KR20220158828A - 하전 입자선 장치 - Google Patents

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무네유끼 후꾸다
이찌로 다찌바나
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주식회사 히타치하이테크
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Abstract

시료로부터 특정 방향으로 방출되는 하전 입자를, 기타의 방향으로 방출되는 하전 입자와 변별하여 검출하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치를 제안한다. 상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서, 하전 입자원으로부터 방출된 빔을 집속하도록 구성된 대물 렌즈와, 시료에 대한 상기 빔의 조사에 의해 시료로부터 방출되는 제1 하전 입자(23), 및 당해 제1 하전 입자의 궤도 상에 배치된 하전 입자 충돌 부재에의 충돌에 의해 당해 하전 입자 피충돌 부재로부터 방출되는 제2 하전 입자의 적어도 한쪽을 검출하는 검출기(8)와, 상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈(12)를 구비하고, 당해 정전 렌즈는 버틀러형인 하전 입자선 장치를 제안한다

Description

하전 입자선 장치
본 개시는, 시료에 하전 입자빔을 조사에 기인하여 얻어지는 하전 입자를 검출하는 하전 입자선 장치에 관한 것으로서, 특히, 특정한 방향으로 방출되는 하전 입자, 혹은 당해 하전 입자가 다른 부재에 충돌함으로써 발생하는 하전 입자를 선택적으로 검출하는 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
하전 입자선 장치는, 전자빔과 같은 하전 입자를 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 하전 입자를 검출함으로써, 시료를 관찰하는 화상을 형성하는 장치이다.
특허문헌 1에는, 시료로부터 방출되는 2차 전자의 검출 효율을 향상시키기 위해서, 1차 입자와 동축 상에 집속 렌즈를 배치하고, 공간적으로 넓어진 2차 전자를 집속 렌즈 전극이 생성하는 수렴 렌즈 효과에 의해 수렴시킴으로써, 검출 가능한 방출 각도 범위(이하, 검출 각도 범위)를 확장한 하전 입자선 장치가 개시되어 있다.
WO2016/092642(대응 미국 특허 공개 공보 US2017/0345613)
특허문헌 1에는, 검출기를 향하여 2차 전자를 편향시키는 편향기의 편향점을 향하여, 2차 전자를 집속하는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 구비한 하전 입자선 장치가 개시되어 있다. 또한, 검출기와 정전 렌즈 사이에 2차 전자의 통과를 일부 제한하는 통과 개구 제한 부재가 마련되어 있다. 정전 렌즈의 작용에 의해, 2차 전자의 고효율 수집을 행하는 것이 가능하게 되지만, 한편으로 복수의 방향으로 방출된 2차 전자가 혼합된 상태에서 검출하게 된다.
이하에, 특정 방향으로 방출되는 하전 입자를, 기타의 방향으로 방출되는 하전 입자와 변별하여 검출하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서, 하전 입자원으로부터 방출된 빔을 집속하도록 구성된 대물 렌즈와, 시료에 대한 상기 빔의 조사에 의해 시료로부터 방출되는 제1 하전 입자, 및 당해 제1 하전 입자의 궤도 상에 배치된 하전 입자 충돌 부재에의 충돌에 의해 당해 하전 입자 피충돌 부재로부터 방출되는 제2 하전 입자의 적어도 한쪽을 검출하는 검출기와, 상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 구비하고, 당해 정전 렌즈는 버틀러형인 하전 입자선 장치를 제안한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 양태로서, 하전 입자원으로부터 방출된 빔을 집속하도록 구성된 대물 렌즈와, 시료에 대한 상기 빔의 조사에 의해 시료로부터 방출되는 제1 하전 입자, 및 당해 제1 하전 입자의 궤도 상에 배치된 하전 입자 충돌 부재에의 충돌에 의해 당해 하전 입자 피충돌 부재로부터 방출되는 제2 하전 입자의 적어도 한쪽을 검출하는 검출기와, 상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 구비하고, 상기 복수의 전극의 적어도 하나는, 상기 빔의 광축에 가까워짐에 따라서, 상기 광축 방향의 두께가 얇아지는 테이퍼가 마련되어 있는 하전 입자선 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 특정 방향으로 방출되는 하전 입자를, 기타의 방향으로 방출되는 하전 입자와 변별하여 검출하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 실시예 1에 관계되는 주사 전자 현미경의 개략도.
도 2는 원통형의 집속 렌즈 전극에 있어서의 2차 전자 궤도의 개략도.
도 3은 버틀러형의 집속 렌즈 전극에 있어서의 2차 전자 궤도의 개략도.
도 4는 버틀러형 렌즈 전극의 정의를 도시하는 도면.
도 5는 실시예 1에 관계되는 편향기에 의한 2차 전자에 대한 영향을 빈 필터에 의해 보정한 2차 전자 궤도의 개략도.
도 6은 이미지 시프트에 대하여 빈 필터의 설정을 결정하는 흐름도.
도 7은 실시예 1에 관계되는 주사 전자 현미경을 사용하여, 2차 입자의 검출 각도를 지정하는 GUI의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 실시예 2에 관계되는 주사 전자 현미경과 2차 전자 궤도의 개략도.
도 9는 실시예 2에 관계되는 주사 전자 현미경과 2차 전자 궤도의 개략도.
도 10은 실시예 3에 관계되는 주사 전자 현미경의 개략도.
도 11은 실시예 4에 관계되는 주사 전자 현미경의 개략도.
도 12는 집속 렌즈 전극에 의해 조정된 2차 전자 궤도와, 입자선 개구 형성 부재에의 2차 전자의 도달 위치의 관계를 도시하는 도면.
이하에, 시료에 대한 1차 입자선(전자빔이나 이온빔 등의 입자선)의 조사에 의해 얻어지는 2차 하전 입자를 검출하도록 구성된 검출기와, 상기 검출기와 대물 렌즈 사이에 배치되고, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자를 집속하는 집속 렌즈를 구비한 하전 입자선 장치이며, 상기 집속 렌즈를 구성하는 전극 형상이 버틀러형인 하전 입자선 장치를 설명한다.
삼차원 적층 구조를 갖는 디바이스의 하나인 3D-NAND의 제조 공정에서는, 애스펙트비가 높은 구멍이나 홈의 저부를 관찰하는 것이 중요하며, 하전 입자선 장치에 의한 관찰에서는 저부로부터 방출되는 2차 전자를 애스펙트비에 따른 최적의 방출 각도 범위를 선택하여 검출하는 기술이 요망된다. 또한, 스루풋의 향상도 중요하다. 그를 위해서는 보다 넓은 시야 이동 범위가 필요하다.
상술한 바와 같이 2차 전자 등의 검출 각도 범위를 선택하기 위해서는, 시료로부터 방출된 2차 전자 등을 집속 렌즈에 의해 집속하고, 궤도 변별을 가능하게 하는 통과 개구가 마련된 통과 개구 형성 부재를 사용하여, 특정 각도로 방출된 2차 전자를 선택적으로 통과시키는 것이 바람직하다. 한편 집속 렌즈의 집속 강도는, 집속 렌즈의 전자 통과 개구 내의 통과 위치에 따라서 다르기 때문에, 다른 각도에서 출사한 2차 전자가 조리개 상에서 동일 위치에 도달하는 경우가 있다. 즉, 다른 방향으로 방출된 하전 입자가 혼재하여 검출되는 경우가 있다. 또한, 렌즈의 통과 위치에 따라, 다른 집속 작용을 받으면, 빔의 이상 광축(빔을 편향시키지 않는 경우의 빔 궤도)과의 상대 각도가 작은 궤도의 2차 전자에 대하여, 상대 각도가 큰 궤도의 2차 전자쪽이, 강한 집속 작용을 받는다. 그 결과, 상대각과 통과 개구 제한 부재에의 도달 위치의 관계가 선형으로는 되지 않는다. 특히 방출 각도(상대 각도)가 큰 범위까지 검출 각도 범위를 제어하는 경우, 2차 전자는 집속 렌즈 전극의 보다 외부를 통과하기 때문에, 원하는 검출 각도 범위를 선택하는 것이 곤란해진다.
또한, 편향기(예를 들어 시야(Field Of View: FOV) 간의 이동을 고속으로 행하기 위한 시야 이동용 편향기)에 의해 1차 입자의 도달 위치를 변화시키면, 당해 편향기에 의해 2차 전자도 편향되고, 집속 렌즈 전극을 통과하는 위치가 변화하고, 2차 전자에의 수렴 작용의 변화(이하, 수차)에 의해, 1차 입자의 도달 위치에 의존하여 검출 각도 범위가 변화한다.
이하에, 상기와 같은 상황을 감안하여, 2차 전자의 집속 렌즈 전극에 의한 수차를 억제하는 것, 또한 1차 입자의 도달 위치에 따라서 집속 렌즈 전극의 통과 위치를 제어함으로써, 2차 전자의 검출 각도 범위를 제어하는 하전 입자선 장치를 설명한다.
또한, 집속 렌즈를 구성하는 전극의 형상을 수차가 작은 버틀러 형상으로 하는 것, 및 2차 전자의 집속 렌즈 전극을 통과하는 위치를 제어하는 빈 필터를 구비한 하전 입자선 장치를 설명한다.
버틀러형 렌즈나 빈 필터의 채용에 의해, 시료 상의 관찰 위치에 따르지 않고, 넓은 방출 각도 영역에 있어서 2차 전자의 검출 각도 범위의 제어가 가능하게 된다.
이하, 도면을 참조하여, 특정 방출 각도의 하전 입자를 선택적으로 검출할 수 있는 하전 입자선 장치를 설명한다.
보다 구체적으로는, 하전 입자선(1차 입자선, 하전 입자빔이라고 칭하기도 한다)을 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 하전 입자(2차 전자, 후방 산란 전자, 2차 이온 등), 혹은 이들 하전 입자가 2차 전자 변환 전극과 같은 변환 소자에 충돌함으로써 발생하는 하전 입자(3차 전자 등)를 검출함으로써, 시료를 관찰하는 화상을 형성하는 장치이며, 버틀러형의 집속 렌즈 등을 시료로부터의 방출 하전 입자의 집속 소자로서 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 하전 입자선 장치에는, 예를 들어, 전자빔을 시료에 조사함으로써, 시료로부터 방출되는 2차 전자 등을 검출하는 주사 전자 현미경, 시료를 투과한 전자를 검출하는 투과 전자 현미경, 집속한 이온빔을 시료에 조사함으로써 시료의 관찰을 행하는 집속 이온빔 장치 등의 여러가지 장치가 있다. 이하에서는, 하전 입자선 장치의 일례로서, 1차 입자선도 2차 하전 입자도 전자인 주사 전자 현미경을 사용하여 설명한다.
실시예 1
도 1은 제1 실시예에 관계되는 주사 전자 현미경의 개략도이다. 본 실시예에서는, 반도체 웨이퍼 등의 대형 시료에 작성된 패턴의 측장이나, 패턴 상의 결함이나 이물의 검사를 행하기 위해서, 1차 입자선인 전자빔의 에너지를 수 10eV 내지 수keV의 저입사 에너지로 한다. 단, 본 실시예는, 대상으로 하고 있는 시료나 목적에 따라 전자빔의 에너지가 커지더라도 적용할 수 있다.
제어 연산 장치(32)는 제어 테이블(35)에 보존된 조건을 읽어내고, 전자총 제어부(24), 집속 렌즈 제어부(25), 빈 필터 제어부(26), 집속 렌즈 전극 제어부(27), 빈 필터 제어부(36), 주사 편향기 제어부(28), 대물 렌즈 제어부(29), 가속 전극 제어부(30), 시료 홀더 제어부(31)를 사용하여, 장치 내의 전압이나 전류를 설정한다.
오퍼레이터가 측정 조건을 변경하도록 지시한 경우에는, 제어 연산 장치(32)가 제어 테이블(35)을 읽어내고, 제어 파라미터의 변경을 행한다. 음극(1)과 인출 전극(2) 간에 인출 전압이 인가되면, 음극(1)으로부터 전자(3)가 방출된다. 방출된 전자(3)는 인출 전극(2)과 접지 전위에 있는 양극(4) 사이에서 가속된다. 양극(4)을 통과한 전자(3)인 전자빔의 에너지는 음극(1)과 양극(4) 간의 가속 전압과 일치한다. 양극(4)을 통과한 전자빔(1차 입자선)은 집속 렌즈(5)로 집속되어서 1차 입자선용 조리개(6)를 통과하여, 편향기(15)에 의한 주사 편향을 받은 후, 대물 렌즈(20)에 의해 가늘게 압축되어 시료(21)에 도달한다. 대물 렌즈(20)는 대물 렌즈 코일(17)과 상측 자극(18)과 하측 자극(19)을 갖고, 대물 렌즈 코일(17)에서 발생한 자계를 상하 자극의 갭으로부터 누설시켜서 1차 입자선의 축 상에 집중시킴으로써, 1차 입자선을 가늘게 압축한다. 1차 입자선이 압축되는 방식은, 대물 렌즈 코일(17)의 전류량을 변화시킴으로써 조정된다.
시료 홀더(22)에는 부의 전압이 인가된다. 대물 렌즈(20)를 통과한 1차 입자선은, 대물 렌즈(20)와 시료(21)의 사이에 만들어진 감속 전계로 감속되어, 시료(21)에 도달한다. 대물 렌즈(20)를 통과할 때의 1차 입자선은 시료(21)에 도달했을 때보다도 높은 에너지를 가지므로, 시료(21)에 도달했을 때의 에너지를 갖는 1차 입자선이 대물 렌즈(20)를 통과하는 경우에 비하여, 대물 렌즈(20)에서의 색수차가 감소한다. 그 결과, 저입사 에너지이더라도, 더 가는 전자빔이 얻어져서 높은 분해능을 달성한다.
대물 렌즈(20)에서의 1차 입자선의 개방각은 집속 렌즈(5)의 하방에 배치되는 1차 입자선용 조리개(6)로 결정된다. 1차 입자선용 조리개(6)에 대한 1차 입자선의 센터링은 조정 손잡이(7)를 사용한 기계적인 조정이어도 되고, 1차 입자선용 조리개(6)의 전후에 별도 마련되는 정전 편향기나 자계 편향기를 사용한 1차 입자선의 편향에 의한 조정이어도 된다. 대물 렌즈(20)로 가늘게 압축된 1차 입자선은 편향기(15)에 의해 시료(21) 상에 주사된다.
1차 입자선이 시료(21)에 조사되면, 2차 전자(23a와 23b)가 발생한다. 대물 렌즈(20)와 시료(21) 사이에 만들어진 감속 전계는, 2차 전자(23a와 23b)에 대하여 가속 전계로서 작용한다. 그 결과, 2차 전자(23a와 23b)는 대물 렌즈(20)의 통로 내에 흡인되어, 가속 전극(16)에 의한 가속 전계와 대물 렌즈(20)의 자계로 렌즈 작용을 받으면서 장치의 상방으로 향한다. 여기서, 가속 전극(16)으로서 특별한 전극을 설치하지 않고, 대물 렌즈(20)의 상측 자극(18)을 가속 전극으로서 사용하고, 상측 자극(18)에 독립적으로 전압을 인가해도 된다. 또한, 상측 자극(18)에만 전압을 인가하기 위해서, 공간을 띄우거나 절연체를 사이에 끼움으로써 하측 자극(19)과 절연한다.
1차 입자선의 축인 광축과 이루는 각도가 2차 전자(23b)에 비하여 작은 2차 전자(23a)(제1 하전 입자)는 입자선 통과 개구(10)가 갖는 구멍을 통과한 후에, 빈 필터(9)에 의해 1차 입자선의 축 외로 편향되어 입자선 통과 형성 부재(10)에 마련된 개구(101)보다도 음극(1)측에 배치된 상방 검출기(8)에 의해 검출된다. 또한, 2차 전자(23a)를 축 외로 편향시킨 2차 전자의 궤도 상에, 별도 마련된 반사판(하전 입자 충돌 부재)에 충돌시킴으로써 발생하는 2차 전자(3차 전자(제2 하전 입자))가 검출되어도 된다.
광축과 이루는 각도가 2차 전자(23a)와 비교하여 큰 2차 전자(23b)는 입자선 통과 개구(10)에 충돌한다. 입자선 통과 개구(10)에의 2차 전자(23b)의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자(23c)는 입자선 통과 개구(10)보다도 시료(21)측에 배치된 하방 검출기(11)로 검출된다. 또한, 입자선 통과 개구(10) 대신에 마이크로채널 플레이트나 반도체 검출기를 사용하여 2차 전자(23b)를 검출해도 된다. 상방 검출기(8)나 하방 검출기(11)에 검출된 2차 전자(23a)와 2차 전자(23b)에 기초하여 구성되는 화상은, 모니터(34)에 표시되어 기록 장치(33)에 보존된다.
집속 렌즈 전극 제어부(27)에 의해 집속 렌즈 전극(12)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 2차 전자(23)에의 집속 렌즈 전극에 의한 수렴 효과를 변화시키고, 개구(10)에 의해 특정한 2차 전자(23a)만이 통과함으로써, 상방 검출기(8)에 의해 검출하는 2차 전자(23)가 시료(21)로부터 출사했을 때의 방출 각도 범위를 변화시키는 것이 가능하다.
빈 필터는, 편향 전계를 발생시키기 위한 쌍이 되는 복수의 전극과, 편향 전계에 대하여 직교하는 방향으로 편향 자계를 발생하기 위한 복수의 자극을 구비한 편향기이다. 빈 필터가 발생하는 직교 전자계는, 전자빔, 혹은 시료로부터 방출되는 2차 전자의 어느 한쪽을 특정 방향으로 편향함과 함께, 다른 쪽을 편향하지 않도록 조정되어 있다. 보다 구체적으로는, 전자빔, 혹은 시료로부터 방출되는 2차 전자의 어느 한쪽을, 전계 및 자계에 의해 편향함과 함께, 다른 쪽의 편향 전계에 의한 편향 작용을, 편향 자계에 의한 편향 작용에 의해 상쇄하도록 조정되어 있다. 후술하는 실시예의 경우, 전자빔에의 편향 작용을 억제하면서, 2차 전자를 선택적으로 편향하기 위하여 빈 필터를 사용하는 예에 대하여 설명한다.
도 2에서는, 시료로부터 방출된 2차 전자를 집속함으로써, 검출 가능한 각도 범위를 조정하는 정전 렌즈(집속 렌즈 전극(12))를 구비한 광학계를 예시하고 있다. 집속 렌즈 전극(12)은 다른 전압이 인가되는 복수의 전극을 포함하고 있다. 집속 렌즈 전극(12)를 구성하는 복수의 전극은, 전자빔에의 대향면(전자빔측 내벽)이 광축에 평행하게 형성되고, 내벽 형상은 원통형으로 되어 있다. 또한, 도 2에 예시하는 광학계에는, 도 1에 도시되는 구성 중, 시료(21), 2차 전자(23), 편향기(15), 빈 필터(14), 집속 렌즈 전극(12), 입자선 통과 개구 형성 부재(10)가 포함되어 있다.
시료(21)로부터 방출되는 2차 전자는, 그 방출 방향에 따라서 다른 궤도를 통과한다. 구체적인 일례로서, 시료(21)로부터 방출되는 2차 전자(23b)에는, 빔 광축(201)(예를 들어 빔을 편향하지 않을 때의 빔의 이상 광축, 일점쇄선으로 표기)에 대한 상대각(방출각)이 다른 2차 전자에 대하여 상대적으로 작은 2차 전자(23b-1), 2차 전자(23b-1)에 대하여 상대적으로 방출각이 큰 2차 전자(23b-2, 23b-3, 23b-4)가 포함되어 있다. 예를 들어, 방출각이 작은 2차 전자(23b-1, 23b-2)는 집속 렌즈 전극(12)의 빔 통과 개구 내의 비교적 내측을 통과하고, 렌즈 작용에 의해 집속된다.
한편, 방출각이 큰 2차 전자(23b-3, 23b-4)는 집속 렌즈 전극(12)의 빔 통과 개구 내의 비교적 외측을 통과하기 때문에, 2차 전자(23b-1, 23b-2)와 비교하여 구면 수차에 의해, 더 크게 편향된다. 이 때문에 방출각이 다른 2차 전자이더라도, 2차 전자의 궤도를 제한하기 위한 입자선 통과 개구 형성 부재(10)의 개구(101)를 통과할 때 궤도가 일치하는 경우가 있다. 도 2의 예에서는, 2차 전자(23b-1)와, 2차 전자(23b-3)의 개구(101) 통과 시의 궤도가 일치하고 있다.
이와 같이, 특정 방출각의 2차 전자를 선택적으로 통과시킴으로써, 특정 방출각 범위의 2차 전자를 선택적으로 검출하는 것을 목적으로 마련된 개구(101)이더라도, 2차 전자(23b-1)와, 2차 전자(23b-3)의 변별을 할 수 없다. 또한, 도 2의 예에서는 2차 전자의 방출각의 크기와, 입자선 통과 개구 형성 부재(10)와 그 개구에의 2차 전자의 도달 위치는, 단순한 선형의 관계에 있지 않아, 2차 전자의 검출 각도 범위의 조정이 어렵다. 특히, 검출 각도 범위를 넓은 방출 각도까지 확장하는 것을 생각하면, 원하는 검출 각도 범위와 다른 방출 각도의 2차 전자가 검출되는 경우가 있다.
도 2에서 설명한 바와 같이, 원통형의 집속 렌즈 전극(12)에서는 주로 구면 수차가 요인으로 2차 전자의 검출 각도 범위의 조정이 어려울 경우가 있다.
그래서, 본 실시예에서는 2차 전자 집속용 렌즈를 구성하는 복수의 전극의 적어도 하나를 버틀러형으로 함으로써, 방출각이 큰 각도 범위의 2차 전자를 선택적으로 검출하는 것을 전제로 한 광학계이더라도, 용이한 조정에 의해 원하는 방출 각도 범위의 2차 전자의 선택적 검출을 가능하게 하는 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다. 여기서 버틀러형의 전극이란, 예를 들어 전극의 빔 광축 방향의 두께가, 광축에 가까워짐에 따라서 서서히 얇아지도록 테이퍼가 마련된 전극이며, 테이퍼는 곡면이나 평면으로 형성된다. 또한, 테이퍼면은 전극의 편면, 혹은 양면에 형성된다. 정전 렌즈는, 1 이상의 버틀러형 전극을 포함하는 복수의 전극을 포함한다.
도 3에서는, 1 이상의 버틀러형 전극을 포함하는 복수의 전극을 포함하는 집속 렌즈 전극을 포함하는 광학계에 대하여 설명한다. 도 3은 집속 렌즈 전극(12)이 버틀러형 전극을 포함하는 경우의 개략도이며, 도 1에 도시되는 구성 중, 시료(21), 2차 전자(23), 편향기(15), 빈 필터(14), 집속 렌즈 전극(12), 입자선 통과 개구 형성 부재(10)를 발췌하여 나타낸다. 입자선 통과 개구 형성 부재(10)에는, 전자빔 광축(201)을 포위함과 함께, 원하는 방출 각도 범위의 전자를 선택적으로 통과시키는 개구(101)가 마련되어 있다. 집속 렌즈 전극(12)의 집속 조건을 조정함으로써, 통과하는 전자의 방출 각도를 조정할 수 있다.
도 3에 예시하는 버틀러형의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 채용함으로써, 집속 렌즈 전극(12)의 강도와, 입자선 통과 개구 형성 부재(10) 및 개구(101)에의 2차 전자의 도달 위치가 선형으로 되는 상태를, 넓은 렌즈 강도 범위에 걸쳐서 유지하는 것이 가능하게 된다. 바꾸어 말하면, 수차가 작은 버틀러형의 전극을 갖는 집속 렌즈 전극(12)에 의해 2차 전자(23b)를 집속한 경우에는, 시료(21)로부터 출사하는 2차 전자(23)의 방출각에 대하여 입자선 통과 개구 형성 부재(10) 상에 있어서의 도달 위치가 선형으로 변화하는 영역이 넓어진다. 그 때문에, 버틀러형의 집속 렌즈 전극(12)과 입자선 통과 개구 형성 부재(10)의 조합으로 2차 전자(23)의 검출 각도 범위의 제어 가능한 방출 각도 범위가 넓어져, 제어성이 개선되었다.
도 3에 예시한 바와 같이 버틀러형의 집속 렌즈 전극(12)을 2차 전자를 집속하기 위한 집속 렌즈로 함으로써 구면 수차를 억제할 수 있고, 특히 전자빔 광축(201)과의 상대각이 큰 2차 전자(예를 들어 2차 전자(23b-4))에 대한 집속 작용을 억제할 수 있다. 이에 의해, 방출 2차 전자의 전자빔 광축(201)과의 상대각과, 입자선 개구부 형성 부재(10)와 같은 광축 방향 위치(높이) 상에서의 2차 전자의 도달 위치와 전자빔 광축(201) 간의 거리의 관계를 선형으로 할 수 있어, 집속 렌즈 전극(12)을 이용한 2차 전자의 방향 변별을 용이하게 행할 수 있다.
도 12는 집속 렌즈 전극(12)에 의해 조정된 2차 전자 궤도와, 입자선 개구 형성 부재(10)에의 2차 전자의 도달 위치의 관계를 도시하는 도면이다. 예를 들어, 2차 전자(23b-1)는 전자빔 광축(201)에 대한 상대각이 α1로 방출된 2차 전자이며, 2차 전자(23b-2, 23b-3, 23b-4)는 각각 상대각 α2, α3, α4로 방출된 2차 전자이다. 도 12에 예시한 바와 같이, 2차 전자의 방출 방향(광축에 대한 상대각)이 α4>α3>α3>α1일 때에, 도달 위치와 광축의 거리가 d4>d3>d2>d1이 되는 버틀러형 집속 렌즈 전극(12)을 채용함으로써, 렌즈에 공급하는 전압의 제어에 기초하는, 각도 변별 검출을 용이하게 실현하는 것이 가능하게 된다.
버틀러형의 집속 렌즈 전극을 사용하는 경우, 동사이즈의 원통 렌즈와 비교하여 얻어지는 수렴 작용을 작게 할 수 있기 때문에, 전압 변화에 수반하는 고정밀도의 집속 조건의 조정이 가능하게 된다.
도 4는 버틀러형의 렌즈 전극의 형상을 예시하는 도면이다. 도 4의 (a)는 2매의 전극을 포함하는 버틀러형의 렌즈를 예시하고 있다. 버틀러 렌즈는, 2매 이상의 원형의 전극판(12a, 12b)을 평행하게 배치한 구조를 갖는 정전 렌즈의 일종이며, 원형의 전극판의 외측이 평판상이고, 광축을 포위하는 내측부(광축에 근접하는 측)가 외측부(내측부에 대하여 상대적으로 광축으로부터 이격되어 있는 측)에 대하여 광축 방향의 두께가 얇게 되어 있다. 또한, 도 4에 예시한 바와 같이, 전극의 상측부(전자원측) 및 하측부(빔의 피조사 대상측)의 적어도 한쪽에 경사면을 마련함으로써, 전극의 두께를 변화시키도록 해도 된다. 예를 들어 원형으로 형성되는 전극판에는, 전자선이 통과하는 원형의 개구를 구비하고 있다. 가공하기 쉽도록, 이 형을 다소 변형시킨 렌즈도 버틀러 렌즈 내지 버틀러형 렌즈라고 정의할 수도 있다.
도 1 등에 예시하는 구성에서는, 렌즈에의 입사 에너지와 렌즈로부터의 출사 에너지를 바꾸지 않는 2차 전자 집속 렌즈 전극으로서 사용하기 위해서, 도 4의 (b)에 나타내는 3매의 아인젤 렌즈를 포함하는 2차 전자 집속 렌즈 전극을 사용하였다. 이 경우, 전극(12c, 12e)을 동전위로 하고, 이 전위를 기준으로 하여 12d의 전극의 전위는 부전위로 하였다. 또한, 12d는 정전위를 인가해도 된다.
시료 화상을 취득하기 위하여 편향기(15)에 의해 1차 전자선을 주사한다. 관찰 위치를 변경하는 경우에는 주사 편향 중심(이하, 시야 중심)을 이동시키기 위해서도 편향기(15)에 의해 1차 전자선을 편향시킨다. 편향기(15)에 의해 1차 전자선을 편향하고, 시야 중심을 이동시키는 것을 이미지 시프트라고 칭한다.
편향기(15)는 1차 전자선에 추가로, 2차 전자(23)도 편향하기 위해서, 편향기(15)에 의해 1차 전자선의 도달 위치를 바꾸면, 2차 전자(23)가 집속 렌즈 전극(12)을 통과하는 위치도 변화하기 때문에, 집속 렌즈 전극(12)에 의한 2차 전자(23)의 수차가 증대한다.
원하는 각도 범위의 2차 전자를 검출하기 위해서, 1차 전자선의 도달 위치에 상관없이 2차 전자의 중심 궤도를 집속 렌즈 전극(12)의 중심 부근, 또한 개구(101)의 중심을 통과하도록 제어한다. 본 제어에 의해, 1차 전자선의 도달 위치에 대한, 2차 전자(23)의 검출 범위의 변화를 억제할 수 있다.
여기서, 2차 전자의 중심 궤도란, 시료로부터 생성하는 2차 전자의 집합에 있어서, 시료(21)에 평행한 단면에 있어서의 전자수 밀도가 가장 높은 점을 연결한 궤도를 말한다.
도 5를 사용하여, 제1 빈 필터(12)에 의한 2차 전자(23)의 중심 궤도의 제어에 대하여 설명한다. 도 5는 제1 빈 필터(12)에 의한 2차 전자(23)의 중심 궤도의 제어의 개략도이며, 도 1에 도시되는 구성 중, 시료(21), 2차 전자(23), 편향기(15), 제1 빈 필터(14), 집속 렌즈 전극(12), 입자선 통과 개구(101), 제2 빈 필터(9), 상방 검출기(8)를 발췌하여 나타낸다.
제1 빈 필터(14)에 의해, 집속 렌즈 전극을 통과한 2차 전자(23)의 중심 궤도가 개구(101)의 중심을 통과하도록 편향각을 제어하였다.
빈 필터는 2차 전자를 편향하기 위한 전기장을 인가하기 위한 전극과, 자장을 인가하기 위한 코일을 포함한다. 편향각을 제어한다란, 1차 전자선은 편향시키지 않도록 전극 전압, 코일 전류의 비를 유지하면서 2차 전자선을 편향시키는 전극 전압, 코일 전류를 설정하는 것을 의미한다.
도 6, 도 7을 사용하여, 원하는 이미지 시프트 조건에서 빔을 편향한 경우에도, 집속 렌즈 전극을 통과한 2차 전자(23)의 중심 궤도가, 개구(101)의 중심을 통과하도록, 도 5에 예시하는 빈 필터(14)의 편향 조건(편향각)을 조정하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 빔을 주사하는 주사 신호와, 시야를 이동하는 시야 이동용 신호를 중첩하여 편향기(15)에 공급함으로써, 시야 이동과 빔 주사를 행하는 장치에 대하여 설명하지만, 시야 이동용 편향기와 주사 편향기를 별도로 마련하게 해도 된다.
먼저, S601에서 집속 전극의 전압을 설정한다. 집속 렌즈에의 전압 인가 조건은, 예를 들어 원하는 방출 각도 범위의 2차 전자 등을 검출할 수 있도록, 집속 렌즈 조건(인가 전압 조건)과, 2차 전자의 검출 각도 범위 등의 관계를 기억하는 데이터베이스 등에, 원하는 검출 각도 범위 등의 정보를 참조함으로써, 집속 렌즈 전극(12)에의 인가 전압을 설정하도록 해도 된다.
다음으로 하여, 이미지 시프트 제로(시야 이동용 편향기에 의한 편향을 하지 않는다), 빈 필터 편향각 제로도의 조건(S602)에 있어서, 넓은 시야 범위에서의 상방 검출기(8)에 의한 시료의 주사상을 취득한다(S603, 도 7의 (a)). 도 7의 (a)(b)(c)에 예시하는 화상은, 개구(101)의 투영상이며, 입자선 개구부 형성 부재(10) 상에서, 개구(101)보다 넓은 범위에서 빔이 주사됨으로써 얻어진다. 상방 검출기(8)의 출력에 기초하여 형성되는 화상(71a)은 개구(101)에 대응하는 화상 위치가 고휘도의 화상이 된다.
제어 연산 장치(32)(1 이상의 컴퓨터 시스템)는 상방 검출기(8)의 출력에 기초하여 형성된 화상에 대해서, 화상 처리에 의해 휘도 중심을 특정하고, 제어 테이블(35)은 휘도 중심과 시야 중심이 일치하도록 빈 필터의 편향 조건을 설정한다. 보다 구체적으로는, 제어 연산 장치(32)는 상방 검출기(8)의 출력에 기초하여 형성되는 화상(71a)의 휘도(신호량)가 최대가 되는 위치(개구(10)의 중심에 상당하는 밝기 중심)(74a)를 검출하고, 제어 테이블(35)은 밝기 중심(74a)과 시야 중심(73a)(화상의 중심)이 일치하는 빈 필터의 편향각을 결정한다.
기록 장치(33)에는, 미리 밝기 중심(74a)과 시야 중심(73a) 간의 어긋남 정보(방향과 어긋남양에 관한 정보)와, 빈 필터의 편향 조건(보정 조건)의 관계를 기억하는 테이블 등이 기억되어 있고, 제어 테이블(35)은 이 관련 정보를 참조함으로써, 적절한 편향 조건을 설정한다.
이어서, 1 이상의 컴퓨터 시스템 등을 포함하는 제어 테이블(35) 등은, S604에서 검출된 빈 필터 조건(편향각 혹은 편향 조건)을 유지한 상태에서, 이미지 시프트량(시야 이동용 편향기의 편향량)이 소정의 조건(예를 들어 시야 이동용 편향기의 편향량이 최대)으로 되도록, 시야 이동용 편향기에 신호를 공급한다. 제어 테이블(35) 등은, 이 시야 이동 상태에서 상술한 바와 같이 개구(101)를 포함하는 넓은 주사 범위에서 빔을 주사하도록 편향기에 신호를 공급하고, 그 주사에 기초하여 시료(21)로부터 방출되는 2차 전자(23)를 상방 검출기(8)에서 검출시키고, 상방 검출기(8)의 출력에 기초하여 화상을 생성한다(S606, 도 7의 (b)). 제어 연산 장치(32) 등은, 생성된 화상(71b)에 대하여 화상 처리 등에 의해 밝기 중심(74b)을 검출하고, 당해 밝기 중심(74b)과 시야 중심(73b) 간의 어긋남을 구한다. 제어 테이블(35) 등은, 밝기 중심(74b)과 시야 중심(73b)이 일치하는 빈 필터의 편향각을 결정한다.
상술한 S605-S607의 처리를 이미지 시프트 4 방향, 계 4점에서 반복하고, 이 측정 결과를 보간함으로써 원하는 이미지 시프트에 대한 빈 필터의 편향각을 결정한다.
도 6에 예시한 처리에 의해 결정한 편향각을 적용함으로써, 도 7의 (c)에 예시한 바와 같이, 시야 중심(73c)과 밝기 중심(74c)이 일치한다. 이 조건에 있어서, 시야 중심에 있어서의 상방 검출기(8)의 신호량이 최대가 되기 때문에, 2차 전자(23)의 중심 궤도가 개구(101)의 중심을 통과하는 조건이 된다.
도 7의 (d)에, 2차 전자의 검출 각도 범위 오퍼레이터가 지정하는 GUI(Graphical User Interface) 화면의 일례를 나타낸다. 도 7의 (d)에 예시하는 GUI에는, 제1 화상 표시부(71d)와 제2 화상 표시부(72), 슬라이더(75), 각도 범위 지정 박스(76), 이미지 시프트 거리 지정 박스(77a, 77b), 빈 필터 편향각 설정 박스(78a, 78b)가 포함되어 있다. GUI 화면은, 모니터(34)에 표시되고, 오퍼레이터에 조작된다.
제1 화상 표시부(71d)에는 상방 검출기(8)에서의 검출에 기초하여 구성되는 화상이 표시된다. 제2 화상 표시부(72)에는 하방 검출기(11)에서의 검출에 기초하여 구성되는 화상이 표시된다.
슬라이더(75) 또는 각도 지정 박스(76)에서는, 상방 검출기(8)로 검출되는 검출 각도 범위가 0 내지 100의 무차원의 수치로서 설정된다. 또한 슬라이더(75) 또는 각도 지정 박스(55)에 표시되는 수치는, 검출 각도 범위에 대응하는 수치여도 되고, 집속 렌즈 전극(12)의 전압에 대응하는 수치여도 된다. 도 7의 (d)의 GUI에 의해, 상방 검출기(8)와 하방 검출기(11)에서의 검출에 기초하여 구성되는 각각의 화상을 동시에 관찰할 수 있다. 도 10에 도시한 화상은 구멍이 형성된 홈 패턴을 관찰했을 때의 예이며, 제1 화상 표시부(53a)는 제2 화상 표시부(53b)보다도 홈 중이 밝은 상이 얻어졌다.
실시예 2
이미지 시프트 거리를 증가시킴으로써, 시료 홀더(22)의 이동 횟수(기계적인 이동)를 저감시킬 수 있다. 이미지 시프트 거리를 증가시키면, 2차 전자(23)는 편향기(15)에 의해 보다 크게 편향되기 때문에, 집속 렌즈 전극(12)의 외측을 통과하는 것이 많이 포함되게 된다. 그 결과, 렌즈의 이상 광축으로부터 이격한 궤도를 통과하는 2차 전자(23)에 대한 집속 렌즈 전극(12)의 수차의 영향이 증대한다.
이미지 시프트 거리를 늘리면서, 집속 렌즈 전극(12)과 입자선 통과 개구 형성 부재(10)를 사용한 변별 검출의 제어성을 좋게 하기 위해서는, 시야 이동량 등에 구애되지 않고 집속 렌즈 전극(12)의 통과 위치를 일정하게 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 제2 빈 필터를 사용함으로써, 시야 이동량의 변화가 있어도, 변별 조건의 조정을 용이하게 행할 수 있는 주사 전자 현미경에 대하여 설명한다. 본 실시예의 구성에 의하면, 제어성이 우수한 변별 검출을 행하는 것이 가능하게 된다. 도 8, 도 9는 본 실시예의 개요를 도시하는 도면이다. 도 8과 도 9에서는, 제2 빈 필터를 배치하는 위치가 다르다. 도 8의 예에서는 도 5에 예시하는 광학계와 비교하여, 입자선 통과 개구 형성 부재(10)와, 집속 렌즈 전극(12)의 사이에 제3 빈 필터(14b)가 추가되어 있다. 도 8의 예에서는, 집속 렌즈 전극(12)의 렌즈 중심(예를 들어, 집속 렌즈 전극(12)에 의해 형성되는 정전 렌즈의 렌즈 중심(렌즈 주면)과 전자빔 광축(201)의 교점)을 2차 전자(23)(예를 들어 시료(21)로부터 방출되는 2차 전자의 궤도 중에서 전자량이 최대가 되는(밝기 중심이 되는) 2차 전자 궤도)가 통과하도록, 제1 빈 필터(14a)가 제어되어 있다. 또한, 집속 렌즈 전극(12)을 통과한 2차 전자(23)가 개구(101)의 중심을 통과하도록, 제3 빈 필터(14b)가 제어되어 있다.
한편, 도 9에 예시하는 구성에서는, 집속 렌즈 전극(12)과 편향기(15)의 사이에 2개의 빈 필터가 배치되어 있다. 도 9의 예에서는, 편향기(15)에 의해 편향된 2차 전자(23)의 궤도를, 제1 빈 필터(14a)에 의해 편향시킨다. 제1 빈 필터(14a)는 제3 빈 필터(14c)의 편향 지지점이, 개구(101)의 중심(개구(101)과 빔 광축의 교점)과 집속 렌즈 전극(12)의 렌즈 중심을 연결하는 가상 직선의 연장선 상에 위치하도록, 2차 전자(23)를 편향시킨다.
도 9에 예시하는 광학계에서는, 궤도 제어 내용을 알기 쉽도록, 집속 렌즈 전극(12)의 중심축과 개구(101)의 중심축이 일치하고 있지 않은 경우에 설명한다. 제1 빈 필터(14a)와 제3 빈 필터(14c)의 편향각(편향 조건)은 2차 전자(23)가 집속 렌즈(12)와 개구(101)의 중심을 통과하도록 조정되어 있다.
실시예 3
도 10은, 2차 전자 집속용의 버틀러형 렌즈를 탑재한 주사 전자 현미경의 광학계를 도시하는 도면이며, 음극(1)으로부터 방출된 전자(3)(전자빔)를 축 외로 편향시키는 제1 편향기(1001), 축 외로 편향된 전자빔이 광축과 평행해지도록 전자빔을 다시 편향시키는 제2 편향기(1002), 제2 편향기(1002)에 의해 편향된 전자빔을 광축을 향하여 편향시키는 제3 편향기(1003), 및 제3 편향기(1003)에 의해 편향된 전자빔을 광축을 따라서 편향시키는 제4 편향기(1004)를 구비하고 있다. 제3 편향기(1003)와 제4 편향기(1004)는 축 외에 배치된 상방 검출기(8)를 향하여 2차 전자(23)를 편향시킨다. 제1 편향기(1001)와 제2 편향기(1002)에 의해 전자빔을 축 외로 편향함으로써, 축 외로 2차 전자를 유도하기 위한 편향 작용(제3 편향기(1003), 제4 편향기(1004)에 의한)이 전자빔에 초래하는 영향을 상쇄하는 것이 가능하게 된다.
도 10에 예시한 바와 같이, 축 외로 2차 전자를 편향시키는 편향기로서 자계형 편향기(제3 편향기(1003), 제4 편향기(1004))를 채용하는 경우에도, 앞에서 설명한 실시예와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도 10에 예시하는 광학계는, 도 1에 예시하는 광학계와 비교하면, 빈 필터(9) 대신에, 자계형의 4개의 편향기(제1 내지 제4 편향기(1001, 1002, 1003, 1004))를 채용하고 있는 점이 다르다. 4단의 자계형 편향기는, 도 1에 예시한 1차 입자선 조리개(6)와 입자선 통과 개구 형성 부재(10) 사이에 배치된다.
전자빔(전자(3))은 음극(1)으로부터 방출되어 광축을 따라서 전반하고, 제1 편향기(자기 편향 코일)(1001)에 의해 제1 방향으로 편향되고, 광축에 평행하지만 광축으로부터 간격이 벌어져 있는 2차 광축을 따라서 전반하도록, 제2 편향기(1002)에 의해 제1 방향과 반대 방향으로 편향되고, 제3 편향기(1003)에 의해 제2 방향으로 광축을 향하여 편향되고, 광축을 따라서 전반하도록 제4 편향기(1004)에 의해 제2 방향과 반대의 방향으로 편향된다. 1차 전자선은 이 4회의 편향에 의해 편향되지 않는 경우와 동등한 궤도를 취한다.
개구(101)를 통과한 2차 전자(23)는 자기 편향 코일(103, 104)에 의해 편향되어서 광축으로부터 이격되고, 상방 검출기(8)에 의해 검출된다.
실시예 4
실시예 1, 2, 3에서는 광축에 대하여 특정 방향으로 이격한 검출기를 사용했지만, 전자빔을 위한 원형의 통과 개구가 형성된 원환형 검출기를 사용하는 방법으로도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있었다.
도 11은 검출기로서 원환상 검출기(1201)를 채용한 광학계를 도시하는 도면이다. 원환상 검출기(1201)는 예를 들어 마이크로채널플레이트와 같은 검출 소자로 구성하게 해도 되고, 원환상의 전극으로서, 당해 전극에 2차 전자가 충돌했을 때에 발생하는 새로운 2차 전자(3차 전자)를 축 외에 마련된 검출기로 검출하도록 해도 된다.
원환상 검출기(1201)는 예를 들어 입자선 통과 개구 형성 부재(10)와 1차 입자선용 조리개(6) 사이에 배치되는 입자선 통과 개구 형성 부재이다. 집속 렌즈 전극(12)의 조정에 의해, 입자선 통과 개구 형성 부재(10)를 통과하는 2차 전자(23a)와, 입자선 통과 개구 형성 부재(10)에 충돌하는(필터링되는) 2차 전자(23b)를 선별함으로써, 방향 변별 검출을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 2차 전자의 방향 변별 검출법은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기 실시예는 2차 전자의 방향 변별 검출법을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 일부의 구성을 삭제해도 된다. 또한, 어떤 실시예의 구성 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하거나, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하거나 해도 된다.
1: 음극
2: 인출 전극
3: 전자
4: 양극
5: 집속 렌즈
6: 1차 입자선용 조리개
7: 조정 손잡이
8: 상방 검출기
9: 빈 필터
10: 입자선 통과 개구 형성 부재
11: 하방 검출기
12: 집속 렌즈 전극
14: 빈 필터
15: 편향기
16: 가속 전극
17: 대물 렌즈 코일
18: 상측 자극
19: 하측 자극
20: 대물 렌즈
21: 시료
22: 시료 홀더
23: 2차 전자
24: 전자총 제어부
25: 집속 렌즈 제어부
26: 빈 필터 제어부
27: 집속 렌즈 전극 제어부
28: 빈 필터 제어부
29: 대물 렌즈 제어부
30: 가속 전극 제어부
31: 시료 홀더 제어부
32: 제어 연산 장치
33: 기록 장치
34: 모니터
35: 제어 테이블
36: 편향기 제어부

Claims (8)

  1. 하전 입자원으로부터 방출된 빔을 집속하도록 구성된 대물 렌즈와,
    시료에 대한 상기 빔의 조사에 의해 시료로부터 방출되는 제1 하전 입자, 및 당해 제1 하전 입자의 궤도 상에 배치된 하전 입자 충돌 부재에의 충돌에 의해 당해 하전 입자 충돌 부재로부터 방출되는 제2 하전 입자의 적어도 한쪽을 검출하는 검출기와,
    상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 구비하고, 당해 정전 렌즈는 버틀러형인 하전 입자선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 입자선 통과 개구 형성 부재와,
    상기 대물 렌즈와 상기 정전 렌즈 사이에 배치되는 1 이상의 빈 필터를 구비하고,
    상기 1 이상의 빈 필터는, 상기 제1 하전 입자가, 상기 입자선 통과 개구 형성 부재의 입자선 통과 개구의 중심을 통과하도록 상기 제1 하전 입자를 편향시키는 하전 입자선 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1 이상의 빈 필터는, 상기 정전 렌즈에 의해 궤도가 변화하는 2차 전자가, 상기 입자선 통과 개구의 중심을 통과하도록 상기 제1 하전 입자를 편향시키는 하전 입자선 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈와 상기 정전 렌즈 사이에 배치되는 1 이상의 빈 필터와, 상기 검출기와 상기 정전 렌즈 사이에 배치되는 입자선 통과 개구 형성 부재를 구비하고, 상기 1 이상의 빈 필터는, 상기 제1 하전 입자가, 상기 정전 렌즈의 렌즈 중심을 통과하도록, 상기 제1 하전 입자를 편향시키는 하전 입자선 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1 이상의 빈 필터는, 상기 제1 하전 입자의 중심 궤도가 상기 정전 렌즈의 렌즈 중심을 통과하도록, 상기 제1 하전 입자를 편향시키도록 구성되어 있는 하전 입자선 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 입자선 통과 개구 형성 부재와,
    상기 대물 렌즈와 상기 정전 렌즈 사이에 배치되는 1 이상의 빈 필터와,
    상기 시료에 대한 빔의 도달 위치를 변화시키는 편향기를 구비하고,
    상기 1 이상의 빈 필터는, 당해 편향기의 편향 조건에 구애되지 않고, 상기 제1 하전 입자가, 상기 입자선 통과 개구 형성 부재의 입자선 통과 개구의 중심을 통과하도록 상기 제1 하전 입자를 편향시키는 하전 입자선 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 빔의 통과 개구를 구비한 환상 검출기인 하전 입자선 장치.
  8. 하전 입자원으로부터 방출된 빔을 집속하도록 구성된 대물 렌즈와,
    시료에 대한 상기 빔의 조사에 의해 시료로부터 방출되는 제1 하전 입자, 및 당해 제1 하전 입자의 궤도 상에 배치된 하전 입자 피충돌 부재에의 충돌에 의해 당해 하전 입자 피충돌로부터 방출되는 제2 하전 입자의 적어도 한쪽을 검출하는 검출기와,
    상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 정전 렌즈를 구비하고,
    상기 복수의 전극의 적어도 하나는, 상기 빔의 광축에 가까워짐에 따라서, 상기 광축 방향의 두께가 얇아지는 테이퍼가 마련되어 있는 하전 입자선 장치.
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