JP4963366B2 - 真空チャンバ装置、静電潜像形成装置及び静電潜像測定装置 - Google Patents
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Description
2.露光:帯電した感光体に光を照射することによって画像に対応して部分的に電荷を逃がし、静電潜像を形成する。
3.現像:帯電した微粒子(以下、トナー)で静電潜像上に可視画像を形成する。
4.転写:トナー像を紙又は他の転写材に移動させる。
5.定着:転写画像を形成しているトナーを融着して、転写材上に画像を固定する。
6.クリーニング:感光体上の残留トナーを清掃する。
7.除電:感光体上の残留電荷を除去する。
従って、静電潜像から得られる情報を光学系設計に取り込むことができれば、さらに高画質化を図れ、画像形成装置の低コスト設計が可能になると期待される。
このような条件では、
○絶対距離計測が必要となる。
○測定に時間がかかり、その間に潜像の状態が変化する。
○放電、吸着が起こる。
○センサ自体が磁場を乱す。
といった問題を有しており、他の用途には適用できても、実使用上静電潜像を測定することはできない。
しかし、この方法は現像及び転写のプロセスを経ているため、静電潜像そのものを計測したことにはならない。
これは、測定対象が導体であれば、これに定電流を流すことにより電位分布を長時間保持することができ、また、電位量は高々0〜5Vの狭い範囲であるから、チャージアップ現象も発生しないからである。さらに、測定対象が導体であれば、電子ビームの照射によって電位状態が変わることもない。
通常の誘電体は、電荷を半永久的に保持できるため、電荷分布を形成後、時間をかけて測定しても測定結果に影響は現れない。しかしながら感光体の場合は抵抗値が無限大ではないため、上記のように暗減衰が生じ、時間とともに表面電位が低下してしまう。暗室であっても、感光体が電荷を保持できる時間はせいぜい数十秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡(SEM)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、真空試料台ユニットの真空チャンバに対する着脱を容易化するとともに、被検物である感光体の設置条件設定、露光光学系の設定等に関わるチャンバ外での作業性の向上を図ることを目的とする。
を特徴とする真空チャンバ装置を提供するものである。
前記載置台に搭載した状態の前記真空試料台ユニットの姿勢と前記載置台から取り外し水平面に設置した状態の前記真空試料台ユニットの姿勢とが略同一となることが好ましく、また、前記フランジ支持部は、第3の方向において前記フランジの両端を挟むように支持していることが好ましく、また、前記構造体支持部は、前記第1の方向に対して傾きを有する傾斜部を備えたことが好ましく、また、前記ガイドレールに沿った前記載置台の動きを規制する部材と、前記載置台と前記真空試料台ユニットとを連結固定するロック部材とを有することが好ましい。
図6に、静電潜像測定方法の一例を示す。この静電潜像測定方法には、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部10と、露光部20と、試料設置部16と、二次電子検出部18とを備えた測定装置を用いる。これらは全て同一のチャンバ内に配置されており、チャンバ内は真空となっている。
感光体は、導電性支持体の上に電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)が形成された構造である。表面に電荷が帯電している状態で露光されると、電荷発生層の電荷発生材料(CGM)によって光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。このキャリアは電界によって、一方は電荷輸送層に、他方は導電性支持体に注入される。電荷輸送層に注入されたキャリアは、電界によって電荷輸送層の表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消滅する。これにより、感光体表面には電荷分布、すなわち静電潜像が形成される。
まず、電子ビーム照射部10によって感光体試料30に電子ビームを照射する。このときの加速電圧と2次電子放出比δとの関係を図7に示す。加速電圧E1を2次電子放出比δが1となる加速電圧E0よりも高く設定することにより、入射電子量が放出電子量を上回るため、電子が感光体試料30に蓄積されてチャージアップを起こす。この結果、試料30はマイナスの電荷で一様に帯電する。なお、感光体試料30は、加速電圧と照射時間とを変化させることにより、所望の帯電電位に帯電させることが可能である。
参照電位を配置する方法としては、図10に示すように、絶縁体33上に複数の導電性基板34を配置し、それぞれの導電性基板34に基準となる電位を設定する方法がある。具体的には、基準電圧源の電圧を抵抗で分圧し、導電性基板34ごとに基準となる電位をそれぞれ印加する。
2次電子検出部18上での信号強度は、設定条件により変化する場合には補正しても良い。また、事前にキャリブレーションしても良い。
測定装置の制御系は、LD制御部36、荷電粒子制御部37、LED制御部38及び試料台制御部39を有する。LD制御部36は、光源21を制御する。荷電粒子制御部37は、走査レンズ14を制御する。LED制御部38は、残留電荷除去用の光源17を制御する。試料台制御部39は、試料台16の移動を制御する。
LD制御部36、荷電粒子制御部37、LED制御部38及び試料台制御部39は、ホストコンピュータ35によって制御される。また、2次電子検出部18の出力は、2次電子検出器41で検出され、この検出信号は信号処理部42で処理されて測定結果出力部43から2次電子測定結果として出力される。
δ=放出電子/入射電子
として表されるが、より厳密に言えば、透過電子と反射電子とを考慮する必要があるため、
放出電子=透過電子+反射電子+2次電子
としてδを算出すると良い。
また、帯電方法は、接触帯電など別の手法を用いても良い。
図1は、真空チャンバ50に真空試料台ユニット60を装着した状態を示す。図4は、真空チャンバ50から真空試料台ユニット60を引き出した状態を示す。
真空チャンバは円筒状の材料に内径加工を行い、上方からDカット(上面視D字状に切断)することで、開口部とフランジ取り付け部とが形成されている。真空チャンバ50の底面と平行な面にガイドレール取り付け部が設けられ、開口部と直交する方向にガイドレール52が取り付けられている。本実施形態においては、真空試料台ユニットの位置決め精度向上及び耐荷重性向上のため2本のガイドレール52と補強板53とで構成している。ガイドレール52のそれぞれには各1個の移動台54がセットされ、2個の移動台54をブリッジした載置台55がガイドレール52にねじによって締結されている。
真空試料台ユニットのフランジ61(真空チャンバに連結するためのフランジ)には、真空チャンバ50内で試料を3方向に移動させるためのステージ部62が取り付けられる。フランジ61のステージとは反対側には箱型の構造体が形成され、ステージ駆動部63(ステッピングモータやマイクロヘッドなど)がOリングでリーク防止した上で取り付けられる構造となっている。真空チャンバ50内部への電力及び信号取り出しのためのハーネスは、フィールドスルー64で真空を保ったまま中継されている。
載置台55は真空試料台ユニット60を容易にセットするためのガイド部、真空試料台ユニット60を水平に保持するための受け部及び載置時の安定、安全性を確保するための部分から成り立っている。
ガイド部はスライド方向前後に2カ所設けられている。真空チャンバ50側にはU字型に開いた突起形状のU字型ガイド部56が設けられ、真空試料台ユニット60のフランジ61のステージと反対面の突起部に外側からガイドしながら突き当たる。互いの角部はR形状になっているため、スライド方向と直交する方向にズレが生じてもガイドされる。もう一方のガイドは、U字型ガイド部56の真空チャンバ50側の端部と載置台55の真空チャンバ50とは反対側の端部とにそれぞれ切り欠きを設けてそれぞれ斜面56a、55aを形成し、載置台55とU字型ガイド部56とがこの切り欠き部に沿って真空試料台ユニット60の位置決め部材65とフランジ61との間に嵌ることでガイドされる。
ガイドレール52に沿った方向の位置決めは、フランジ61のステージの反対面と位置決め部材65との間に載置台55を挟持することで行われる。
鉛直方向の真空試料台ユニット60の位置決めは、載置台55の受け面高さを適正に設定することで、自重によって水平に保持される。
また、載置台55の後端部にタップを設け、真空試料台ユニット60の位置決め部材65に穴を設けツマミねじ66で互いに締結することで更なる安全性を確保できる。
また、操作性も大きく向上する。
例えば、上記実施形態では載置台及びU字型ガイド部を切り欠いて斜面を形成したが、面取りの代わりに丸め(R加工)を施してもよい。
このように、本発明は様々な変形が可能である。
12 コンデンサレンズ
13 ビームブランカ
14 走査レンズ
15 対物レンズ
16 試料台
17 光源
18 2次電子検出部
20 露光部
21 光源
22 コリメートレンズ
23 アパーチャ
25 結像レンズ
30 試料
31 静電潜像
32 ビームスキャン領域
33 絶縁体
34 導電性基板
35 コンピュータ
36 LD制御部
37 荷電粒子制御部
38 LED制御部
39 試料台制御部
41 2次電子検出器
42 信号処理部
43 測定結果出力部
50 真空チャンバ
52 ガイドレール
53 補強板
54 移動台
55 載置台
56 U字型ガイド部
57 基準穴
60 真空試料台ユニット
61 フランジ
62 ステージ部
63 ステージ駆動部
64 フィールドスルー
65 位置決め部材
66 ツマミねじ
67 取っ手
68 基準ピン
69 箱型構造体
Claims (6)
- 試料を保持し一側の開口部を通して真空チャンバ内に収容され任意の方向へ移動可能とする試料台を備えた真空チャンバ装置であって、
前記真空チャンバの外壁部に、載置台と、前記試料台が前記開口部を通して前記真空チャンバ内に収容されるように前記載置台を前記開口部に直交する方向に案内するためのガイドレールとが設置され、
前記載置台には、前記開口部に取り付けられ該開口部を密閉するフランジと、前記試料台と、該試料台の駆動機構と、前記フランジを支持する構造体とを有する真空試料台ユニットが搭載され、
前記取り付けフランジは、基準ピンが植設され該基準ピンが前記真空チャンバの外壁部に設けられた基準穴に嵌合されて位置決めされる構造であり、
前記載置台は、前記ガイドレールに案内される載置台基部と、該載置台基部の前記フランジ側に備えられ前記フランジを支持するフランジ支持部と、前記載置台基部の前記フランジ支持部から前記ガイドレールの案内方向に離間した側に備えられ前記構造体を支持する構造体支持部と、を含み、
鉛直方向を第1の方向、ガイドレールにより載置台が案内される方向を第2の方向、前記第1の方向及び前記第2の方向に垂直な方向を第3の方向としたとき、
前記フランジ支持部により前記フランジを前記第1の方向および前記第3の方向において位置決めし、かつ、前記構造体支持部により前記構造体を前記第1の方向、前記第2の方向において位置決めし、かつ、前記構造体の一端部を前記載置台基部に嵌合することにより第3の方向における位置決めをすること
を特徴とする真空チャンバ装置。 - 前記第1の方向において前記フランジの底面と前記構造体の底面が同じ高さであり、前記載置台に搭載した状態の前記真空試料台ユニットの姿勢と前記載置台から取り外し水平面に設置した状態の前記真空試料台ユニットの姿勢とが略同一となることを特徴とする請求項1記載の真空チャンバ装置。
- 前記フランジ支持部は、第3の方向において前記フランジの両端を挟むように支持していることを特徴とする請求項1記載の真空チャンバ装置。
- 前記構造体支持部は、前記第1の方向に対して傾きを有する傾斜部を備えたことを特徴とする請求項1記載の真空チャンバ装置。
- 前記ガイドレールに沿った前記載置台の動きを規制する部材と、前記載置台と前記真空試料台ユニットとを連結固定するロック部材とを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の真空チャンバ装置。
- 請求項1から5のいずれか1項記載の真空チャンバ装置を用いた静電潜像測定装置であって、
荷電子ビームを出力・走査する手段を有し、該荷電子ビームの走査によって得られる検出信号に基づいて試料面上の静電潜像を検出し、
該静電潜像は、帯電させた試料を露光光学系で露光して前記試料上に電荷分布を発生させて形成することを特徴とする静電潜像測定装置。
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