspect ratios and distribution shapes, a large number of electron trajectories must be calculated, and further improvement in calculation speed has been demanded.

高い計測精度を確保しつつ計算に要する時間を短縮するためには、電子軌道の時間間隔の決定に要する演算ステップ数の削減、計算が必要な電子軌道本数の削減、電子軌道計算結果と比較する実測データの忠実性の向上等が求められる。   To reduce the time required for calculation while ensuring high measurement accuracy, reduce the number of calculation steps required to determine the time interval of the electron orbit, reduce the number of electron orbits that need to be calculated, and compare with the results of the electron orbit calculation Improvement of fidelity of measured data is required.

本発明は、これらを鑑み、高い計測精度を確保しつつ、計算時間を短縮することのできる表面電荷分布測定方法および装置を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a surface charge distribution measuring method and apparatus capable of reducing calculation time while ensuring high measurement accuracy.

本発明は、表面電荷分布を有する試料を荷電粒子ビームで走査し、前記試料の表面電荷分布を測定する表面電荷分布測定方法であって、表面電荷分布測定を行う装置の構成に基づいて前記試料の表面電荷分布モデルを設定するモデル設定工程と、前記表面電荷分布モデルに基づき起点での荷電粒子ビームの加速度の微分値を算出し、算出結果に基づいて次点を決定するための前記起点の時点から前記次点の時点までの時間間隔を設定して前記荷電粒子ビームの軌道を算出する軌道計算工程と、前記試料を荷電粒子ビームで走査することによって得られる検出信号により前記試料の表面電荷分布の実測値を求める実測工程と、前記表面電荷分布モデルの値を、前記実測工程における前記実測値と照合する照合工程と、前記照合工程において前記表面電荷分布モデルの値と前記実測値との誤差が所定の範囲内であれば前記表面電荷分布モデルを実際の表面電荷分布として採用する判定工程と、を備えることを最も主要な特徴とする。
The present invention is a surface charge distribution measuring method for measuring a surface charge distribution of a sample by scanning a sample having a surface charge distribution with a charged particle beam, and the sample is based on a configuration of an apparatus for measuring the surface charge distribution. A model setting step of setting a surface charge distribution model of the first and a differential value of the acceleration of the charged particle beam at the starting point based on the surface charge distribution model, and determining the next point based on the calculation result A trajectory calculation step of calculating a trajectory of the charged particle beam by setting a time interval from the time point to the time point of the next point, and a surface charge of the sample by a detection signal obtained by scanning the sample with the charged particle beam the measured obtaining a measured value of the distribution, the verification process of the value of the surface charge distribution model, matching with the actual value in the actual process, the in the verification step Error between the value of the surface charge distribution model and the measured value is the most important feature that and a determination step of employing the surface charge distribution model as the actual surface charge distribution is within a predetermined range.

本発明によると、電子写真用感光体上に電子写真プロセスで起こるのと同等条件で静電潜像を形成させ、その静電潜像を測定する装置を提供することができる。また、本発明によると、高い計測精度を確保しつつ、計算時間を短縮することのできる表面電荷分布測定方法および装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an apparatus for forming an electrostatic latent image on an electrophotographic photosensitive member under the same conditions as in an electrophotographic process and measuring the electrostatic latent image. Further, according to the present invention, it is possible to provide a surface charge distribution measuring method and apparatus capable of shortening calculation time while ensuring high measurement accuracy.

本発明の実施例に係る表面電荷分布の測定方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a method for measuring a surface charge distribution according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る表面電荷分布の測定方法および装置に使用することができる信号検出装置部の例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the example of the signal detection apparatus part which can be used for the measuring method and apparatus of the surface charge distribution which concern on this invention. 本発明において使用される構造体モデルの例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the example of the structure body model used in this invention. 図3の構造体モデルを側面から見たモデル図である。It is the model figure which looked at the structure model of FIG. 3 from the side. 本発明に係る表面電荷分布の測定方法における電極電位のみかけの電荷密度を説明するためのモデル図である。It is a model figure for demonstrating the apparent charge density of the electrode potential in the measuring method of the surface charge distribution which concerns on this invention. 本発明に係る表面電荷分布の測定方法に適用される係数マトリックスを示す図である。It is a figure which shows the coefficient matrix applied to the measuring method of the surface charge distribution which concerns on this invention. 本発明に係る表面電荷分布の測定方法における導体のみかけの電荷密度変換を説明するためのモデル図である。It is a model figure for demonstrating apparent charge density conversion of the conductor in the measuring method of the surface charge distribution which concerns on this invention. 従来の時間間隔の設定方法を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the setting method of the conventional time interval. 時間間隔の算出方法を示すフローチャートであり、(a)は本実施例、(b)は従来例のものを示している。It is a flowchart which shows the calculation method of a time interval, (a) shows a present Example, (b) has shown the thing of a prior art example. 本実施例および従来の軌道計算結果を比較するためZ座標を横軸としたグラフであり、(a)は縦軸を時間間隔、(b)は縦軸を誤差量としている。In order to compare the results of the trajectory calculation with the present embodiment, the graph is shown with the Z coordinate as the horizontal axis, where (a) shows the time interval on the vertical axis and (b) shows the error amount on the vertical axis. 本発明に係る表面電荷分布の測定装置の例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the example of the measuring apparatus of the surface charge distribution which concerns on this invention. 本発明が利用している入射電子と試料との関係を示すモデル図である。It is a model figure which shows the relationship between the incident electron and sample which this invention utilizes. 試料を2次元的に走査したときの検出信号強度とスレッショルド電位Vthとの関係を示すグラフおよびモデル図である。It is a graph and a model diagram showing the relationship between the detection signal intensity and the threshold potential Vth when a sample is scanned two-dimensionally. 図11の表面電荷分布の測定装置の情報処理部を詳細に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the information processing part of the surface charge distribution measuring apparatus of FIG. 11 in detail. 誤差を含むデータの平滑化スプライン曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the smoothing spline curve of the data containing an error. 平滑化スプライン関数による曲線近似を示すグラフであり、(a)は望ましくない曲線近似を、(B)は望ましい曲線近似を示している。It is a graph which shows the curve approximation by a smoothing spline function, (a) shows the undesirable curve approximation, (B) shows the desirable curve approximation. 離散間隔が広い領域を有するデータの平滑化スプライン曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the smoothing spline curve of the data which has an area | region where a discrete space | interval is wide. 離散間隔が広い領域を有するデータにダミー点を付加して作成した平滑化スプライン曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the smoothing spline curve created by adding a dummy point to the data which has an area | region with a wide discrete space | interval. 楕円方程式によるダミー点の付加方法を示すグラフである。It is a graph which shows the addition method of the dummy point by an elliptic equation. 印加電圧決定による境界値判定の方法を示すモデル図である。It is a model figure which shows the method of the boundary value determination by applied voltage determination. 印加電圧を固定した場合の境界値判定の方法を示すモデル図である。It is a model figure which shows the method of boundary value determination at the time of fixing an applied voltage. 試料の電荷分布状態を示すスレッショルド電位Vthの算出手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the threshold potential Vth which shows the electric charge distribution state of a sample. 試料の電位分布による入射電子の曲がりを示すモデル図である。It is a model figure which shows the bending of the incident electron by the electric potential distribution of a sample. 潜像の中心からの距離に対する電位の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the electric potential with respect to the distance from the center of a latent image. 本発明の実施例に係る表面電荷分布の測定方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a method for measuring a surface charge distribution according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る表面電荷分布の測定装置の別の例を示すモデル図である。It is a model figure which shows another example of the surface charge distribution measuring apparatus which concerns on this invention. 加速電圧と帯電および加速電圧と帯電電位の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between acceleration voltage and charging, and acceleration voltage and charging potential. 本発明に適用可能な露光部の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the exposure part applicable to this invention. ショットキーエミッション型電子銃の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the example of a Schottky emission type | mold electron gun.

以下、本発明に係る帯電特性評価方法および帯電特性評価装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of a charging characteristic evaluation method and a charging characteristic evaluation apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下、本発明に係る表面電荷分布の測定方法および表面電荷分布の測定装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of a surface charge distribution measuring method and a surface charge distribution measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明では、導体および誘電体界面上の見かけの電荷密度を直接の解として求める計算を用いている。具体的には、既知である電極電位を、解析対象となる空間に導体および誘電体の構造体モデルによる幾何学的配置と試料上の未知なる電荷密度を境界条件として、見かけの電荷密度に変換させる処理を行い、変換された見かけの電荷密度を用いて直接空間電界を決定している。そして、算出された電子軌道シミュレーション計算データを、計測された検出信号データと照合しながら、試料上の電荷密度を決定している。   In the present invention, a calculation for obtaining the apparent charge density on the conductor and dielectric interface as a direct solution is used. Specifically, a known electrode potential is converted into an apparent charge density in the space to be analyzed using the geometrical arrangement of the conductor and dielectric structure model and the unknown charge density on the sample as boundary conditions. The spatial electric field is directly determined using the converted apparent charge density. Then, the charge density on the sample is determined while collating the calculated electron orbit simulation calculation data with the measured detection signal data.

表面電荷及び電位分布を決定するフローの例を図1に示す。図1において、ステップS1は構造体モデル設定、ステップS2は電極電位設定、ステップS3は表面電荷設定、ステップS4はみかけの電荷密度変換、ステップS5は空間電界計算、ステップS6は時間間隔設定、ステップS7はシミュレーション計算、ステップS8は実測データとの照合である。この照合が一致すればステップS9の表面電荷決定、ステップS10の表面電荷分布または表面電位算出と進んで終了する。ステップS7で不一致と判定されたら、ステップS11で表面電荷モデル修正に進み、再度ステップS4のみかけの電荷密度変換に戻る。各ステップは後で詳細に説明する。   An example of a flow for determining the surface charge and potential distribution is shown in FIG. In FIG. 1, step S1 is a structure model setting, step S2 is an electrode potential setting, step S3 is a surface charge setting, step S4 is an apparent charge density conversion, step S5 is a spatial electric field calculation, step S6 is a time interval setting, step S7 is simulation calculation, and step S8 is collation with actual measurement data. If this collation matches, the process proceeds with the determination of the surface charge in step S9 and the calculation of the surface charge distribution or surface potential in step S10. If it is determined in step S7 that there is a mismatch, the process proceeds to surface charge model correction in step S11, and the process returns to the apparent charge density conversion again in step S4. Each step will be described in detail later.

また、解析対象となる空間に配置されている導体および誘電体の幾何学的配置から決定される係数マトリクスを求め、電界電位係数マトリクスと導体の電位および誘電体界面上の電荷密度を境界条件として、n元連立1次方程式を解いてもよい。具体的には、以下の方法による。   In addition, a coefficient matrix determined from the geometrical arrangement of the conductor and dielectric placed in the space to be analyzed is obtained, and the electric field potential coefficient matrix, the potential of the conductor and the charge density on the dielectric interface are used as boundary conditions. , N-ary simultaneous linear equations may be solved. Specifically, the following method is used.

まず、構造体モデルを設定する(図3、図4参照)。図2は信号を検出する計測装置の構成を示す。図2において、接地された板状の導体基板101の上面に絶縁体からなる板状の絶縁体102が、その上に導電板103が積層されて、試料の載置台が形成されている。導電板103には電圧Vsubが印加されるとともに資料である感光体110が載せられる。この感光体110に向かって上方から電子ビーム104が照射される。電子ビーム4の経路には対物レンズ105が配置され、感光体110に適切な横断面形状の電子ビームが照射されるように調整される。感光体110の上方近傍にはグリッドメッシュ106が配置されている。グリッドメッシュ106の斜め上方には、感光体110に向かって照射される電子ビーム4が感光体110で反発されて戻る電子を検知する検出器107が配置されている。   First, a structure model is set (see FIGS. 3 and 4). FIG. 2 shows a configuration of a measuring device that detects a signal. In FIG. 2, a plate-like insulator 102 made of an insulator is laminated on the upper surface of a grounded plate-like conductor substrate 101, and a conductive plate 103 is laminated thereon to form a sample mounting table. A voltage Vsub is applied to the conductive plate 103 and a photoconductor 110 as a material is placed thereon. An electron beam 104 is irradiated from above toward the photoconductor 110. An objective lens 105 is disposed in the path of the electron beam 4 and is adjusted so that an electron beam having an appropriate cross-sectional shape is irradiated onto the photoconductor 110. A grid mesh 106 is disposed in the vicinity of the upper portion of the photoconductor 110. A detector 107 that detects electrons returning from the photosensitive member 110 repelled by the electron beam 4 is disposed obliquely above the grid mesh 106.

試料(感光体)の形状、膜厚、試料裏面の電極形状、また、試料近傍の導体および誘電体は、電子軌道への影響が特に大きい要因となる。そこで、これらを幾何学的に配置する(前記ステップS1)。また、必要に応じて、検出器の位置、電子ビーム光学系の構成や電子ビーム光学系を構成する各光学部品の特性などを考慮してもよい。誘電体は誘電率を設定し、導体への印加電圧を設定する。試料から離れた位置での構造物は電子軌道への影響が小さくなるので、簡略化あるいは省略してもよい。次のステップでは、実測で用いた試料背面の電極電位を設定する(前記ステップS2)。   The shape and film thickness of the sample (photosensitive member), the electrode shape on the back surface of the sample, and the conductor and dielectric near the sample are factors that have a particularly large influence on the electron trajectory. Therefore, these are geometrically arranged (step S1). If necessary, the position of the detector, the configuration of the electron beam optical system, the characteristics of each optical component constituting the electron beam optical system, and the like may be taken into consideration. The dielectric sets the dielectric constant and sets the voltage applied to the conductor. Since the structure at a position away from the sample has less influence on the electron trajectory, it may be simplified or omitted. In the next step, the electrode potential on the back surface of the sample used in the actual measurement is set (step S2).

次のステップでは、試料表面に電荷密度分布を設定する(前記ステップS3)。この初期に設定した表面電荷分布は、計測データと照合して変更するため、どのような値でもよい。なるべく予想される値に近い方が望ましい。実測値に近い方が、収束時間が短くなる。   In the next step, a charge density distribution is set on the sample surface (step S3). Since the initially set surface charge distribution is changed in comparison with the measurement data, any value may be used. It is desirable that the value be as close as possible to the expected value. The closer to the actually measured value, the shorter the convergence time.

次のステップでは、導体に与えた電極電位を試料境界面でのみかけの電荷密度に変換する(前記ステップS4)。ここでいう、「みかけの電荷密度」とは、導体に与えた電極電位と「同等の電磁場環境となる」構造体境界面に与えた電荷密度を指す。図5(a)のように、xyz空間での座標Rに電位が与えられた導体が存在するとき、空間の点R0での静電ポテンシャルφ(R0)は、式(1)で表すことができる。

式(1)

Figure 0005797446
ここで、σ(R)は、導体面S上に分布する電荷密度である。 In the next step, the electrode potential applied to the conductor is converted into an apparent charge density only at the sample boundary surface (step S4). Here, the “apparent charge density” refers to the charge density given to the boundary surface of the structure “becomes an equivalent electromagnetic field environment” to the electrode potential given to the conductor. As shown in FIG. 5A, when there is a conductor to which a potential is applied at the coordinate R in the xyz space, the electrostatic potential φ (R0) at the point R0 in the space can be expressed by the equation (1). it can.

Formula (1)
Figure 0005797446
Here, σ (R) is a charge density distributed on the conductor surface S.

計算では、境界の領域を微小面積ΔSiに分割する(図5(b)参照)。微小面積内での電荷密度を近似的にσiとしてこれを一定とする。空間の点Rjでの静電ポテンシャルφ(Rj)は、式(2)で表すことができる。

式(2)

Figure 0005797446
そうすることで、既知の電極電位とみかけの電荷密度の関係を、図6(a)で示す行列式で表すことができる。ここで、上記行列式の左辺のうちφ1〜φmが導体面上の既知電位であり、σrは最終的に計測すべき表面電荷密度である。σrは、照合前の電荷密度が入力されているため、左辺は既知である。右辺のσは、見かけ電荷密度であり、そのうちσ1〜σmが導体面上の見かけ電荷になる。 In the calculation, the boundary region is divided into a small area ΔSi (see FIG. 5B). The charge density within a very small area is approximately set to σi, and this is made constant. The electrostatic potential φ (Rj) at the point Rj in space can be expressed by equation (2).

Formula (2)
Figure 0005797446
By doing so, the relationship between the known electrode potential and the apparent charge density can be expressed by the determinant shown in FIG. Here, among the left sides of the determinant, φ1 to φm are known potentials on the conductor surface, and σr is the surface charge density to be finally measured. Since σr is inputted with the charge density before collation, the left side is known. Σ on the right side is the apparent charge density, and σ1 to σm among them is the apparent charge on the conductor surface.

係数行列の要素である係数マトリックスFjiは、解析対象となる空間に配置されている導体および誘電体の幾何学的配置から決定され、図6(b)、(c)に示す式を演算することで実現できる。ここで、
Rj:座標(xj,yj,zj)にある導体面または誘電体面上のサンプル点
δji:クロネッカーのデルタ
nj:要素jの法線ベクトル
ε0:真空誘電率
ε1:誘電体界面外側の誘電率
ε2:誘電体界面内側の誘電率
である。
The coefficient matrix Fji, which is an element of the coefficient matrix, is determined from the geometrical arrangement of the conductors and dielectrics arranged in the space to be analyzed, and calculates the equations shown in FIGS. 6B and 6C. Can be realized. here,
Rj: sample point δji on conductor surface or dielectric surface at coordinates (xj, yj, zj): Kronecker delta nj: normal vector of element j ε0: vacuum dielectric constant ε1: dielectric constant ε2 outside dielectric interface: It is the dielectric constant inside the dielectric interface.

従って、解析対象となる空間に配置されている導体および誘電体の幾何学的配置からなる係数マトリクスFjiを決定し、係数マトリクスと導体の電位および誘電体界面上の電荷密度を境界条件として、行列式を連立1次方程式や逆行列演算を用いて解くことで、見かけの電荷密度を求めることが可能となる。このようにして、既知の電極電位φ1−φmをみかけの電荷σ1〜σmに変換することができる(図7参照)。この変換動作は、図1に示すステップS4に該当する。   Accordingly, a coefficient matrix Fji including a geometrical arrangement of conductors and dielectrics arranged in a space to be analyzed is determined, and the matrix is determined using the coefficient matrix, the potential of the conductors, and the charge density on the dielectric interface as boundary conditions. The apparent charge density can be obtained by solving the equations using simultaneous linear equations and inverse matrix operations. In this way, the known electrode potentials φ1 to φm can be converted into the apparent charges σ1 to σm (see FIG. 7). This conversion operation corresponds to step S4 shown in FIG.

次に、得られた見かけの電荷密度より空間電界を計算する(図1のステップS5)。空間の任意の点の電界は、電子軌道を計算する際に使用されるため、電子軌道の計算精度は、電界の計算精度に依存する。したがって、電界の計算精度が重要で、電界の計算精度が高いことが求められる。   Next, a spatial electric field is calculated from the apparent charge density obtained (step S5 in FIG. 1). Since the electric field at an arbitrary point in space is used when calculating the electron trajectory, the calculation accuracy of the electron trajectory depends on the calculation accuracy of the electric field. Therefore, the calculation accuracy of the electric field is important, and the calculation accuracy of the electric field is required to be high.

本発明では、導体および誘電体界面上の見かけの電荷密度が決定されているので、空間の任意の点の電界は、それらの見かけの電荷密度を用いて導体および誘電体界面を面積分することで、電子の運動方程式を直接求めることができる。次の式(3)は、みかけの電荷σ1〜σnにより計算される空間の任意の点の電界を示す式である。

式(3)

Figure 0005797446
得られた微小面積毎の見かけの電荷を面積分することで、空間電界Eを計算することができる。このようにして、高精度に電子軌道を計算する。 In the present invention, the apparent charge density on the conductor and dielectric interface is determined, so that the electric field at any point in space uses the apparent charge density to divide the conductor and dielectric interface. Thus, the equation of motion of electrons can be obtained directly. The following equation (3) is an equation indicating the electric field at an arbitrary point in the space calculated by the apparent charges σ1 to σn.

Formula (3)
Figure 0005797446
The spatial electric field E can be calculated by dividing the apparent charge for each minute area obtained. In this way, the electron trajectory is calculated with high accuracy.

ところで、電界計算は時間を要する工程であり、表面電荷分布の計算時間の短縮や計算精度の向上のためには、電界計算に要する時間を短縮することが重要となる。   By the way, the electric field calculation is a time-consuming process, and it is important to reduce the time required for the electric field calculation in order to shorten the calculation time of the surface charge distribution and improve the calculation accuracy.

従来、電子軌道計算プログラムでは電子軌道の時間刻み幅を一定にして計算することが一般的であった。この場合、空間電界の変化の激しい場所に合わせて時間刻み幅を設定するため、時間間隔を短く設定することになり、計算に無駄が生じていた。計算時間を短縮するために、時間刻み幅を長くすると、計算精度が大幅に低下する。すなわち、計算時間と計算精度の両立が容易でなかった。時間間隔は、電場環境に応じて、適切に設定することが望ましい。   Conventionally, in an electron orbit calculation program, it has been common to calculate with a constant time step of the electron orbit. In this case, since the time interval is set in accordance with a place where the spatial electric field changes drastically, the time interval is set to be short, resulting in wasteful calculation. If the time interval is increased to shorten the calculation time, the calculation accuracy is greatly reduced. That is, it is not easy to achieve both calculation time and calculation accuracy. It is desirable to set the time interval appropriately according to the electric field environment.

図8に示すように、特許文献11に記載されている方法では、見かけの電荷密度から荷電粒子の運動方程式を解く電子軌道計算として、起点をP0としたときに、時間間隔をΔtに設定して電子軌道を計算したときの起点P0からΔt後の座標P1と、時間間隔を1/2×Δtに設定して電子軌道を計算したときの座標P2を新たな起点としてもう一度時間間隔1/2×Δtで電子軌道を計算したときの起点P0からΔt後の座標P3との値の相対誤差を算出し、その判定結果をもとに時間間隔を空間電界変化の大きさに応じて適切に決定して、電子軌道を計算していた。   As shown in FIG. 8, in the method described in Patent Document 11, the time interval is set to Δt when the starting point is P0 as the electron trajectory calculation for solving the equation of motion of the charged particle from the apparent charge density. Then, the coordinate P1 after Δt from the starting point P0 when the electron trajectory is calculated and the coordinate P2 when the electronic trajectory is calculated with the time interval set to 1/2 × Δt are once again set as the time interval 1/2. Calculate the relative error between the starting point P0 and the coordinate P3 after Δt when the electron trajectory is calculated with × Δt, and the time interval is appropriately determined according to the magnitude of the change in the spatial electric field based on the determination result. The electron orbit was calculated.

この方法は、確かに時間短縮に有効な手段であったが、電子軌道を1ステップ計算するにあたり、1回の時間間隔を設定するのに最低でも3回、時間間隔を変更する場合には、さらにその何倍も電子軌道を計算する必要があり、計算時間短縮に向けた改善の余地があった。   This method is certainly an effective means for shortening the time, but when calculating the electron trajectory in one step, if the time interval is changed at least three times to set one time interval, In addition, many times the electron trajectory had to be calculated, and there was room for improvement in order to shorten the calculation time.

そこで、本実施例においては、電子の加速度の微分値が大きいところでは、時間間隔を小さくして計算することが望ましいという法則性を見出し、電子位置

Figure 0005797446
における電子の加速度の微分値から時間間隔Δtを算出する算定式を考案した。なお、この動作は図1に示すステップS6に該当する。

式(4)
Figure 0005797446
但し、

式(5)
Figure 0005797446
なお、
Figure 0005797446
Therefore, in this embodiment, where the differential value of the acceleration of the electron is large, the law is found that it is desirable to calculate with a small time interval, and the electronic position is found.
Figure 0005797446
We have devised a calculation formula to calculate the time interval Δt from the differential value of the acceleration of electrons in. This operation corresponds to step S6 shown in FIG.

Formula (4)
Figure 0005797446
However,

Formula (5)
Figure 0005797446
In addition,
Figure 0005797446

電子の速度は、電子の加速度の微分値が電子の速度ε倍以下になるようにするとよい。εは重み係数であり、εが小さいと時間間隔が短くなり計算精度は向上するが、その分計算時間は長くなる。計算時間と計算精度の要求にもよるが、通常ε=5e−9以上5e−5以下が好ましい。 The electron velocity may be such that the differential value of the acceleration of the electron is not more than ε times the electron velocity. ε is a weighting factor. When ε is small, the time interval is shortened and the calculation accuracy is improved, but the calculation time is increased accordingly. Although it depends on the requirements of calculation time and calculation accuracy, it is generally preferable that ε = 5e −9 or more and 5e −5 or less.

分子を電子速度に加速することにより、右辺の物理量の単位系を「時間」の単位とすることができる。   By accelerating the molecule to the electron velocity, the unit system of the physical quantity on the right side can be made the unit of “time”.

図9(a)に本発明の時間間隔設定フロー、図9(b)に従来の時間間隔設定フローを示す。   FIG. 9A shows a time interval setting flow of the present invention, and FIG. 9B shows a conventional time interval setting flow.

従来方法では、図9(b)に示すように、最低3回の電界計算を演算する工程と、誤差を判定する工程があった。具体的には、まず、時間間隔をΔtに設定し、1ステップだけで電子軌道を計算する。次に、同じ条件のもとで、時間間隔Δtを半分にして、2ステップで同様な計算を行う。そして、これら2つの結果より時間間隔Δtを動的に可変して計算する方法である。   In the conventional method, as shown in FIG. 9B, there are a step of calculating electric field calculation at least three times and a step of determining an error. Specifically, first, the time interval is set to Δt, and the electron trajectory is calculated in only one step. Next, under the same conditions, the time interval Δt is halved and the same calculation is performed in two steps. The time interval Δt is dynamically varied from these two results and calculated.

この方法を詳しく説明すると、起点P0(Xi,Yi,Zi)の位置から次のステップ位置である(Xi+1,Yi+1,Zi+1)を計算するとき、時間間隔Δtで1ステップ目の計算で得られる座標P1(Xa,Ya,Za)(これを(a)計算と定義する)と、その時間間隔を半分にしたΔt/2で電子軌道を計算した時の座標P2を新たな起点とし、もう一度時間間隔1/2×Δtで、電子軌道を計算する2ステップ目の計算で得られる座標P3(Xb,Yb,Zb)((b)計算と定義する)とを比較し、その両者をそれぞれの座標の値を相対誤差P3−P1により評価する。もし、それらの誤差が設定された精度より小さいようなら、(Xb,Yb,Zb)を解(Xi+1,Yi+1,Zi+1)として採用する。そして、次のステップの計算からΔtの値を倍にして再び(a)計算および(b)計算を実行する。逆に、精度以下であれば、もう一度同じ計算を、時間間隔Δtを半分にして、(a)、(b)両方の計算とも実行する。さらに、それでも精度に達しない場合は、もう一度時間間隔を半分にして(a)、(b)両方の計算をともに実行する。   This method will be described in detail. When the next step position (Xi + 1, Yi + 1, Zi + 1) is calculated from the position of the starting point P0 (Xi, Yi, Zi), the coordinates obtained by the calculation of the first step at the time interval Δt. P1 (Xa, Ya, Za) (this is defined as (a) calculation), and the coordinate P2 when the electron trajectory is calculated at Δt / 2 which halved the time interval is set as a new starting point, and the time interval is once again The coordinates P3 (Xb, Yb, Zb) (defined as (b) calculation) obtained by the calculation of the second step for calculating the electron trajectory at 1/2 × Δt are compared, and both are compared with the respective coordinates. The value is evaluated by relative error P3-P1. If these errors are smaller than the set accuracy, (Xb, Yb, Zb) is adopted as the solution (Xi + 1, Yi + 1, Zi + 1). Then, the value of Δt is doubled from the calculation in the next step, and (a) calculation and (b) calculation are executed again. On the other hand, if the accuracy is less than the accuracy, the same calculation is performed once again by halving the time interval Δt and performing both the calculations (a) and (b). If the accuracy is still not reached, the time interval is halved again and both calculations (a) and (b) are executed.

このようにして、設定された精度に達するまで時間間隔Δtを半分にしていき、設定された精度に達したところで、(Xb,Yb,Zb)の値を解(Xi+1,Yi+1,Zi+1)として採用する。また、時間間隔Δtを倍にした場合でも、計算精度の判定は実行され、もし、設定された精度に達していなければ、直ちに、時間間隔Δtを半分に戻して計算をやり直す。こうすることにより、ステップ幅を倍にしたために所定の精度が得られなくなってしまった場合にも対応することが可能となっている。   In this way, the time interval Δt is halved until the set accuracy is reached, and when the set accuracy is reached, the value of (Xb, Yb, Zb) is adopted as the solution (Xi + 1, Yi + 1, Zi + 1). To do. Even when the time interval Δt is doubled, the calculation accuracy is determined. If the set accuracy is not reached, the time interval Δt is immediately reduced to half and the calculation is restarted. By doing so, it is possible to cope with the case where a predetermined accuracy cannot be obtained because the step width is doubled.

また、位置ではなくベクトルの絶対値を相対誤差判別に用いても良い。こうすることによって、たとえ解がゼロクロスしたとしても、正しく誤差判定を行うことができ、軌道計算は一定の精度を保ちながら効率良く実行することが可能となる。このような方法で、適正な刻み時間(Δt)を設定することで、高精度かつ高速に電子軌道を計算することが可能となる。   Further, not the position but the absolute value of the vector may be used for the relative error determination. By doing so, even if the solution crosses zero, it is possible to correctly determine the error, and the trajectory calculation can be executed efficiently while maintaining a certain accuracy. By setting an appropriate step time (Δt) by such a method, it becomes possible to calculate the electron trajectory with high accuracy and high speed.

一方、本発明の実施例に係る方法は、電界計算は1回のみであり、また誤差を判定する分岐を必要としない。具体的には、ステップS41において初期位置(起点)における電界を計算し、ステップS42において起点における電子の速度を計算し、ステップS43において起点における加速度の微分値を算出し、ステップS44において次点までの刻み時間(時間間隔)を算出する。このような方式を用いることにより、時間間隔の演算工程を従来の1/3以下に減らすことが可能となった。   On the other hand, in the method according to the embodiment of the present invention, the electric field calculation is performed only once, and no branch for determining the error is required. Specifically, the electric field at the initial position (starting point) is calculated in step S41, the velocity of electrons at the starting point is calculated in step S42, the differential value of the acceleration at the starting point is calculated in step S43, and the next point is calculated in step S44. The step time (time interval) is calculated. By using such a method, it is possible to reduce the time interval calculation process to 1/3 or less of the conventional method.

なお、荷電粒子の運動方程式は、

式(6)
F=qE
であり、電子の加速度は

式(7)
F=mα
で表される。
The equation of motion of charged particles is

Formula (6)
F = qE
And the acceleration of electrons is

Formula (7)
F = mα
It is represented by

式(6)および式(7)より、α=q/mEの関係が成立するので、電子の加速度は上述の空間電界Eが分かれば容易に算出することができる。   Since the relationship of α = q / mE is established from the equations (6) and (7), the acceleration of electrons can be easily calculated if the above-described spatial electric field E is known.

ところで、確率的に頻度は非常に稀であるが、式4の分母の加速度の微分値がゼロになってしまうことがある。加速度の微分値が0に近づくと分母が0となるため、時間間隔が発散してしまうことに起因している可能性がある。   By the way, although the frequency is very rare stochastically, the differential value of the acceleration of the denominator of Equation 4 may become zero. When the differential value of acceleration approaches 0, the denominator becomes 0, which may be caused by the time interval diverging.

この不都合を解決するために、起点前後での平均加速度微分値を計算しても良い。式10に示すように、一つ前の座標Pi-1の電子の加速度の微分値をつかって平均をとることでその発生確率を大きく減らすことが可能になる。

式(8)

Figure 0005797446
In order to solve this inconvenience, an average acceleration differential value before and after the starting point may be calculated. As shown in Equation 10, the probability of occurrence can be greatly reduced by taking an average using the differential value of the acceleration of the electron at the previous coordinate P i−1 .

Formula (8)
Figure 0005797446

それでもΔtが異常に大きな値をとる場合には、さらに前の値も含めて3点以上で平均化をとる方法を用いることで、発散的になる要因をさらに小さくすることができる。但しこの場合、少しずつ反応が鈍い時間間隔となってしまうため、条件に応じて最適化することが望ましい。(8)式を用いて計算を行った結果を図10に示す。試料面から35mm上方のx=100μmの位置から電子軌道解析を行った結果について、本実施例に係る方法と、従来法との比較をしたものである。なお、電荷密度分布の計算においては、以下に示す関数式を用いた。

式(9)

Figure 0005797446
ここで、 Qmax=7.355e−4(C/m) QD=3.0e−4(C/m) σx=4.0e−5(m) σy=5.66e−5(m) α=1.4 Vsub=1100V Vacc=1.8kV ε=5e−7である。 If Δt takes an abnormally large value, the factor of diverging can be further reduced by using a method of averaging at three or more points including the previous value. However, in this case, since the reaction time is gradually dull, it is desirable to optimize according to the conditions. FIG. 10 shows the result of calculation using the equation (8). The result of the electron trajectory analysis from the position of x = 100 μm 35 mm above the sample surface is a comparison between the method according to this example and the conventional method. In the calculation of the charge density distribution, the following functional formula was used.

Formula (9)
Figure 0005797446
Here, Qmax = 7.355e −4 (C / m 2 ) QD = 3.0e −4 (C / m 2 ) σx = 4.0e −5 (m) σy = 5.66e −5 (m) α = 1.4 Vsub = 1100 V Vacc = 1.8 kV ε = 5e −7 .

横軸がz座標で試料(z=35)に近づくに従い、電場変化が大きく時間間隔が短くなっている点では共通であるが、本発明に係る表面電荷分布測定方法の方が電界変化に合わせて細かく設定されていることがわかる。   As the horizontal axis approaches the sample (z = 35) in the z-coordinate, it is common in that the electric field change is large and the time interval is shortened. However, the surface charge distribution measurement method according to the present invention is adapted to the electric field change. You can see that it is finely set.

また、図10(b)は、z座標と設定された誤差量の関係を示している。誤差量は、運動エネルギー(1/2mV)とポテンシャルエネルギー(eV)の和を全エネルギー(En)としたとき、エネルギー保存則が成立することを前提に、1ステップ前の全エネルギーとの差(ΔEn)で表現されている。図10(b)に示すように、従来方法に比べて、本発明に係る表面電荷分布測定方法では、誤差量が大幅に低減されている。これは、時間ステップが適切に設定されていることを示す。本発明が、演算ステップの短縮だけでなく、計算精度の向上にもつながっていることがわかる。 FIG. 10B shows the relationship between the z coordinate and the set error amount. The amount of error is the difference from the total energy of the previous step on the assumption that the energy conservation law holds when the sum of kinetic energy (1/2 mV 2 ) and potential energy (eV) is the total energy (En). It is expressed by (ΔEn). As shown in FIG. 10B, the error amount is greatly reduced in the surface charge distribution measuring method according to the present invention as compared with the conventional method. This indicates that the time step is set appropriately. It can be seen that the present invention not only shortens the calculation step but also improves the calculation accuracy.

このように、従来の表面電荷分布測定方法と比較して、計算時間、計算精度の両面について改善が確認された。なお、上記条件では計算時間は30秒、誤差は約1Vであった。なお、電荷密度分布関数式は式11に限るものではなく、測定対象物に近い関数式で表現できるものであれば好適に用いることができる。   As described above, it was confirmed that both the calculation time and the calculation accuracy were improved as compared with the conventional surface charge distribution measuring method. Under the above conditions, the calculation time was 30 seconds and the error was about 1V. The charge density distribution function formula is not limited to Formula 11, and any formula that can be expressed by a function formula close to the measurement object can be used.

次に、表面電荷分布を有する試料に対して荷電粒子ビームを走査し、信号を検出する手段について説明する。   Next, a means for detecting a signal by scanning a charged particle beam on a sample having a surface charge distribution will be described.

図11に信号を検出する計測装置の構成を示す。図11において、計測装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部と、露光部、試料設置部、1次反転荷電粒子や2次電子、反射電子などの検出部を主たる構成部分として備えている。ここでいう荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど、電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。   FIG. 11 shows the configuration of a measuring device that detects a signal. In FIG. 11, the measurement apparatus includes a charged particle irradiation unit that irradiates a charged particle beam, and a detection unit such as an exposure unit, a sample placement unit, primary inverted charged particles, secondary electrons, and reflected electrons as main components. Yes. The charged particles herein refer to particles that are affected by an electric field or a magnetic field, such as an electron beam or an ion beam.

以下に説明する実施例は、電子ビームを照射する例である。図11において、計測装置は荷電粒子ビーム照射装置108を備えている。荷電粒子ビーム照射装置108は、真空チャンバー140内に以下のように構成部分が組み込まれることによって構成されている。真空チャンバー140の上端近くに荷電粒子ビームを照射する電子銃141が取り付けられ、その下方に、エキストラクタすなわち引き出し電極143、加速電極144、コンデンサレンズ145、ビームブランキング電極146、仕切り弁147、可動絞り148、スティグメータすなわち補正用電極149、偏向電極(走査レンズに相当する)150、静電対物レンズ151、ビーム射出開口部152がこの順に配置されている。   The embodiment described below is an example in which an electron beam is irradiated. In FIG. 11, the measuring device includes a charged particle beam irradiation device 108. The charged particle beam irradiation apparatus 108 is configured by incorporating components into the vacuum chamber 140 as follows. An electron gun 141 that irradiates a charged particle beam is attached near the upper end of the vacuum chamber 140, and an extractor, that is, an extraction electrode 143, an acceleration electrode 144, a condenser lens 145, a beam blanking electrode 146, a gate valve 147, movable below the electron gun 141. A diaphragm 148, a stigmator, that is, a correction electrode 149, a deflection electrode (corresponding to a scanning lens) 150, an electrostatic objective lens 151, and a beam exit aperture 152 are arranged in this order.

上記引き出し電極143は電子ビームを制御し、加速電極144は電子ビームのエネルギーを制御し、コンデンサレンズ145は電子銃から発生された電子ビームを集束させる。ビームブランキング電極146は電子ビームをON/OFFさせ、仕切り弁147および可動絞り148は電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャとして機能する。偏向電極150はビームブランキング電極146を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズとして機能する。偏向電極150を通過した電子ビームは対物レンズ151で再び感光体試料110の面に収束させられる。各レンズ等には図示しない駆動用電源が接続されている。   The extraction electrode 143 controls the electron beam, the acceleration electrode 144 controls the energy of the electron beam, and the condenser lens 145 focuses the electron beam generated from the electron gun. The beam blanking electrode 146 turns on / off the electron beam, and the gate valve 147 and the movable aperture 148 function as an aperture for controlling the irradiation current of the electron beam. The deflection electrode 150 functions as a scanning lens for scanning the electron beam that has passed through the beam blanking electrode 146. The electron beam that has passed through the deflection electrode 150 is again converged on the surface of the photoreceptor sample 110 by the objective lens 151. A driving power source (not shown) is connected to each lens.

荷電粒子ビーム照射装置108の下方には、試料としての感光体110を載置する載置台が配置されている。載置台は、図2において説明したものと同様に構成することができる。真空チャンバー140内には、感光体110の上方近傍に感光体で反発される電子を検出する検出器107が配置されている。検出器107から出力される検出信号は、検出回路、検出信号処理手段などを経ることによって、感光体110の表面電荷分布の測定に供される。   Below the charged particle beam irradiation apparatus 108, a mounting table for mounting a photoconductor 110 as a sample is disposed. The mounting table can be configured in the same manner as described in FIG. In the vacuum chamber 140, a detector 107 that detects electrons repelled by the photoconductor is disposed near the upper portion of the photoconductor 110. The detection signal output from the detector 107 is subjected to measurement of the surface charge distribution of the photoconductor 110 by passing through a detection circuit, detection signal processing means, and the like.

なお、荷電粒子としてイオンビームを用いる場合には、電子銃141の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。また、1次反転電子を検出する検出器107として、シンチレータや光電子増倍管などを用いることができる。   When an ion beam is used as the charged particles, a liquid metal ion gun or the like is used instead of the electron gun 141. A scintillator, a photomultiplier tube, or the like can be used as the detector 107 that detects primary inversion electrons.

図12は、信号検出における入射電子と試料との関係を示す。入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料到達前に反転するような状態が存在する領域があり、その1次入射荷電粒子を検出する構成となっている。電子の加速電位ポテンシャルをVacc、試料表面の電位ポテンシャルをVpとすると、VaccとVpとの大小関係によって、入射電子が試料に到達して電子が戻らない場合と、入射電子が試料によって反発されて戻る場合がある。なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Vaccは負であり、電位ポテンシャルとして物理的意味を持たせ、説明をしやすくするため、ここでは加速電圧は負(Vacc<0)として表現する。電子ビームの加速電位ポテンシャルをVacc(<0)、試料の電位ポテンシャルをVp(<0)とする。   FIG. 12 shows the relationship between incident electrons and a sample in signal detection. There is a region where a state in which the velocity vector of the incident charged particles in the sample vertical direction reverses before reaching the sample, and the primary incident charged particles are detected. If the acceleration potential of the electron is Vacc and the potential potential of the sample surface is Vp, the incident electron reaches the sample and the electron does not return depending on the magnitude relationship between Vacc and Vp, and the incident electron is repelled by the sample. May return. Note that the acceleration voltage is generally expressed as positive, but the applied voltage Vacc of the acceleration voltage is negative and has a physical meaning as a potential potential. Is expressed as negative (Vacc <0). The acceleration potential of the electron beam is Vacc (<0), and the potential potential of the sample is Vp (<0).

電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギーである。従って、入射電子は、電位0(V)では加速電圧Vaccに相当する速度で移動するが、試料面に接近するに従い電位が高くなり、試料の電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が変化する。従って、一般的に以下のような現象が起こる。   A potential is the electrical potential energy of a unit charge. Therefore, incident electrons move at a speed corresponding to the acceleration voltage Vacc at a potential of 0 (V), but the potential increases as the distance to the sample surface approaches, and the speed changes due to the influence of Coulomb repulsion of the sample charge. . Therefore, the following phenomenon generally occurs.

|Vacc|>|Vp|の場合、電子は、その速度は減速されるものの、試料に到達する(図12(a)参照)。   In the case of | Vacc |> | Vp |, the electron reaches the sample although its speed is reduced (see FIG. 12A).

|Vacc|<|Vp|場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて徐々に減速し、試料に到達する前に速度が0となり、移動方向が反転して反対方向に進む(図12(b)参照)。   In the case of | Vacc | <| Vp |, the velocity of the incident electrons is gradually decelerated under the influence of the potential potential of the sample, the velocity becomes zero before reaching the sample, the moving direction is reversed, and the opposite direction is reached. Proceed (see FIG. 12B).

空気抵抗の無い真空中では、エネルギー保存則がほぼ完全に成立する。従って、入射電子のエネルギーを変えたときの試料面上でのエネルギー、すなわちランディングエネルギーがほぼ0となる条件を計測することで、感光体試料の表面の電位を計測することができる。ここでは、1次反転荷電粒子、特に電子の場合を1次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する2次電子と1次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より識別することができる(図13参照)。   In a vacuum with no air resistance, the energy conservation law is almost completely established. Therefore, the potential on the surface of the photosensitive member sample can be measured by measuring the condition where the energy on the sample surface when the energy of the incident electrons is changed, that is, the landing energy is almost zero. Here, the case of primary inversion charged particles, particularly electrons, will be referred to as primary inversion electrons. The secondary electrons generated when the sample reaches the sample and the primary inversion charged particles differ greatly in the amount reaching the detector, so that they can be distinguished from the border of contrast between light and dark (see FIG. 13).

なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器があるが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射(散乱)され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギーは入射電子のエネルギーに匹敵する。反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きいといわれ、試料の組成の違いや、凹凸を観察するための検出方法である。これに対して、1次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことであり、走査電子顕微鏡などの反射電子検出器で利用されている現象とは全く異なる現象である。   A scanning electron microscope or the like has a backscattered electron detector. In this case, the backscattered electrons are generally reflected (scattered) on the rear back surface by the interaction with the material of the sample, and the sample. It refers to the electrons that jump out of the surface. The energy of the reflected electrons is comparable to the energy of the incident electrons. The intensity of the reflected electrons is said to increase as the atomic number of the sample increases, and this is a detection method for observing the difference in the composition of the sample and the unevenness. In contrast, primary inversion electrons are electrons that are affected by the potential distribution on the sample surface and reverse before reaching the sample surface, and are used in backscattered electron detectors such as a scanning electron microscope. This is a completely different phenomenon.

従って、加速電圧Vaccあるいは、試料背面の電極電位Vsubを変えながら試料表面を電子で走査させ、入射電子を検出器で検出する構成とすることにより、試料の表面電位Vpを計測することが可能となる。
また、試料の電位ポテンシャルVpが正(Vp>0)の場合には、ガリウムなどプラスのイオンや陽子を荷電粒子として入射すればよい。
Therefore, by changing the acceleration voltage Vacc or the electrode potential Vsub on the back of the sample while scanning the sample surface with electrons and detecting the incident electrons with a detector, the surface potential Vp of the sample can be measured. Become.
Further, when the potential potential Vp of the sample is positive (Vp> 0), positive ions such as gallium and protons may be incident as charged particles.

このように、試料の電位分布をVp(x)としたとき、加速電圧Vaccを、
Min|Vp|≦|Vacc|≦Max|Vp|
の範囲で、荷電粒子の加速電圧Vaccを試料に走査させることにより、入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転する状態が存在し、その反転した1次反転荷電粒子を検出することにより、試料の表面電荷分布の情報を取得することができる。
Thus, when the potential distribution of the sample is Vp (x), the acceleration voltage Vacc is
Min | Vp | ≦ | Vacc | ≦ Max | Vp |
By scanning the sample with the acceleration voltage Vacc of the charged particle within the range, the state where the velocity vector in the sample vertical direction of the incident charged particle is inverted exists, and by detecting the inverted primary inverted charged particle Information on the surface charge distribution of the sample can be acquired.

荷電粒子ビームを走査して得られた検出信号と、表面電荷を与えたときの電子軌道シミュレーションの結果を照合し(図1のステップS8)、2つの結果が一致あるいは許容範囲内であれば、電子軌道シミュレーションで用いた表面電荷の値が実際の値であることが確定される(図1のステップS9)。許容範囲から外れていれば、表面電荷を修正して(図1のステップS11)、再度、見かけの電荷密度の変換(図1のステップS4)から電子軌道シミュレーションを許容範囲内に収まるまで繰り返し実行する。   The detection signal obtained by scanning the charged particle beam is collated with the result of the electron trajectory simulation when the surface charge is applied (step S8 in FIG. 1). It is determined that the surface charge value used in the electron orbit simulation is an actual value (step S9 in FIG. 1). If it is out of the allowable range, the surface charge is corrected (step S11 in FIG. 1), and the electron orbit simulation is repeatedly executed from the conversion of the apparent charge density (step S4 in FIG. 1) until it falls within the allowable range. To do.

このように、電子軌道を計算し、実測結果と照合することにより、表面電荷を決定することが可能となる。表面電位を測定する場合には、電荷分布がわかれば静電場が確定するので、ポアソン方程式など静電場を解くことにより、電位分布V(x,y)や電界強度分布などの物理量分布を測定することができる。   In this way, the surface charge can be determined by calculating the electron trajectory and collating it with the actual measurement result. When the surface potential is measured, the electrostatic field is determined if the charge distribution is known. Therefore, the physical quantity distribution such as the potential distribution V (x, y) and the electric field strength distribution is measured by solving the electrostatic field such as the Poisson equation. be able to.

ところで、計測された検出信号データは離散的であるため、シミュレーション結果と照合するためには、離散データ間を補間する必要がある。また、計測された検出信号データには、通常誤差が含まれる。これらの誤差の程度にもよるが、通常の直線補間やスプライン関数を用いて、これらのデータを補間しようとすると、その誤差までをも含んだデータを忠実に再現しようとして、曲線が各区間で振動的になってしまい、真の結果から遠ざかる結果となってしまう。以上のことを考慮した自然な平滑化曲線を描くことが出来れば、より正確なシミュレーションを期待できる。   By the way, since the measured detection signal data is discrete, it is necessary to interpolate between the discrete data in order to collate with the simulation result. The measured detection signal data includes a normal error. Depending on the degree of these errors, if you try to interpolate these data using normal linear interpolation or spline functions, the curve will be reproduced in each section in an attempt to faithfully reproduce the data including that error. It becomes vibrational and results away from the true result. If a natural smoothing curve can be drawn in consideration of the above, a more accurate simulation can be expected.

ここで、従来の方法として最小二乗近似があるが、最小二乗近似は、全区間に亘りある次数の1つの関数で曲線を再現する。すなわち、計測された検出信号データがひとつの関数で表現できるような法則性が求められる。しかしながら、実測データにはひとつの関数で表現できるような理論的に法則性を導き出すことができない。例えば、比較的近い形状だからといって、ガウシアン分布のように既存の関数で無理やり表現すると実測環境とマッチしていないので誤差が膨大となる。   Here, there is a least square approximation as a conventional method, but the least square approximation reproduces a curve with one function of a certain order over the entire interval. That is, a law property is required so that the measured detection signal data can be expressed by one function. However, it is theoretically impossible to derive a law property that can be expressed by a single function in the measured data. For example, even if the shape is relatively close, if it is forcibly expressed by an existing function like a Gaussian distribution, the error will be enormous because it does not match the actual measurement environment.

そこで、離散的に得られた計測された検出信号データの隣り合う区間が、連続的に接続するように各区間毎に多項式関数で表現することで、実測データ全体が連続的な曲線関数となるように平滑化処理演算を行うと良い。   Therefore, the entire measured data becomes a continuous curve function by expressing each section with a polynomial function so that adjacent sections of the measured detection signal data obtained discretely are connected continuously. It is preferable to perform the smoothing calculation as described above.

そのような多項式関数の例として、平滑化スプライン関数がある。具体的には、計測された検出信号データ点を(x,y)、(x,y)…(x,y)…(xn−1,yn−1)のN点としたとき、例えばxi−1からxの範囲[xi−1,x]では

式(10)

Figure 0005797446

の多項式関数で近似し、xからxi+1の範囲[x,xi+1]では

式(11)
Figure 0005797446
という別の多項式関数で近似する。そして、その微分値が等しくなるようにする。

式(12)
Figure 0005797446

式(13)
Figure 0005797446
ただし、x=xi+0はx>xi側の極限値を、x=xi−0はx<xi側の極限値を示している。 An example of such a polynomial function is a smoothing spline function. Specifically, the measured detection signal data points are represented by N of (x 0 , y 0 ), (x 1 , y 1 )... (X i , y i ) (X n−1 , y n−1 ). For example, in the range [x i-1 , x i ] from x i -1 to x i ,

Formula (10)
Figure 0005797446

In the range [x i , x i + 1 ] from x i to x i + 1

Formula (11)
Figure 0005797446
Approximate with another polynomial function. The differential values are made equal.

Formula (12)
Figure 0005797446

Formula (13)
Figure 0005797446
However, x = xi + 0 indicates the limit value on the x> xi side, and x = xi-0 indicates the limit value on the x <xi side.

実際の演算としては、式16のσの値を最小にする平滑化曲線の関数f(x)で表現すれば良い。

式(14)

Figure 0005797446
なお、f(M)(x)は、f(x)のM回微分である。gは平滑化係数であり、gが大きいと、元のデータに対する忠実度が低く、gが小さいと元データに対する忠実度が上がるが、振動する可能性が出てくる。 The actual calculation may be expressed by a smoothing curve function f (x) that minimizes the value of σ in Expression 16.

Formula (14)
Figure 0005797446
Note that f (M) (x) is M times differentiation of f (x). g is a smoothing coefficient. When g is large, fidelity to the original data is low, and when g is small, fidelity to the original data is increased, but there is a possibility of vibration.

このような条件を満たす計算式を用いることにより、平滑化スプライン関数を演算することができる。計算結果の一例を図15に示す。   The smoothing spline function can be calculated by using a calculation formula that satisfies such conditions. An example of the calculation result is shown in FIG.

このように、離散的でかつ誤差を含む計測された検出信号データをもっとも相応しい曲線でその形状を再現し、平滑化された連続曲線の関数として表現することが可能となる。平滑化スプライン関数は計測された検出信号データの様々な形状の曲線データに、柔軟かつ正確に対応することが可能である。   In this way, it is possible to reproduce the shape of the detection signal data that is discrete and includes an error with the most suitable curve and express it as a function of a smoothed continuous curve. The smoothing spline function can flexibly and accurately correspond to curve data of various shapes of measured detection signal data.

ところで、計測された検出信号データは離散的であり、誤差を含んでいるのに加え、離散データの間隔も一定であるとは限らないという問題がある。離散間隔が広い所では異常な値を示すことが懸念される。   By the way, there is a problem that the measured detection signal data is discrete and includes errors, and the interval between the discrete data is not always constant. There is a concern that an abnormal value is exhibited in a place where the discrete interval is wide.

具体的に説明すると、計測された検出信号データは、本来であれば、図16(b)のような曲線の関数で表現されるべきであるが、図16(a)のように上述の平滑化スプラインで補間すると、図17に示すように、実測データが欠落して離散間隔が広い領域で不自然な振動が生じてしまう場合もある。この結果、両端でなく、データ途中に最大値が存在することになり、実測と大きな誤差を生じることがある。   More specifically, the measured detection signal data should be expressed by a function of a curve as shown in FIG. 16B, but the smoothing described above as shown in FIG. When interpolating with the normalized spline, as shown in FIG. 17, there is a case where the actual measurement data is lost and an unnatural vibration occurs in a region where the discrete interval is wide. As a result, a maximum value exists in the middle of the data, not at both ends, and a large error may occur with actual measurement.

しかし、離散間隔の広い領域では異常な値を取ることがあるのは、スプライン関数の性質上仕方のないことであるため、平滑化係数を変えるだけでは限界であり、別の方法を考える必要がある。   However, in spite of the fact that the spline function is unavoidable in an area with a large discrete interval, it is inevitable due to the nature of the spline function. is there.

また、特に計測された検出信号データでは、Vth分布の立ち上がりから、漸近に至る部分のデータが欠落しがちである。   In particular, in the detected signal data that is measured, the data from the rise of the Vth distribution to the asymptotic tendency tends to be lost.

これらの課題を解決するためには、図18に示すように、離散間隔が広い領域にダミー点を付加する方法を取ると良い。この場合、計測された検出信号データの規則性を利用するとよい。すなわち、計測された検出信号データは、電荷分布試料中心から離れるに従って単調増加し、両端で最大値をとる規則性があることがわかっている。従って、その離散間隔が広い部分に最もフィットした法則性のある関数を用いて、ダミー点を付加することが望ましい。例えば、ガウス関数などの指数関数や、対数関数、また三角関数の一部を用いても良い。ここでは、楕円方程式でダミー点を付加する方法を説明する。   In order to solve these problems, as shown in FIG. 18, it is preferable to add a dummy point to an area having a wide discrete interval. In this case, the regularity of the measured detection signal data may be used. That is, it is known that the measured detection signal data has a regularity that monotonously increases with distance from the center of the charge distribution sample and has maximum values at both ends. Therefore, it is desirable to add a dummy point using a function having the law that is most fitted to a portion where the discrete interval is wide. For example, an exponential function such as a Gaussian function, a logarithmic function, or a part of a trigonometric function may be used. Here, a method for adding a dummy point using an elliptic equation will be described.

このときの楕円方程式を式15に示す。

式(15)

Figure 0005797446
両辺をxで微分して整理すると、式(16)となる。

式(16)
Figure 0005797446
The elliptic equation at this time is shown in Equation 15.

Formula (15)
Figure 0005797446
When both sides are differentiated by x and arranged, Expression (16) is obtained.

Formula (16)
Figure 0005797446

図19に示すように、(x1,y1)、(x1,y1)での接線が(x0,y0)、(x1,y1)を通る直線になり、(x2,y2)での接線の傾きが0となるような楕円を当てはめて、係数a、b、c、dを決定し、楕円に沿ってダミー点を付加する。楕円方程式に沿ってダミー点を付加したものは、傾きの指定が出来るため急峻な変化がなく、自然な曲線を求めることが出来るのが特徴といえる。   As shown in FIG. 19, the tangent line at (x1, y1), (x1, y1) becomes a straight line passing through (x0, y0), (x1, y1), and the slope of the tangent line at (x2, y2) is An ellipse that becomes 0 is applied to determine the coefficients a, b, c, and d, and dummy points are added along the ellipse. A feature in which dummy points are added along the elliptic equation is characterized in that a natural curve can be obtained without a steep change because a slope can be specified.

計測された検出信号データを楕円方程式に沿ってダミー点を付加したあと、平滑化スプライン処理を行った結果を図16(b)に示す。   FIG. 16B shows the result of smoothing spline processing after adding dummy points to the measured detection signal data along the elliptic equation.

上述した条件を満たす楕円方程式に沿ってダミー点を置くことで、図16(a)のような振動を抑え、データに忠実な平滑化スプラインの結果が得ることができる。そして、シミュレーションデータとの照合がしやすくなり、精度向上ならびに時間短縮を実現することが可能となる。   By placing the dummy points along the elliptic equation that satisfies the above-described conditions, it is possible to suppress the vibration as shown in FIG. 16A and obtain a smoothing spline result faithful to the data. And it becomes easy to collate with simulation data, and it becomes possible to improve accuracy and reduce time.

入射電子が誘電体表面に到達するか否かで検出器に到達する電子量が異なるため、その境界値を検出することで、表面電荷状態を見積もることができる。一次荷電粒子が試料に到達せずに反転する領域と、試料に到達する領域の境界を検出することにより、電子軌道計算から、試料反転領域と試料到達領域の境界値を算出する。   Since the amount of electrons reaching the detector differs depending on whether or not incident electrons reach the dielectric surface, the surface charge state can be estimated by detecting the boundary value. A boundary value between the sample inversion region and the sample arrival region is calculated from the electron trajectory calculation by detecting the boundary between the region where the primary charged particles are reversed without reaching the sample and the region where the sample reaches the sample.

これまでの計算では、試料裏面の印加電圧を固定して、入射荷電粒子軌道の座標を変更して空間的な境界値を算出しているが、空間位置を特定するには計算本数を多く必要とし、また解析の結果全て、試料に到達していたり、全て試料反転していたりする場合もありうる。このような条件では、最後まで計算を行わないと結果が得られず、最終結果においても境界位置を算出することができないため、無駄な計算となり、計算時間が長くなる要因となっていた。   In the calculations so far, the applied voltage on the back of the sample is fixed and the coordinates of the incident charged particle trajectory are changed to calculate the spatial boundary value. However, a large number of calculations are required to identify the spatial position. In addition, all the results of the analysis may reach the sample, or all of the sample may be inverted. Under such conditions, a result cannot be obtained unless the calculation is performed to the end, and the boundary position cannot be calculated even in the final result, resulting in a useless calculation and a long calculation time.

そこで、1次荷電粒子が試料に到達することなく反転する領域と、試料に到達する領域の境界を検出することにより、電子軌道計算から、試料反転領域と試料到達領域の境界値を算出する。すなわち、荷電粒子ビームが試料に到達する印加電圧と、荷電粒子ビームが試料に到達せずに反転する印加電圧との間の印加電圧を新たな印加電圧と設定して荷電粒子軌道を計算することにより試料到達領域と試料反転領域の境界値を算出する。   Therefore, the boundary value between the sample reversal region and the sample arrival region is calculated from the electron trajectory calculation by detecting the boundary between the region where the primary charged particles are reversed without reaching the sample and the region where the primary charge particles reach the sample. That is, the charged particle trajectory is calculated by setting the applied voltage between the applied voltage at which the charged particle beam reaches the sample and the applied voltage at which the charged particle beam is reversed without reaching the sample as a new applied voltage. To calculate the boundary value between the sample arrival region and the sample inversion region.

具体的には、1次荷電粒子の入射開始座標を固定し、1次荷電粒子が試料に到達する条件での試料裏面の印加電圧をVsub1、1次荷電粒子が試料に到達せずに反転する非到達条件での試料裏面の印加電圧をVsub2としたときに、境界値は、図20(a)と(b)に示すように、Vsub1とVsub2の間であることが確定される。   Specifically, the incident start coordinates of the primary charged particles are fixed, and the applied voltage on the back surface of the sample under the condition that the primary charged particles reach the sample is reversed without Vsub1 and the primary charged particles reaching the sample. When the applied voltage on the back surface of the sample under non-reaching conditions is Vsub2, the boundary value is determined to be between Vsub1 and Vsub2, as shown in FIGS. 20 (a) and 20 (b).

さらに、以下の方法を用いて、境界値を絞り込んでいく。図20(c)に示すように、Vsub1とVsub2の中間点(Vsub1+Vsub2)/2を新たな試料裏面の印加電圧Vsub3として電子軌道を計算する。   Further, the boundary value is narrowed down using the following method. As shown in FIG. 20 (c), the electron trajectory is calculated using the intermediate point (Vsub1 + Vsub2) / 2 between Vsub1 and Vsub2 as a new applied voltage Vsub3 on the back surface of the sample.

そして、図20(d)に示すように、Vsub3条件で1次荷電粒子軌道が試料に到達した場合は、新たな試料裏面の印加電圧Vsub4として、以下の値を与える。
Vsub4=(Vsub2+Vsub3)/2
Then, as shown in FIG. 20D, when the primary charged particle trajectory reaches the sample under the Vsub3 condition, the following value is given as a new applied voltage Vsub4 on the back surface of the sample.
Vsub4 = (Vsub2 + Vsub3) / 2

図20(e)に示すように、Vsub3条件で1次荷電粒子軌道が試料に到達せずに反転した場合は、新たな試料裏面の印加電圧Vsub4として、以下の値を与える。
Vsub4=(Vsub1+Vsub3)/2
As shown in FIG. 20E, when the primary charged particle orbit is reversed without reaching the sample under the Vsub3 condition, the following value is given as a new applied voltage Vsub4 on the back surface of the sample.
Vsub4 = (Vsub1 + Vsub3) / 2

上記操作を繰り返し実行することにより、1回の軌道計算で射出位置の間隔を1/2ずつ狭めることができる。そして、解析の結果が全て試料に到達してる領域や、全て試料反転する領域であるという不具合を解消し、少ない軌道計算数で境界値を絞込むことができ、計算時間を大幅に短縮できる。この方法は、中心付近の電荷密度が小さく、周辺の電荷密度が大きい電荷モデルを計測対象と想定したときの電荷分布周辺のように、電荷密度の空間的変化が小さい領域や、電荷中心部のように、水平方向電界が小さい領域において軌道計算本数が少なくなるため特に有効である。すなわち、印加電圧Vsubの最大値と最小値を算出する際に、特に有効であるといえる。   By repeatedly executing the above operation, the interval between the injection positions can be reduced by ½ in one trajectory calculation. Then, the problem that the analysis results are all in the region where the sample reaches the sample or the region where the sample is inverted is solved, the boundary value can be narrowed down with a small number of trajectory calculations, and the calculation time can be greatly shortened. In this method, a charge model with a small charge density near the center and a charge model with a large charge density around the periphery, such as around the charge distribution when the charge model is assumed to be measured, Thus, this is particularly effective because the number of trajectory calculations is reduced in a region where the horizontal electric field is small. That is, it can be said that it is particularly effective when calculating the maximum value and the minimum value of the applied voltage Vsub.

なお、印加電圧Vsubの最大値と最小値との間については、試料裏面の印加電圧を固定して、入射荷電粒子軌道の座標を変更して、空間的な境界値を算出してもよい。すなわち、一次荷電粒子が試料に到達せずに反転する条件での試料面に平行な入射開始座標をxi、一次荷電粒子が試料に到達する条件での試料面に平行な入射開始座標をxjとしたときに、xiとxjとの中間点(xi+xj)/2を入射開始座標として、電子軌道計算を繰り返すことで境界値を決定する。   Note that, between the maximum value and the minimum value of the applied voltage Vsub, the spatial boundary value may be calculated by fixing the applied voltage on the back surface of the sample and changing the coordinates of the incident charged particle trajectory. In other words, the incident start coordinate parallel to the sample surface under the condition that the primary charged particle is reversed without reaching the sample is xi, and the incident start coordinate parallel to the sample surface under the condition where the primary charged particle reaches the sample is xj. Then, the boundary value is determined by repeating the electron trajectory calculation using the intermediate point (xi + xj) / 2 between xi and xj as the incidence start coordinate.

試料に到達した射出位置の電子軌道と試料到達前に反転して射出位置の電子軌道の間に反射領域が存在するものとして、その間の射出位置から電子を打ち込み、さらに反射領域を絞り込む。上記操作を繰り返し実行することにより、1回の軌道計算で射出位置の間隔を1/2ずつ狭めることができる。   Assuming that there is a reflection region between the electron trajectory at the injection position reaching the sample and the electron trajectory at the injection position by reversing before reaching the sample, electrons are injected from the injection position between them and the reflection region is further narrowed down. By repeatedly executing the above operation, the interval between the injection positions can be reduced by ½ in one trajectory calculation.

図21(a)に示すように、xjの電子軌道は試料に到達し、xiの電子軌道は反転しているので、xiとxjとの間に境界値が存在する。そこで、図21(b)に示すように、xiとxjの電子軌道の間の射出位置から新たな電子を打ち込み、電子が試料に到達するか否かにより、境界値の位置を絞り込む。   As shown in FIG. 21A, since the electron trajectory of xj reaches the sample and the electron trajectory of xi is reversed, a boundary value exists between xi and xj. Therefore, as shown in FIG. 21B, new electrons are injected from the emission position between the electron trajectories xi and xj, and the position of the boundary value is narrowed down depending on whether or not the electrons reach the sample.

このように、試料裏面の印加電圧を固定して、入射荷電粒子軌道の座標を変更して、空間的な境界値を算出する方法と組み合わせて使用すると、計算時間の短縮に効果的である。   As described above, when the applied voltage on the back surface of the sample is fixed, the coordinate of the incident charged particle trajectory is changed, and the method is used in combination with the method of calculating the spatial boundary value, it is effective in shortening the calculation time.

本実施例に係る表面電荷分布の測定方法では、上述した各実施例に係る表面電荷分布の測定方法により算出された試料の表面電荷分布を、試料の電荷分布状態を示すスレッショルド電位Vth(x,y)を用いて修正するため、より高い精度で表面電荷分布を求めることができる。以下、スレッショルド電位Vth(x,y)を用いた表面電荷分布の修正についてのみ説明を行い、この修正に先立つ表面電荷分布の算出については前述の各実施例と同様であるため、ここではその説明を省略する。   In the surface charge distribution measuring method according to the present embodiment, the surface charge distribution of the sample calculated by the surface charge distribution measuring method according to each of the embodiments described above is used as the threshold potential Vth (x, Since correction is performed using y), the surface charge distribution can be obtained with higher accuracy. Hereinafter, only the correction of the surface charge distribution using the threshold potential Vth (x, y) will be described, and the calculation of the surface charge distribution prior to the correction is the same as in each of the embodiments described above. Is omitted.

スレッショルド電位Vthは、電子ビームの加速電圧をVacc、導体に印加される電圧をVsubとしたとき、
Vth=Vacc−Vsub
という式で表される値である。Vth(x,y)は、試料表面の座標(x,y)におけるVthの値を示している。
The threshold potential Vth is Vacc as the acceleration voltage of the electron beam and Vsub as the voltage applied to the conductor.
Vth = Vacc−Vsub
It is a value represented by the expression. Vth (x, y) represents the value of Vth at the coordinates (x, y) on the sample surface.

まず、計測にてVth(x,y)を得る方法について説明する。図23は、信号検出によってVth(x,y)を計測した結果を示す。2次元的に走査する電子銃の加速電圧は−1800Vとしている。図23(a)の曲線は試料表面の電荷分布によって生じるVth分布の検出結果を示している。中心(x=y=0)のVth値が約−600Vである。これは、Vsub=−1200Vのときにちょうど中心のランディングエネルギがほぼ0となっていることを示す。   First, a method for obtaining Vth (x, y) by measurement will be described. FIG. 23 shows the result of measuring Vth (x, y) by signal detection. The acceleration voltage of the electron gun that scans two-dimensionally is set to −1800V. The curve in FIG. 23A shows the detection result of the Vth distribution generated by the charge distribution on the sample surface. The Vth value at the center (x = y = 0) is about −600V. This indicates that the center landing energy is almost zero when Vsub = −1200V.

また、中心から外側に向かうに従って、Vth値がマイナス方向に大きくなり、中心から半径75μmを超える周辺領域のVth値は約−850V程度になっている。図13(b)に示す楕円形は、試料の裏面をVsub=−1150Vに設定したときの検出器出力を画像化したものである。このとき、Vth=Vacc−Vsub=−650Vとなっている。図13(c)に示す楕円形は、Vsub=−1100Vとしたほかは上記条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化したものである。このときのVthは−700Vになっている。   Further, the Vth value increases in the negative direction from the center toward the outside, and the Vth value in the peripheral region exceeding the radius of 75 μm from the center is about −850V. The ellipse shown in FIG. 13B is an image of the detector output when the back surface of the sample is set to Vsub = −1150V. At this time, Vth = Vacc−Vsub = −650V. The ellipse shown in FIG. 13C is an image of the detector output obtained under the same conditions as above except that Vsub = −1100V. At this time, Vth is -700V.

図13(b)、(c)の明部と暗部は、検出信号強度の違いを表しており、明部の方が、検出信号量が大きいことを示す。すなわち、明部は入射電子が試料に到達せずに反転している領域であり、暗部は、入射電子が試料に到達している領域である。明部と暗部の境界は、ランディングエネルギがほぼ0となっていることを示す。   The bright part and the dark part in FIGS. 13B and 13C represent the difference in the detection signal intensity, and the bright part indicates that the detection signal amount is larger. That is, the bright part is an area where the incident electrons are reversed without reaching the sample, and the dark part is an area where the incident electrons reach the sample. The boundary between the bright part and the dark part indicates that the landing energy is almost zero.

この明部と暗部の境界値をVth値と定義し、加速電圧Vaccまたは印加電圧Vsubを変えながら、繰り返し試料表面を電子で走査させる方法を用いて計測することにより、Vth(x,y)をミクロンスケールでデータ取得することが可能となる。   The boundary value between the bright part and the dark part is defined as a Vth value, and Vth (x, y) is measured by using a method of repeatedly scanning the sample surface with electrons while changing the acceleration voltage Vacc or the applied voltage Vsub. Data can be acquired on a micron scale.

信号検出によるVth(x,y)計測のフローを図22に示す。すなわち、スレッショルド電位Vthの設定(S51)、コントラスト像取り込み(S52)、2値化処理(S53)、潜像径算出(S54)と進み、ここまでの処理を所定回数になるまで行い(S55、S57)、Vth(x,y)を算出する(S56)。   A flow of Vth (x, y) measurement by signal detection is shown in FIG. That is, the threshold potential Vth is set (S51), the contrast image is captured (S52), the binarization process (S53), and the latent image diameter calculation (S54), and the process up to this point is performed until a predetermined number of times (S55, S57), Vth (x, y) is calculated (S56).

次に、シミュレーションによりVth(x,y)を得る方法について説明する。1次荷電粒子を、加速電圧Vacc(<0)で、試料面からz0離れた初期座標から試料に向かって入射させる。そのときのシミュレーション条件を、試料裏面の印加電圧をVsubとしたとき、1次荷電粒子の軌道が試料に到達せずに反転するか、試料に到達するかを判定し、その境界となる1次荷電粒子の初期座標(x0,y0,z0)を確定し、
Vth(x0,y0)=Vacc−Vsub
としている。
Next, a method for obtaining Vth (x, y) by simulation will be described. The primary charged particles are incident on the sample at an acceleration voltage Vacc (<0) from an initial coordinate z0 away from the sample surface. As the simulation condition at that time, when the applied voltage on the back surface of the sample is Vsub, it is determined whether the trajectory of the primary charged particles is reversed without reaching the sample or reaches the sample, and the primary that becomes the boundary is determined. Determine the initial coordinates (x0, y0, z0) of the charged particles;
Vth (x0, y0) = Vacc−Vsub
It is said.

図3、図4に示すシミュレーションモデルと、未知なる表面電荷をセットして1次荷電粒子の軌道を計算する。試料裏面の印加電圧をVsubする。   The simulation model shown in FIGS. 3 and 4 and an unknown surface charge are set to calculate the trajectory of the primary charged particle. The applied voltage on the back side of the sample is Vsub.

ここでは、1次荷電粒子として、電子を用いている。試料面からz0離れた距離から、試料に垂直に入射する条件であってよい。z0は、上部グリッドから試料までの距離よりも遠くなるように配置することが望ましい。入射電子に初期座標と加速電圧をVacc(<0)あるいは、Vaccと等価な初速を与えて、試料に入射させる。   Here, electrons are used as the primary charged particles. The condition may be that the light enters the sample perpendicularly from a distance z0 away from the sample surface. It is desirable to arrange z0 so that it is farther than the distance from the upper grid to the sample. An initial coordinate and an acceleration voltage are applied to the incident electrons as Vacc (<0) or an initial velocity equivalent to Vacc, and is incident on the sample.

なお、入射電子の軌道が最終的に検出器に到達するか否かを解析してもよいが、この場合、計算に要する時間が増加する。一方、入射電子が試料に到達せずに反転するか、試料に到達かを判定する方法でも十分な精度が得られる。   Although it may be analyzed whether or not the trajectory of the incident electrons finally reaches the detector, in this case, the time required for calculation increases. On the other hand, sufficient accuracy can also be obtained by a method of determining whether the incident electrons are reversed without reaching the sample or whether the sample reaches the sample.

従って、1次荷電粒子の軌道が試料に到達せずに反転するか、試料に到達するかを判定し、その境界となる1次荷電粒子の初期座標(x0,y0,z0)を確定し、
Vth(x0,y0)=Vacc−Vsub
として、境界領域を決定することができる。このようにして、検出信号によって得られるVth(x,y)と同等のVth(x,y)を計算にて算出することができる。
Therefore, it is determined whether the trajectory of the primary charged particle is reversed without reaching the sample or the sample, and the initial coordinate (x0, y0, z0) of the primary charged particle serving as the boundary is determined.
Vth (x0, y0) = Vacc−Vsub
The boundary region can be determined as follows. In this way, Vth (x, y) equivalent to Vth (x, y) obtained from the detection signal can be calculated.

以下は、便宜上、計算によるVth(x,y)をVth_s(x,y)、計測によるVth(x,y)をVth_m(x,y)と区別する。一例として、図24(a)には、X軸方向において算出された表面電位と走査位置との関係が示されている。Vth_s(x,y)がVth_m(x,y)と等しいかどうかを照合する。照合する方法としては、Vth_s(x,y)とVth_m(x,y)の差分(Δ(x,y)とする)を求める方法を用いてもよい。一例として図24(b)には、X軸方向における、計測された表面電位と算出された表面電位とが重ねて示されている。   In the following, for convenience, Vth (x, y) calculated is distinguished from Vth_s (x, y), and Vth (x, y) measured is distinguished from Vth_m (x, y). As an example, FIG. 24A shows the relationship between the surface potential calculated in the X-axis direction and the scanning position. Check if Vth_s (x, y) is equal to Vth_m (x, y). As a method for collation, a method for obtaining a difference (Δ (x, y)) between Vth_s (x, y) and Vth_m (x, y) may be used. As an example, in FIG. 24B, the measured surface potential and the calculated surface potential in the X-axis direction are shown superimposed.

次のステップでは、Δ(x,y)が、予め設定されている評価値M以下であるか否かを判断する。例えば、全てのVth_m(x,y)群について差分を実行し、値が最小となるVth_m(x,y)を選び出してもよい。また、以下の式に示すような、差の自乗和を評価値として用いても良い。
M=Σ(Vth_s(x,y)−Vth_m(x,y))^2
In the next step, it is determined whether or not Δ (x, y) is equal to or less than a preset evaluation value M. For example, the difference may be executed for all Vth_m (x, y) groups, and Vth_m (x, y) having the minimum value may be selected. Further, the sum of squares of differences as shown in the following expression may be used as the evaluation value.
M = Σ (Vth_s (x, y) −Vth_m (x, y)) ^ 2

Δ(x,y)がMを超えている場合は、ここでの判断は否定される。この場合は、判定結果Δ(x,y)に応じて電荷分布モデルを修正する。例えば、Δ(x,y)がバイアス成分をもつような場合には、平均電位が異なっていると判断し、電荷分布モデルにおける各電位に上記バイアス成分を付加する。また、Δ(x,y)が凹凸形状である場合には、表面電荷の分布形状、例えば深さ及び幅などが異なっていると判断し、電荷分布モデルにおける形状を上記凹凸形状に近づける。これにより、より適切な電荷分布モデルとなる。   If Δ (x, y) exceeds M, the determination here is denied. In this case, the charge distribution model is corrected according to the determination result Δ (x, y). For example, when Δ (x, y) has a bias component, it is determined that the average potential is different, and the bias component is added to each potential in the charge distribution model. Further, when Δ (x, y) is an uneven shape, it is determined that the distribution shape of the surface charge, for example, depth and width, is different, and the shape in the charge distribution model is brought close to the uneven shape. This provides a more appropriate charge distribution model.

照合の結果の判断が肯定されるまで、上記ステップの処理を繰り返し行う。これにより、未知電荷を決定することができる。   The above steps are repeated until the result of the collation is affirmed. Thereby, an unknown electric charge can be determined.

上述したように、実際に電子ビームを照射したときに検出器24で得られる検出信号の実測値と、電子軌道計算により得られる検出信号の算出値とを比較し、実測値と算出値が一致あるいは許容範囲内であれば、表面電荷分布モデルを実際の電荷分布であると推測する。また、実測値と算出値が許容範囲外であれば、表面電荷分布の修正を行うため、再度みかけの電荷密度の算出を行う。この一連の工程を、実測値と算出値が許容範囲内に収まるまで繰り返し実行する。この一連の工程のフローチャートを図25に示す。   As described above, the actual measurement value of the detection signal obtained by the detector 24 when actually irradiating the electron beam is compared with the calculated value of the detection signal obtained by the electron trajectory calculation, and the actual measurement value and the calculated value match. Alternatively, if it is within the allowable range, the surface charge distribution model is estimated to be an actual charge distribution. If the measured value and the calculated value are outside the allowable range, the apparent charge density is calculated again to correct the surface charge distribution. This series of steps is repeated until the measured value and the calculated value are within the allowable range. A flowchart of this series of steps is shown in FIG.

まず、ステップS61において、図6に示す係数マトリックスの各値として代入する、電荷分布形状パラメータである試料(感光体)の形状、膜厚、試料裏面の電極形状等を仮決定する。   First, in step S61, the shape of the sample (photoconductor), the film thickness, the electrode shape on the back surface of the sample, and the like, which are the charge distribution shape parameters to be substituted as the values of the coefficient matrix shown in FIG.

次に、ステップS62において、構造体モデルが設定される。   Next, in step S62, a structure model is set.

次に、ステップS63において、試料23が載置される導体60への印加電圧Vsubが設定され、導体60に電圧が印加される。   Next, in step S <b> 63, an applied voltage Vsub to the conductor 60 on which the sample 23 is placed is set, and a voltage is applied to the conductor 60.

次に、ステップS64において、既知である電極電位を、解析対象となる空間に導体および誘電体の構造体モデルの代数式上の幾何学的配置と、試料上の未知なる電荷密度を境界条件として、見かけの電荷密度に変換させる処理を行う。   Next, in step S64, the known electrode potential is set as a boundary condition using the algebraic geometric arrangement of the conductor and dielectric structure model in the space to be analyzed and the unknown charge density on the sample. A process of converting to an apparent charge density is performed.

次に、ステップS65において、変換された見かけの電荷密度を用いて空間電界が計算される。   Next, in step S65, a spatial electric field is calculated using the converted apparent charge density.

次に、ステップS66において、表面電荷分布モデルに基づき起点での荷電粒子ビームの加速度の微分値が算出され、算出結果に基づいて次点を決定するための起点の時点から次点の時点までの時間間隔が設定される。   Next, in step S66, the differential value of the acceleration of the charged particle beam at the starting point is calculated based on the surface charge distribution model, and from the time point of the starting point for determining the next point based on the calculation result to the time point of the next point. A time interval is set.

次に、ステップS67において、みかけの電荷密度に基づいて試料に入射する電子の軌道解析が行われる。   Next, in step S67, the trajectory analysis of electrons incident on the sample is performed based on the apparent charge density.

次に、ステップS68において、電子の軌道解析結果を用いて、入射電子が試料に到達するか否かに分かれる境界値を求める。具体的には、1次荷電粒子を、加速電圧Vacc(<0)で、試料面からz0離れた初期座標から試料に向かって入射させるときのシミュレーション条件を、試料裏面の印加電圧をVsubとしたとき、1次荷電粒子の軌道が試料に到達せずに反転するか、試料に到達するかを判定し、その境界となる1次荷電粒子の初期座標(x0,y0,z0)を確定する。   Next, in step S68, a boundary value that determines whether or not incident electrons reach the sample is obtained using the electron trajectory analysis result. Specifically, the simulation condition when the primary charged particles are made to enter the sample from the initial coordinate separated by z0 from the sample surface at the acceleration voltage Vacc (<0) is Vsub. At this time, it is determined whether the trajectory of the primary charged particle is reversed without reaching the sample or the sample is reached, and the initial coordinate (x0, y0, z0) of the primary charged particle serving as the boundary is determined.

次に、ステップS69において、ステップS63〜S69の繰り返し回数iが所定の回数Nに到達したか否かの判断がされる。VsubやVaccは、後述する実測条件と同等の値が使用して、VsubやVaccを逐次変更して必要な回数シミュレーションが実行される。iがNに到達していない場合には、ステップS75に進み、導体60への印加電圧Vsubが変更され、再度ステップS63からの工程が行われる。一方、iがNに到達している場合には、次のステップS70に進む。   Next, in step S69, it is determined whether or not the number of repetitions i of steps S63 to S69 has reached a predetermined number N. For Vsub and Vacc, values equivalent to the actual measurement conditions described later are used, and Vsub and Vacc are sequentially changed and simulation is executed as many times as necessary. If i has not reached N, the process proceeds to step S75, the applied voltage Vsub to the conductor 60 is changed, and the processes from step S63 are performed again. On the other hand, if i has reached N, the process proceeds to the next step S70.

ステップS70においては、
Vth(x0,y0)=Vacc−Vsub
の式に基づいて、Vth(x,y)が算出される。
In step S70,
Vth (x0, y0) = Vacc−Vsub
Vth (x, y) is calculated based on the following equation.

ところで、図25のフローチャートに示していないが、Vth(x,y)は、上記ステップS70で算出された値Vth_s(x,y)とは別に、実測によっても求められている。実測によるVth(x,y)をVth_m(x,y)とする。ステップS71では、この算出値Vth_s(x,y)が実測値Vth_m(x,y)と一致するかどうかの照合が行われる。照合の結果、算出値Vth_s(x,y)と実測値Vth_m(x,y)とが不一致である場合には、ステップS76において表面電荷分布モデルが修正され、再びステップS63からの一連の工程が行われる。一方、算出値Vth_s(x,y)と実測値Vth_m(x,y)とが一致する場合には、ステップS72に進む。   By the way, although not shown in the flowchart of FIG. 25, Vth (x, y) is obtained by actual measurement separately from the value Vth_s (x, y) calculated in step S70. Vth (x, y) obtained by actual measurement is defined as Vth_m (x, y). In step S71, whether or not the calculated value Vth_s (x, y) matches the actual measurement value Vth_m (x, y) is checked. If the calculated value Vth_s (x, y) and the measured value Vth_m (x, y) do not match as a result of the collation, the surface charge distribution model is corrected in step S76, and the series of steps from step S63 is performed again. Done. On the other hand, if the calculated value Vth_s (x, y) matches the actual measurement value Vth_m (x, y), the process proceeds to step S72.

ステップS72では、ステップS62で仮決定された電荷分布形状パラメータが正しいと判断され、このパラメータをもとに表面電荷の形状が決定される。   In step S72, it is determined that the charge distribution shape parameter provisionally determined in step S62 is correct, and the shape of the surface charge is determined based on this parameter.

次に、ステップS73において、決定された表面電荷の形状をもとに表面電荷分布が算出される。また、電荷分布が分かれば静電場が確定するので、ポアソン方程式などを用いて静電場を解析することで、電位分布や電界強度分布などの物理量分布も測定することができる。   Next, in step S73, a surface charge distribution is calculated based on the determined shape of the surface charge. In addition, since the electrostatic field is determined if the charge distribution is known, by analyzing the electrostatic field using the Poisson equation or the like, the physical quantity distribution such as the potential distribution and the electric field strength distribution can also be measured.

次に、ステップS74において、算出結果が表面電荷分布測定装置の図示せぬディスプレイ等に表示され、全工程が終了する。   Next, in step S74, the calculation result is displayed on a display (not shown) or the like of the surface charge distribution measuring apparatus, and all the processes are completed.

このように、電子軌道を計算して、実測結果と照合することにより、表面電荷を決定することが可能となる。表面電位を測定する場合には、電荷分布がわかれば、静電場が確定するので、ポアソン方程式など静電場を解くことにより、電位分布V(x,y)や電界強度分布などの物理量分布を測定することができる。   In this way, the surface charge can be determined by calculating the electron trajectory and collating it with the actual measurement result. When measuring the surface potential, if the charge distribution is known, the electrostatic field is determined. Therefore, by solving the electrostatic field such as the Poisson equation, the physical quantity distribution such as the potential distribution V (x, y) and the electric field strength distribution is measured. can do.

図26に、潜像を形成する機能を有する表面電位分布測定装置の例を示す。図26において、試料は、電子写真用感光体を用いる。有機感光体(OPC)は、導電性支持体の上に電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)を有してなり、表面電荷が帯電している状態で露光されると、CGLの電荷発生材料(CGM)によって、光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。このキャリアは、電界によって、一方はCTLに、他方は導電性支持体に注入される。CTLに注入されたキャリアはCTL中を電界によってCTL表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消滅する。これにより、感光体表面に電荷分布すなわち静電潜像を形成する。   FIG. 26 shows an example of a surface potential distribution measuring apparatus having a function of forming a latent image. In FIG. 26, an electrophotographic photoreceptor is used as a sample. An organic photoreceptor (OPC) has a charge generation layer (CGL) and a charge transport layer (CTL) on a conductive support. When exposed in a state where the surface charge is charged, Light is absorbed by the charge generation material (CGM), and positive and negative charge carriers are generated. One of these carriers is injected into the CTL and the other into the conductive support by an electric field. The carriers injected into the CTL move to the surface of the CTL by an electric field through the CTL, and combine with the charge on the surface of the photoreceptor to disappear. Thereby, a charge distribution, that is, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photoreceptor.

この表面電位分布測定装置200は、試料表面を光で走査し、潜像のパターンを形成するパターン形成装置220が、上記実施形態における表面電位分布測定装置200に付加されたものである。なお、図26では、制御系が省略されている。図26におけるパターン形成装置220は、感光体が感度を有する波長400nm〜1000nmの半導体レーザ201、コリメートレンズ203、アパーチャ205、及び3つのレンズ(207、209、211)からなる結像レンズなどを備えている。また、試料71の近傍には、試料表面を除電するためのLED213が配置されている。このパターン形成装置220及びLED213は、不図示の制御系によって制御される。   In this surface potential distribution measuring apparatus 200, a pattern forming apparatus 220 that scans the surface of a sample with light and forms a latent image pattern is added to the surface potential distribution measuring apparatus 200 in the above embodiment. In FIG. 26, the control system is omitted. A pattern forming apparatus 220 in FIG. 26 includes a semiconductor laser 201 having a wavelength of 400 nm to 1000 nm, a collimator lens 203, an aperture 205, and an imaging lens including three lenses (207, 209, 211), which the photosensitive member has sensitivity. ing. Further, in the vicinity of the sample 71, an LED 213 for discharging the surface of the sample is disposed. The pattern forming device 220 and the LED 213 are controlled by a control system (not shown).

表面電位分布測定装置200における潜像の形成方法について簡単に説明する。感光体試料表面を均一に帯電させる。ここでは、加速電圧を、2次電子放出比が1となる電圧より高い電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料はマイナスに帯電することとなる。なお、加速電圧と照射時間とを制御することにより、所望の電位に帯電させることができる。   A method for forming a latent image in the surface potential distribution measuring apparatus 200 will be briefly described. The surface of the photoreceptor sample is uniformly charged. Here, by setting the acceleration voltage to a voltage higher than the voltage at which the secondary electron emission ratio becomes 1, the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons, so that electrons are accumulated in the sample and charge up occurs. As a result, the sample is negatively charged. In addition, it can be charged to a desired potential by controlling the acceleration voltage and the irradiation time.

電子銃10から放出される電子ビームを、感光体試料71に照射させる。加速電圧|Vacc|は、2次電子放出比が1となる加速電圧より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす(図27(a))。この結果、試料はマイナスの一様帯電を生じることができる。加速電圧と飽和帯電電位には、図27(b)に示すような関係があり、加速電圧と照射時間を適切に設定ないしは制御することにより、電子写真における実機と同じ帯電電位を形成することができる。照射電流は大きい方が、短時間で、目的の帯電電位に到達することができるため、1nA以上で照射するとよい。   The photoreceptor sample 71 is irradiated with an electron beam emitted from the electron gun 10. When the acceleration voltage | Vacc | is set to an acceleration voltage higher than the acceleration voltage at which the secondary electron emission ratio is 1, the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons, so that electrons are accumulated in the sample and charge up occurs. (FIG. 27 (a)). As a result, the sample can be negatively charged uniformly. The acceleration voltage and the saturation charging potential have a relationship as shown in FIG. 27B, and by setting or controlling the acceleration voltage and the irradiation time appropriately, the same charging potential as that of an actual machine in electrophotography can be formed. it can. When the irradiation current is large, the target charging potential can be reached in a short time, and therefore it is preferable to irradiate with 1 nA or more.

この後、静電潜像が観察できるように入射電子量を1/100〜1/1000に下げる。この状態で、パターン形成装置220の半導体レーザ201を発光させる。半導体レーザ201からのレーザ光は、コリメートレンズ203で略平行光となり、アパーチャ205で規定のビーム径とされた後、結像レンズ207、209、211で試料71の表面に集光される。これにより、試料表面に潜像のパターンが形成される。   Thereafter, the amount of incident electrons is reduced to 1/100 to 1/1000 so that the electrostatic latent image can be observed. In this state, the semiconductor laser 201 of the pattern forming apparatus 220 is caused to emit light. Laser light from the semiconductor laser 201 becomes substantially parallel light by the collimator lens 203, is made a prescribed beam diameter by the aperture 205, and is then condensed on the surface of the sample 71 by the imaging lenses 207, 209, and 211. As a result, a latent image pattern is formed on the sample surface.

有機感光体(OPC)は、暗減衰により、電荷が時間と共に減衰してしまうため、遅くても潜像形成後10秒以内で、信号検出によるデータの取得を完了させる必要がある。図26に示す例のように、真空チャンバー30内で感光体試料に帯電・露光させる機能をもたせることにより、潜像形成直後からデータ取得を開始することが可能で、潜像プロファイル取得に必要な印加電圧を複数変えた計測であっても、10秒以内でのデータ取得を完了させることができる。そして上述の如く印加電圧を変えることで、潜像プロファイル情報を取得できる。   In the organic photoconductor (OPC), the charge decays with time due to dark decay. Therefore, it is necessary to complete data acquisition by signal detection within 10 seconds after the latent image is formed at the latest. As in the example shown in FIG. 26, by providing a function of charging and exposing the photoconductor sample in the vacuum chamber 30, it is possible to start data acquisition immediately after the formation of the latent image, which is necessary for acquiring the latent image profile. Even when measurement is performed by changing a plurality of applied voltages, data acquisition within 10 seconds can be completed. The latent image profile information can be acquired by changing the applied voltage as described above.

なお、必要に応じて感光体試料の上方に上部電極を追加してもよい。上部電極を配置することにより、試料が電荷分布を持つことによる空間電界の影響を、上部電極までの範囲に局在化させることができるので、構造体モデルをより簡素化できる。   If necessary, an upper electrode may be added above the photoconductor sample. By disposing the upper electrode, the influence of the spatial electric field due to the charge distribution of the sample can be localized in the range up to the upper electrode, so that the structure model can be further simplified.

また、上記実施形態では、試料が板状の場合について説明したが、本発明が対象とする試料はこれに限定されるものではなく、例えば試料が円筒形状であってもよい。試料が円筒形状である場合、この試料を、レーザプリンタやデジタル複写機などの電子写真方式の画像形成装置に用いられる感光ドラムにそのまま適用できる。したがって、上記円筒形状の感光体試料に対する表面電位分布の測定結果を画像形成装置の設計にフィードバックすることにより、画像形成に関する各工程のプロセスクォリティを向上させることができ、高画質化、高耐久性、高安定性、及び省エネルギー化を実現することができる。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a sample was plate shape, the sample which this invention makes object is not limited to this, For example, a sample may be cylindrical shape. When the sample has a cylindrical shape, the sample can be applied as it is to a photosensitive drum used in an electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer or a digital copying machine. Therefore, by feeding back the measurement result of the surface potential distribution for the cylindrical photoconductor sample to the design of the image forming apparatus, the process quality of each process related to image formation can be improved, and the image quality is improved and the durability is high. , High stability and energy saving can be realized.

また、感光体試料が上記のように円筒形状である場合、露光部の一例として、図28に示されているように、半導体レーザ110、コリメートレンズ111、アパーチャ112、シリンダレンズ113、光路折り曲げミラー114、ポリゴンミラー115、2つの走査レンズ116、117および光路折り曲げミラー118などを備えた、光走査装置からなる露光部76を用いてもよい。   When the photosensitive member sample is cylindrical as described above, as an example of the exposure unit, as shown in FIG. 28, as shown in FIG. 28, the semiconductor laser 110, the collimating lens 111, the aperture 112, the cylinder lens 113, the optical path bending mirror. 114, a polygon mirror 115, two scanning lenses 116 and 117, an optical path bending mirror 118, and the like, an exposure unit 76 formed of an optical scanning device may be used.

上記半導体レーザ110は、露光用のレーザ光を出射する。コリメートレンズ111は、半導体レーザ110から出射されたレーザ光を略平行光とする。アパーチャ112は、コリメートレンズ111を透過した光のビーム径を規定する。ここでは、アパーチャ112の大きさを替えることで、20μm〜200μmの範囲で任意のビーム径を生成することが可能である。シリンダレンズ113は、アパーチャ112を透過した光を一方向にのみ整形する。ミラー114は、シリンダレンズ113からの光の光路をポリゴンミラー115の方向に折り曲げる。ポリゴンミラー115は、複数の偏向面を有し、ミラー114からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する。2つの走査レンズ116、117は、ポリゴンミラー115で偏向された光を等速度的な光に変換する。ミラー118は、走査レンズ117からの光の光路を試料71の方向に折り曲げる。   The semiconductor laser 110 emits laser light for exposure. The collimating lens 111 makes the laser light emitted from the semiconductor laser 110 substantially parallel light. The aperture 112 defines the beam diameter of the light that has passed through the collimating lens 111. Here, it is possible to generate an arbitrary beam diameter in the range of 20 μm to 200 μm by changing the size of the aperture 112. The cylinder lens 113 shapes the light transmitted through the aperture 112 only in one direction. The mirror 114 bends the optical path of light from the cylinder lens 113 in the direction of the polygon mirror 115. The polygon mirror 115 has a plurality of deflection surfaces, and deflects light from the mirror 114 at a constant angular velocity within a predetermined angular range. The two scanning lenses 116 and 117 convert the light deflected by the polygon mirror 115 into constant speed light. The mirror 118 bends the optical path of the light from the scanning lens 117 in the direction of the sample 71.

この露光部76の動作について簡単に説明する。半導体レーザ110から出射された光は、コリメートレンズ111、アパーチャ112、シリンダレンズ113およびミラー114を介して、ポリゴンミラー115の偏向面近傍に一旦結像される。ポリゴンミラー115は、不図示のポリゴンモータによって一定の速度で図21中の矢印方向に回転しており、その回転に伴って偏向面近傍に結像された光は等角速度的に偏向される。この偏向された光は、さらに2つの走査レンズ116、117を透過し、ミラー118の長手方向を所定角度範囲で等速度的に走査する光に変換される。そして、この光は、ミラー118で試料71に向かって反射され、試料71の表面を走査する。すなわち、光スポットが試料71の母線方向に移動する。これにより、試料71の母線方向に対して、ラインパターンを含めた任意の潜像パターンを形成することができる。光源は、VCSEL等のマルチビーム走査光学系であってもよい。   The operation of the exposure unit 76 will be briefly described. The light emitted from the semiconductor laser 110 is once imaged near the deflection surface of the polygon mirror 115 via the collimating lens 111, the aperture 112, the cylinder lens 113, and the mirror 114. The polygon mirror 115 is rotated in the direction of the arrow in FIG. 21 at a constant speed by a polygon motor (not shown), and the light imaged in the vicinity of the deflecting surface is deflected at a constant angular velocity with the rotation. The deflected light further passes through two scanning lenses 116 and 117, and is converted into light that scans the longitudinal direction of the mirror 118 at a constant angular range within a predetermined angular range. This light is reflected by the mirror 118 toward the sample 71 and scans the surface of the sample 71. That is, the light spot moves in the generatrix direction of the sample 71. Thereby, an arbitrary latent image pattern including a line pattern can be formed in the bus line direction of the sample 71. The light source may be a multi-beam scanning optical system such as a VCSEL.

また、上記実施形態では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合について説明したが、これに限らず、イオンビームを用いてもよい。この場合には、前記電子銃に代えてイオン銃が用いられる。そして、例えばイオン銃としてガリウム(Ga)液体金属イオン銃が用いられる場合には、加速電圧は正の電圧となり、試料71には、表面電位が正となるようにバイアス電圧が付加される。   Moreover, although the case where an electron beam was used as a charged particle beam was demonstrated in the said embodiment, not only this but an ion beam may be used. In this case, an ion gun is used instead of the electron gun. For example, when a gallium (Ga) liquid metal ion gun is used as the ion gun, the acceleration voltage is a positive voltage, and a bias voltage is applied to the sample 71 so that the surface potential is positive.

上記実施形態では、試料の表面電位ポテンシャルが負の場合について説明したが、試料の表面電位ポテンシャルが正であってもよい。すなわち、表面の電荷が正電荷であってもよい。この場合には、ガリウムなど正のイオンビームを試料に照射すればよい。   In the above embodiment, the case where the surface potential of the sample is negative has been described. However, the surface potential of the sample may be positive. That is, the surface charge may be a positive charge. In this case, the sample may be irradiated with a positive ion beam such as gallium.

また、図26に示す実施形態では、ゲートバルブ40がビームブランキング電極37の−Z側に配置されているが、これに限定されるものではない。要するに、ゲートバルブ40が、電子銃10と試料台81との間に配置されていればよい。   In the embodiment shown in FIG. 26, the gate valve 40 is disposed on the −Z side of the beam blanking electrode 37, but the present invention is not limited to this. In short, the gate valve 40 may be disposed between the electron gun 10 and the sample stage 81.

上記実施形態では、電子銃として電界放出型電子銃を用いる場合について説明しているが、これに限らず、熱電子放出型電子銃を用いてもよいし、図29に示されるように、いわゆるショットキーエミッション(SE)型電子銃を用いてもよい。このショットキーエミッション型電子銃は、エミッタ11、サプレッサ電極12、引き出し電極31、及び加速電極33などを有している。なお、Ifはフィラメント電流、Ieはエミッション電流、Vsはサプレッサ電圧である。SE型電子銃は、熱陰極電界放出型電子銃とも呼ばれている。   In the above embodiment, the case where a field emission electron gun is used as the electron gun has been described. However, the present invention is not limited to this, and a thermionic emission electron gun may be used. As shown in FIG. A Schottky emission (SE) type electron gun may be used. This Schottky emission type electron gun has an emitter 11, a suppressor electrode 12, a lead electrode 31, an acceleration electrode 33, and the like. If is a filament current, Ie is an emission current, and Vs is a suppressor voltage. The SE type electron gun is also called a hot cathode field emission electron gun.

また、上記実施形態では、1次反発電子を検出して表面電位分布を求めるものとして説明したが、これに限らず、例えば、試料の材質や表面形状の影響を受けるおそれがない場合には、2次電子を検出して表面電位分布を求めても良い。   In the above-described embodiment, the surface potential distribution is obtained by detecting the primary repulsive electrons. However, the present invention is not limited to this. For example, when there is no risk of being affected by the material or surface shape of the sample, The surface potential distribution may be obtained by detecting secondary electrons.

本発明によると、電子写真用感光体上に電子写真プロセスで起こるのと同等条件で静電潜像を形成させ、その静電潜像を測定する装置を提供することができる。また、本発明によると、高い計測精度を確保しつつ、計算時間を短縮することのできる表面電荷分布測定方法および装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an apparatus for forming an electrostatic latent image on an electrophotographic photosensitive member under the same conditions as in an electrophotographic process and measuring the electrostatic latent image. Further, according to the present invention, it is possible to provide a surface charge distribution measuring method and apparatus capable of shortening calculation time while ensuring high measurement accuracy.

また、本発明によると、一つ前の座標の電子の加速度の微分値をつかって平均をとることで、時間間隔が発散してしまう影響を大きく減らすことが可能になる。   In addition, according to the present invention, it is possible to greatly reduce the influence of time interval divergence by taking an average using the differential value of the acceleration of the electron at the previous coordinate.

また、本発明によると、電子の加速度を空間電界から算出することにより、計算ステップを省略することができ、計算時間の短縮を実現するこができる。   Further, according to the present invention, by calculating the acceleration of electrons from the spatial electric field, the calculation step can be omitted and the calculation time can be shortened.

また、本発明によると、離散的に得られた計測された検出信号データの隣り合う区間が、連続的に接続するように区間毎に多項式関数で表現することで、離散的でかつ誤差を含む計測された検出信号データをもっとも相応しい曲線形状であり、平滑化された連続曲線の関数として表現することが可能となる。平滑化スプライン関数は計測された検出信号データの様々な形状の曲線データに、柔軟かつ正確に対応することが可能であり、電子軌道計算結果と比較する実測データの忠実性が向上し、計測精度と計算時間短縮の両方を実現することができる。   Further, according to the present invention, adjacent sections of measured detection signal data obtained discretely are expressed by a polynomial function for each section so as to be connected continuously, thereby being discrete and including errors. The measured detection signal data has the most suitable curve shape, and can be expressed as a function of a smoothed continuous curve. The smoothing spline function can flexibly and accurately handle curve data of various shapes in the measured detection signal data, improving the fidelity of the measured data compared with the electronic trajectory calculation result, and measuring accuracy Both the calculation time and the calculation time can be reduced.

また、本発明によると、計測された検出信号データの、電荷分布試料中心から離れるに従って単調増加し両端で最大値をとる規則性を利用して、最もフィットした法則性のある関数を用いてダミー点を付加することで、振動がなく、データに忠実な平滑化スプラインの結果を得ることができる。そして、シミュレーションデータとの照合がしやすくなり、精度向上ならびに時間短縮を実現することが可能となる。   Further, according to the present invention, using the regularity function of the most fitted law using the regularity function that monotonically increases as the distance from the center of the charge distribution sample and takes the maximum value at the both ends, By adding points, it is possible to obtain smoothing spline results that are faithful to the data without vibration. And it becomes easy to collate with simulation data, and it becomes possible to improve accuracy and reduce time.

また、本発明によると、印加電圧を変化させて境界値を決定する方法により、解析が行われた領域から、荷電粒子ビームが全て試料に到達する領域や、全て反転する領域を除くことができる。そのため、少ない軌道計算数で境界値を絞込むことができ、計算時間を大幅に短縮できる。これは、電荷分布の周辺領域のように、電荷密度の空間的変化が小さい領域や、電荷中心部のように、電荷分布の空間周波数は大きいが水平方向電界が小さい領域で、軌道計算を少なくすることができるため特に有効である。   Further, according to the present invention, by the method of determining the boundary value by changing the applied voltage, the region where the charged particle beam reaches the sample or the region where it is all reversed can be excluded from the analyzed region. . Therefore, the boundary value can be narrowed down with a small number of trajectory calculations, and the calculation time can be greatly shortened. This is because the trajectory calculation is reduced in the region where the spatial change of the charge density is small, such as the peripheral region of the charge distribution, or in the region where the spatial frequency of the charge distribution is large but the horizontal electric field is small, such as the charge center. It is particularly effective because it can be done.

また、本発明によると、一次荷電粒子が試料に到達せずに反転する領域と、試料に到達する領域の境界を検出し、Vthの実測値と算出値の差を算出し、差が減少するように表面の電荷分布データあるいは電位分布データを修正し、修正された電荷分布データを逐次、電子軌道計算する手段を有することにより、電位鞍点が生ずるような、電界強度が高い電位分布であっても、精度良く測定することができる。また、試料の電位状態によって発生する走査電子の走査位置座標変動を補正する手段を有することにより、走査領域の歪曲を抑え、精度良く表面電荷分布を測定することができる。   Further, according to the present invention, the boundary between the region where the primary charged particles are reversed without reaching the sample and the region reaching the sample is detected, the difference between the measured value and the calculated value of Vth is calculated, and the difference is reduced. As described above, the electric charge distribution data or the electric potential distribution data on the surface is corrected, and the electric charge distribution data having a high electric field strength such that a potential saddle point is generated by means of sequentially calculating the electron trajectory of the corrected electric charge distribution data. Can be measured with high accuracy. Further, by having means for correcting the scanning position coordinate fluctuation of the scanning electrons generated depending on the potential state of the sample, it is possible to suppress the distortion of the scanning region and to measure the surface charge distribution with high accuracy.

また、従来の表面電荷分布測定方法では、最低3回の電界計算を演算する工程と、誤差を判定する工程があるのに対し、本発明に係る表面電荷分布測定方法では、電界計算は1回のみであり、また誤差を判定する分岐を必要としない。このような方式を用いることにより、時間間隔の演算工程を従来の3分の1以下に減らすことが可能となった。そして、縦横比が異なる、電荷分布が複雑な形状である等の場合も、計測精度を確保しつつ、短時間でミクロンオーダーの高分解能で表面電荷分布測定が可能となる。   Further, in the conventional surface charge distribution measuring method, there are a step of calculating the electric field calculation at least three times and a step of determining the error, whereas in the surface charge distribution measuring method according to the present invention, the electric field calculation is performed once. And no branch is required to determine the error. By using such a method, it has become possible to reduce the time interval calculation process to one-third or less of the conventional method. Even when the aspect ratio is different or the charge distribution has a complicated shape, it is possible to measure the surface charge distribution with high resolution on the order of microns in a short time while ensuring measurement accuracy.

本発明に係る表面電荷分布測定装置によると、静電潜像の形成するための必要な帯電手段と露光手段を有することにより、リアルタイムの測定が可能となり、時間とともに表面電荷量が減衰する感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。特にVCSELなどの複数光源を用いる露光方式の場合、単一光源に比べて、潜像形成及び潜像形成メカニズムが複雑になる。このため、本発明に係る表面電荷分布測定装置は、VCSELなどの複数光源を用いて静電潜像が形成される場合における試料表面の表面電荷分布の測定に有効である。また感光体の静電潜像を測定して、設計にフィードバックすることにより、各工程のプロセスクォリティが向上するため、高画質、高耐久、高安定、省エネルギー化を実現することができる。   According to the surface charge distribution measuring apparatus according to the present invention, since the charging means and the exposure means necessary for forming the electrostatic latent image are provided, real-time measurement is possible, and the surface charge amount attenuates with time. Can be measured with a high resolution on the order of microns. In particular, in the case of an exposure method using a plurality of light sources such as a VCSEL, the latent image formation and the latent image formation mechanism are complicated as compared with a single light source. Therefore, the surface charge distribution measuring apparatus according to the present invention is effective for measuring the surface charge distribution on the sample surface when an electrostatic latent image is formed using a plurality of light sources such as VCSEL. Further, by measuring the electrostatic latent image on the photoconductor and feeding it back to the design, the process quality of each process is improved, so that high image quality, high durability, high stability, and energy saving can be realized.

1 導体基台
2 絶縁体
3 導電板
4 電子ビーム
5 対物レンズ
6 グリッドメッシュ
7 検出器
10 感光体(試料)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductor base 2 Insulator 3 Conductive plate 4 Electron beam 5 Objective lens 6 Grid mesh 7 Detector 10 Photoconductor (sample)

特開平03−49143号公報JP 03-49143 A 特開平3−200100号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-200100 特開2003−295696号公報JP 2003-295696 A 特開2004−251800号公報JP 2004-251800 A 特開2005−166542号公報JP 2005-166542 A 特開平10‐334844号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-334844 特開平03−261057号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-261057 特開昭59−842号公報JP 59-842 特開2006−344436号公報JP 2006-344436 A 特開2008−76100号公報JP 2008-76100 A 特開2009−206074号公報JP 2009-206074 A

Claims (10)

表面電荷分布を有する試料を荷電粒子ビームで走査し、前記試料の表面電荷分布を測定する表面電荷分布測定方法であって、
表面電荷分布測定を行う装置の構成に基づいて前記試料の表面電荷分布モデルを設定するモデル設定工程と、
前記表面電荷分布モデルに基づき起点での荷電粒子ビームの加速度の微分値を算出し、算出結果に基づいて次点を決定するための前記起点の時点から前記次点の時点までの時間間隔を設定して前記荷電粒子ビームの軌道を算出する軌道計算工程と、
前記試料を荷電粒子ビームで走査することによって得られる検出信号により前記試料の表面電荷分布の実測値を求める実測工程と、
前記表面電荷分布モデルの値を、前記実測工程における前記実測値と照合する照合工程と、
前記照合工程において前記表面電荷分布モデルの値と前記実測値との誤差が所定の範囲内であれば前記表面電荷分布モデルを実際の表面電荷分布として採用する判定工程と、
を備えることを特徴とする表面電荷分布測定方法。
A surface charge distribution measuring method of scanning a sample having a surface charge distribution with a charged particle beam and measuring the surface charge distribution of the sample,
A model setting step for setting the surface charge distribution model of the sample based on the configuration of the apparatus for measuring the surface charge distribution;
A differential value of the acceleration of the charged particle beam at the starting point is calculated based on the surface charge distribution model, and a time interval from the starting point to the next point is set to determine the next point based on the calculation result A trajectory calculation step for calculating the trajectory of the charged particle beam;
An actual measurement step for obtaining an actual measurement value of the surface charge distribution of the sample from a detection signal obtained by scanning the sample with a charged particle beam;
A collation step of collating the value of the surface charge distribution model with the actual measurement value in the actual measurement step;
A determination step of adopting the surface charge distribution model as an actual surface charge distribution if an error between the value of the surface charge distribution model and the actual measurement value is within a predetermined range in the matching step;
A surface charge distribution measuring method comprising:
前記軌道計算工程において、前記時間間隔の設定は、前記起点を含む空間における前記荷電粒子ビームの加速度の微分値の平均値を算出し、算出された前記平均値を元に前記時間間隔を設定して前記荷電粒子ビームの軌道を計算することで行われる請求項1記載の表面電荷分布測定方法。 In the track calculation step, setting of the time interval, the starting point to calculate the average value of the differential value of the acceleration of the charged particle beam between including sky, the time interval based on the calculated the mean value The surface charge distribution measuring method according to claim 1, wherein the method is performed by setting and calculating the trajectory of the charged particle beam. 前記軌道計算工程において、前記時間間隔の設定は、前記起点での空間電界を算出し、算出された前記空間電界を元に前記荷電粒子ビームの加速度の微分値を決定することで行われる請求項1記載の表面電荷分布の測定方法。   In the trajectory calculation step, the time interval is set by calculating a spatial electric field at the starting point and determining a differential value of acceleration of the charged particle beam based on the calculated spatial electric field. 2. A method for measuring a surface charge distribution according to 1. 前記実測工程において得られる離散的な前記実測値を、前記実測値の隣り合う区間が連続的に接続するように区間毎に多項式関数で表現し、前記実測値の全体が連続的な曲線関数となるように平滑化する処理演算をした後に、前記照合工程において前記表面電荷分布モデルの値と照合することを特徴とする請求項1記載の表面電荷分布の測定方法。 The discrete actual measurement values obtained in the actual measurement step are expressed by a polynomial function for each section so that adjacent sections of the actual measurement values are continuously connected, and the entire actual measurement value is a continuous curve function. 2. The surface charge distribution measuring method according to claim 1, wherein after performing a processing operation for smoothing, the collation step collates with the value of the surface charge distribution model . 前記実測工程において得られる離散的な前記実測値は、電荷分布中心から離れるに従って単調増加し、両端で絶対値が最大値をとる連続的な曲線関数で表現される請求項4記載の表面電荷分布測定方法。   5. The surface charge distribution according to claim 4, wherein the discrete measured values obtained in the measuring step are monotonously increased as the distance from the charge distribution center increases, and are expressed by a continuous curve function having absolute values at both ends. Measuring method. 前記軌道計算工程において、前記荷電粒子ビームが前記試料に到達する印加電圧と、前記荷電粒子ビームが前記試料に到達せずに反転する印加電圧との間の印加電圧を新たな印加電圧として設定して前記荷電粒子ビームの軌道を計算する操作を行うことにより、試料到達領域と試料反転領域の境界値を算出する請求項1記載の表面電荷分布測定方法。 In the trajectory calculation step, an applied voltage between the applied voltage at which the charged particle beam reaches the sample and the applied voltage at which the charged particle beam is reversed without reaching the sample is set as a new applied voltage. The surface charge distribution measuring method according to claim 1, wherein a boundary value between the sample arrival region and the sample inversion region is calculated by performing an operation of calculating a trajectory of the charged particle beam. 前記試料の裏面へ印加される電圧をVsub、試料に照射される荷電粒子ビームの加速電圧をVacc(<0)とし、前記試料の表面に到達する荷電粒子ビームのランディングエネルギが0になるときのVaccとVsubの値を、前記試料の表面に前記荷電粒子ビームを照射して求める第2実測工程と、
実測された前記Vaccと前記Vsubの値から、Vacc−Vsubの値Vthの実測値を求める算出工程と、
VaccとVsubの値を、設定された前記表面電荷分布モデルに基づきシミュレーションにより求める第2算出工程と、
シミュレーションにより得られた前記Vaccと前記Vsubの値から、Vthの算出値を求める第3算出工程と、
Vthの前記実測値と前記算出値を比較する比較工程と、
前記比較工程において誤差が所定の範囲内となるように前記表面電荷分布モデルを修正する修正工程と、
をさらに備える請求項1乃至6のいずれかに記載の表面電荷分布の測定方法。
When the voltage applied to the back surface of the sample is Vsub, the acceleration voltage of the charged particle beam applied to the sample is Vacc (<0), and the landing energy of the charged particle beam reaching the surface of the sample is 0 A second actual measurement step of obtaining values of Vacc and Vsub by irradiating the surface of the sample with the charged particle beam;
A calculation step of obtaining an actual measurement value of the Vacc-Vsub value Vth from the actually measured Vacc and Vsub values;
A second calculation step of obtaining values of Vacc and Vsub by simulation based on the set surface charge distribution model;
A third calculation step for obtaining a calculated value of Vth from the values of Vacc and Vsub obtained by simulation;
A comparison step of comparing the measured value of Vth with the calculated value;
A correction step of correcting the surface charge distribution model so that an error falls within a predetermined range in the comparison step;
The method for measuring surface charge distribution according to claim 1, further comprising:
表面電荷を有する試料の表面電荷分布測定装置であって、
前記試料の表面を荷電粒子ビームで2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
前記表面電荷分布測定置の構成に基づいて前記試料の表面電荷分布モデルを設定するモデル設定手段と、
前記表面電荷分布モデルに基づき起点での荷電粒子ビームの加速度の微分値を算出し、算出結果に基づいて次点を決定するための前記起点の時点から前記次点の時点までの時間間隔を設定して前記荷電粒子ビームの軌道を算出する軌道計算手段と、
前記試料を荷電粒子ビームで走査することによって得られる検出信号により前記試料の表面電荷分布の実測値を求める実測手段と、
前記表面電荷分布モデルの値を、前記実測工程における前記実測値と照合する照合手段と、
前記照合工程において前記表面電荷分布モデルの値と前記実測値との誤差が所定の範囲内であれば前記表面電荷分布モデルを実際の表面電荷分布として採用する判定手段と、
を備えることを特徴とする表面電荷分布測定装置。
A surface charge distribution measuring device for a sample having a surface charge,
Charged particle beam scanning means for two-dimensionally scanning the surface of the sample with a charged particle beam;
Model setting means for setting a surface charge distribution model of the sample based on the configuration of the surface charge distribution measurement device;
A differential value of the acceleration of the charged particle beam at the starting point is calculated based on the surface charge distribution model, and a time interval from the starting point to the next point is set to determine the next point based on the calculation result A trajectory calculating means for calculating the trajectory of the charged particle beam;
Actual measurement means for obtaining an actual measurement value of the surface charge distribution of the sample from a detection signal obtained by scanning the sample with a charged particle beam;
Collating means for collating the value of the surface charge distribution model with the actual measurement value in the actual measurement step;
A determination unit that adopts the surface charge distribution model as an actual surface charge distribution if an error between the value of the surface charge distribution model and the measured value is within a predetermined range in the matching step;
A surface charge distribution measuring apparatus comprising:
真空中で前記試料を帯電させる帯電手段と、
前記荷電粒子ビームが通過する領域外に設けられた光源を含み前記光源からの光束を帯電した前記試料に照射して前記試料の表面を露光する露光光学系と、
前記光源の光量と露光時間を制御する光源制御手段と、
を有する表面電荷形成手段を更に備える請求項8記載の表面電荷分布測定装置。
Charging means for charging the sample in a vacuum;
An exposure optical system that includes a light source provided outside a region through which the charged particle beam passes and irradiates the sample charged with a light beam from the light source to expose the surface of the sample;
Light source control means for controlling the light amount and exposure time of the light source;
The surface charge distribution measuring apparatus according to claim 8, further comprising a surface charge forming unit having the following.
前記光源から出射される光束の波長が400nm以上800nm以下である請求項9記載の表面電荷分布測定装置。
The surface charge distribution measuring apparatus according to claim 9, wherein a wavelength of a light beam emitted from the light source is 400 nm or more and 800 nm or less.
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