JP7292968B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電子などの荷電粒子ビームを対象物に照射する荷電粒子ビーム装置に関する。

シリコンウェハなどの半導体基板上に所定のパターンを描画する目的で、あるいは、半導体基板上にパターンを露光するために使用されるマスク基板に所定のパターンを描画する目的で、電子ビームなどの荷電粒子ビームを用いた描画装置が使用される。あるいは、マスク基板や半導体基板などの対象物に描かれたパターンの欠陥などを検査するための検査装置において、電子ビームなどの荷電粒子ビームが、対象物を照射することによって対象物の画像を取得するために用いられる。荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを用いるこれら描画装置や検査装置などを含む。以下本明細書では、半導体基板やマスク基板など、荷電粒子ビームが照射される対象物を、試料と呼ぶ。

近年、半導体装置は、益々大規模集積化の方向に向かい、回路パターンの微細化が顕著である。従って、荷電粒子ビーム装置において、荷電粒子ビームを試料の正しい位置に精度よく位置決めすることが重要である。

例えば、荷電粒子ビーム描画装置は、試料を載せるためにチャンバー内に設けられたステージと、荷電粒子ビームを発生する電子銃、荷電粒子ビームを所定の形に成形するためのアパーチャ、荷電粒子ビームを試料上に収束させるための照射レンズ系などの荷電粒子ビーム照明機構を備え、チャンバーに直接または間接的に支持された鏡筒とを備える。さらに、荷電粒子ビーム描画装置は、ステージを移動させる駆動機構を備え、試料を載置したステージを連続移動させながら、試料上に所定のパターンが描画される。そして、荷電粒子ビームと試料との相対位置が変動しないように、ステージの位置をレーザー測長系によって測定することにより試料の位置情報を得て、この位置情報により荷電粒子ビームを偏向して照射位置を補正する。このような荷電粒子ビームの照射位置の補正は、一般に、トラッキング補正と呼ばれる。

このとき、ステージを所定の位置に留めておくためにステージ制御機構からステージに加えられる力による振動や、チャンバーや鏡筒内を真空に保つためのポンプにより生じる振動や、ステージがチャンバー内で加速度運動することより生じる力（例えば、ステージの質量×加速度）の反力が作用してチャンバー、ステージ、鏡筒に生じる振動によって、荷電粒子ビームと試料との相対位置の変動が生じる。このような変動の全てがトラッキング補正により抑えられるわけではない。また、前述のトラッキング補正において用いられる、レーザー測長系を構成するコンポーネント自身（例えば、レーザー光源、レーザーを反射するためにステージに設けられたミラー、ミラーで反射したレーザー光を検出する受光器）が、取り付けの緩みや歪みなどの機械的な不具合をもつ場合には、測定された試料の位置情報が誤差を含むので、荷電粒子ビームと試料との相対位置の変動をトラッキング補正によって補正することが困難である。

通常、トラッキング補正により補正できない荷電粒子ビームと試料との相対位置の変動は、実際に試料にパターンを描画した後、描画されたパターンを検査することによって評価される。この評価では、実際に試料にパターンを描画するための時間や、描画されたパターンが検出できるようにするための処理（例えば、パターンが描画されたマスク基板を現像すること）のための時間が必要なので、数日の時間が要とされる。

実際に試料にパターンを描画することなく荷電粒子ビームと試料との相対位置を変動させる要因を検査する方法として、例えば、特許文献１に記載された方法がある。

しかし、上述のように、試料を載置するステージの加速度運動によって生じる振動など、荷電粒子ビーム描画装置が備える様々な機械的な機構（例えば、チャンバー、ステージ、鏡筒、レーザー測長系）が振動状態にあるとき、それらの振動が荷電粒子ビームと試料との相対位置の変動にどのような影響が生じているのかを評価することが重要である。この評価を、実際にパターンを描画することなく、短時間に行うことのできる荷電粒子ビーム描画装置が求められる。

また、荷電粒子ビームを用いる検査装置も、鏡筒、チャンバー、ステージなど、荷電粒子ビーム描画装置と同様の機構を備える。検査装置においても、荷電留置ビームと試料との相対位置の変動を抑えることが求められる。

特開平６－３２６００９号公報

本発明は、荷電粒子ビームの相対的な振動に影響を及ぼすような機械的な不具合を構成要素がもつことを、実動作することなく検出することができる荷電粒子ビーム装置を提供する。

本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、 荷電粒子ビームが照射される対象物を搭載可能に構成される移動可能なステージと、 ステージを収納するチャンバーと、 チャンバーによって直接または間接的に支持され、荷電粒子ビームの放射源と荷電粒子ビームのための電子光学系とを有し、放射源から放射された荷電粒子ビームを、電子光学系を用いてステージに向けて照射するように構成される鏡筒と、 ステージに設けられ、鏡筒から荷電粒子ビームが照射されるマークと、 マークからの反射電子を検出する荷電粒子検出部と、 加振信号が与えられることにより、ステージと、チャンバーと、鏡筒と、を含む構成要素に、振動を与えるアクチュエータと、 アクチュエータに加振信号を与える加振信号発生部と、 荷電粒子検出部によって生成された第１振動信号の周波数成分を示す第１振動周波数信号を生成する周波数解析部と、 第１振動周波数信号に基づいて、第１振動信号に予め設定された閾値以上の振動の大きさを有するピーク周波数があるか否かを検出し、第１振動信号に閾値以上の振動の大きさを有するピーク周波数がある場合、前記構成要素のいずれかに振動が励起されたと判断する加振信号解析部と を備える。

本発明の他の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、さらに、構成要素に生じる振動を検出し、当該構成要素の振動を検出する振動センサを備え、 周波数解析部は、振動センサによって検出された第２振動信号の周波数成分を示す第２振動周波数信号を生成し、 加振信号解析部は、第１振動周波数信号と第２振動周波数信号とを比較した結果に基づいて、機械的な不具合が生じた構成要素を特定するように構成される。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、構成要素の機械的な不具合の有無の検出を、実動作することなく、短時間で容易に行う。

図１は、一実施形態に係る電子ビーム描画装置の構成を概略的に示す。 図２は、一実施形態に係る電子ビーム描画装置において電子ビームとステージの相対振動を検出するために用いられるマークを模式的に示す。 図３Ａは、一実施形態に係る電子ビーム描画装置における、装置内の機械的な不具合の存在を検出するための動作の流れを示すフローチャートである。 図３Ｂは、一実施形態に係る電子ビーム描画装置における、装置内の機械的な不具合の存在を検出するための動作の流れを示すフローチャートである。 図４は、電子ビームとステージの相対振動の一例について、周波数成分を示す図である。 図５は、電子ビームとステージの相対振動の他の例について、周波数成分を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係る電子ビーム描画装置１の構成を概略的に示す。この実施形態において、電子ビーム描画装置１は、本発明を実施する荷電粒子ビーム装置の一例である。

電子ビーム描画装置１は、半導体素子の製造工程においてシリコンウェハ上にパターンを露光するために用いられるマスク基板（または、レチクル）を製造するための装置である。電子ビーム描画装置１において、電子銃２から放射される電子ビーム３をマスク基板４上に照射することによって、所望のパターンがマスク基板４に描画される。電子銃２を荷電粒子ビームの放射源に置き換えることで、この実施形態を、荷電粒子ビーム描画装置に適用することができる。

電子ビーム描画装置１は、マスク基板４が載せられるステージ５を備える。マスク基板４の面の全体にパターンを描画するように電子ビーム３とマスク基板４との相対位置を変えるために、ステージ５は、所定の方向に移動可能に構成される。図１には、Ｘ方向に沿って前後に動くように構成されたＸステージ５１と、Ｙ方向に沿って前後に動くように構成されたＹステージ５２とが示される。簡略化のために省略されるが、ステージ５は、Ｘステージ５１の上に、Ｚ方向に沿って可動のＺステージを有する。マスク基板４は、実際には、Ｚステージの上に設けられたマスク保持機構によって支持される。図１では、簡略化のために、Ｚステージと保持機構は示されない。電子ビーム描画装置１は、Ｘステージ５１、Ｙステージ５２、および、Ｚステージのそれぞれを動かすための駆動機構を備える。図１は、Ｘステージ５１を動かすための駆動機構６を図示する。駆動機構６は、モーターやエアベアリングなどを備える。例えば、Ｘステージ５１をＸ方向に動かすための駆動機構６は、モーター６１と、モーター６１とＸステージ５１とに接続されたロッド６２とを備える。モーター６１の回転によって、ロッド６２がＸ方向に前後に動く。ロッド６２の動きにより、Ｘステージ５１がＸ方向に沿って動く。電子ビーム描画装置１は、Ｙステージ５２をＹ方向に沿って動かすために、例えば、駆動機構６と同様の構成の駆動機構を備える。また、Ｚステージのために、ＺステージをＺ方向に沿って動かすためのアクチュエータが与えられる。ステージ５は、電子ビーム３に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に可動である。

ステージ５は、チャンバー７の中に設けられる。電子銃２と電子光学系９とを内部に有する鏡筒８が、チャンバー７の上に設けられる。チャンバー７と鏡筒８とは、密封された内部空間を形成する。図１に詳細には示されないが、鏡筒８の中に、電子銃２から放射された電子ビーム３を所定の断面形状に成形してマスク基板４に照射するための電子光学系９が設けられる。電子光学系９は、電子銃２から放射された電子ビーム３を後段の光学系に導くための照明光学系と、電子ビーム３の断面形状を成形するための投影光学系と、成形された電子ビーム３をマスク基板４上の所定の位置に照射するための対物光学系とを備える。電子光学系９は、電子レンズ、アパーチャ、偏向器などを用いて構成される。図１に、後述する電子ビーム３のトラッキングを制御するために設けられる偏向器９１が模式的に示される。図１には１本の電子ビーム３が示されるが、電子光学系９は、それぞれがマスク基板４上に部分パターンを描画するために使用される複数のビームを照射するよう構成されてもよい。

チャンバー７と鏡筒８とによって形成される密閉空間は、空気中の気体分子と電子ビーム３との干渉を避けるため、高熱になる電子銃２を保護するためなどの目的で、真空にされる。そのために、電子ビーム描画装置１は、チャンバー７と鏡筒８の中の気体を排気する排気機構１０を備える。排気機構１０のために、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプが用いられる。真空ポンプとチャンバー７との間に排気用の配管が設けられてもよい。真空ポンプは、排気のために常に動いているので、振動源である。配管の取り付けに緩みがある場合、真空ポンプの振動が、チャンバー７や鏡筒８の振動の原因となる。

電子ビーム描画装置１は、さらに、ステージ５の位置を測定するためのレーザー測長機構を備える。図１に、ステージ５のＸ方向の位置を測定するためのレーザー測長器１１が模式的に示される。電子ビーム描画装置１は、ステージ５のＹ方向の位置を測定するためにも、同様のレーザー測長機構を備える。レーザー測長器１１は、ミラー１１１、ミラー１１１で反射したレーザー光の位相に基づいて距離を測定するインターフェロメータ１１２、などを備える。説明を簡略化するために、レーザー光を生成するレーザー光源や、レーザー光をミラー１１１に向けて照射するための光路を形成するコンポーネンツは、図示されない。ミラー１１１はステージ５に固定される。ミラー１１１は、実際には、ＺステージのＸ方向とＹ方向に設けられるが、図１は、模式的に、Ｘステージ５１に固定されたミラー１１１を示す。インターフェロメータ１１２はチャンバー７の側壁に固定される。従って、インターフェロメータ１１２は、チャンバー７の側壁とステージ５との距離を測定することによってステージ５の位置情報を得る。ミラー１１１のステージへ５への取り付けに緩みがある場合、ステージ５の振動によってミラー１１１がガタつく可能性がある。同様に、インターフェロメータ１１２のチャンバー７への取り付けに緩みがある場合、チャンバー７の振動によってインターフェロメータ１１２がガタつく可能性がある。ミラー１１１やインターフェロメータ１１２のガタつきは、レーザー測長器１１によって測定された距離に誤差を生じさせる。ミラー１１１やインターフェロメータ１１２のガタつきは、ステージ５が加速度運動を行っているとき、即ち、ミラー１１１に慣性力が働いたり、チャンバー７がステージの５１，５２に生じる慣性力の反力を受けたりしたときに観測され易い。ステージ５が静止していたり、等速で動いていたりするときには、ミラー１１１やインターフェロメータ１１２に力が加わらないため、ミラー１１１やインターフェロメータ１１２の機械的な不具合は見つけられ難い。

レーザー測長器１１により測定されたステージ５の位置情報は、位置情報信号Ｓ１として、制御部２００のステージ制御系１２に与えられる。ステージ制御系１２は、得られたステージ５の位置情報に基づいて、モーター６１のための駆動信号Ｓ２を生成する。駆動信号Ｓ２が、モーター６１の回転を制御するためにモーター６１に与えられる。例えば、ステージ５を所望の位置に動かしたい場合、ステージ制御系１２は、ステージ５を、ステージ５の現在の位置から所望の位置に向かう方向に、現在の位置と所望の位置との差分だけ動かすようにモーター６１に駆動信号Ｓ２を与える。駆動信号Ｓ２によって、モーター６１の回転方向、回転速度、回転量（時間）が制御される。ステージ制御系１２は、時間にわたって、インターフェロメータ１１２からステージ５の位置情報を受け取る。従って、ステージ制御系１２は、ステージ５の時間にわたる位置の変化を微分することにより、ステージ５の速度を得る。また、ステージ制御系１２は、ステージ５の位置の変化を２回微分することにより、ステージ５の加速度を得る。従って、ステージ制御系１２は、ステージ５の現在の速度と目標速度との差がゼロになるような駆動信号Ｓ２をモーター６１に与えることにより、ステージ５の速度を目標速度にする。同様に、ステージ制御系１２は、ステージ５の現在の加速度と目標加速度との差がゼロになるような駆動信号Ｓ２をモーター６１に与えることにより、ステージ５の加速度を目標加速度にする。さらに、ステージ制御系１２は、ステージ５の現在の位置と目標位置との差がゼロになるような駆動信号Ｓ２をモーター６１に与えることにより、ステージ５を目標位置に位置づけることができる。ステージ５の位置、速度、および、加速度は、ステージ５に搭載されたマスク基板４の位置、速度、および、加速度に対応する。

ステージ制御系１２のゲインＧ１は、入力量（例えば、現在の位置と目標位置との差、現在の速度と目標速度との差、現在の加速度と目標加速度との差）に対する被制御量（モーター６１の駆動信号Ｓ２に応じたステージ５の位置や動き）の応答特性を例示的に示した値である。ステージ制御系１２のゲインＧ１が大きい場合、入力量がわずかに変化した場合でも、被制御量は大きく変化する。従って、ステージ制御系１２は、被制御量が早く目標値に達するように、ステージ５を制御することができる。しかし、入力量が大きく変化すると被制御量が短い時間に大きく変化するため、被制御量が目標値を通り越す可能性がある。この結果、被制御値が目標値の前後を短い時間で往復するので、ステージ５の振動を引き起こす可能性がある。逆に、ステージ制御系１２のゲインＧ１が小さい場合、入力量が大きく変化しても、被制御量はわずかにしか変化しない。従って、ステージ制御系１２の応答性は低くなり、周波数の高い変化に追従できなくなる。本実施形態の電子ビーム描画装置１では、ステージ制御系１２のゲインＧ１は可変である。

レーザー測長器１１により測定されたステージ５の位置情報信号Ｓ１は、また、制御部２００に設けられる電子ビームトラッキング制御系１３（以下、「トラッキング制御系」と記す）にも与えられる。トラッキング制御系１３は、電子ビーム３により描画エリアを描画中、ステージ５の移動（即ち、マスク基板４の移動）に伴って電子ビーム３をマスク基板の所定位置に位置決めしていくために、ステージ５の位置情報信号Ｓ１に基づく（具体的には、位置情報信号Ｓ１から得られる速度情報に基づく）偏向信号Ｓ３を電子光学系９の偏向器９１に与える。トラッキング制御系１３は、また、マスク基板４上の描画位置を電子ビーム３が照明しているとき、レーザー測長器１１によって得られる実際のステージ５の位置情報信号Ｓ１と描画位置との差（トラッキング誤差）に基づいて、描画位置を正しい位置に補正する。トラッキング制御系１３は、実際のステージ５の位置情報信号Ｓ１と描画位置との差がゼロになるような偏向信号Ｓ３を偏向器９１に与えることによって、補正を達成する。トラッキング制御系１３によるこの制御は、トラキング補正と呼ばれる。電子ビーム３の照明位置とマスク基板４の正しい描画位置との間の誤差は、トラッキング補正によってある程度は抑えることができる。しかし、振動によって引き起こされる電子ビーム３とマスク基板４（ステージ５）との相対位置の変動が、トラッキング補正により完全になくなるわけではない。例えば、チャンバー、ステージ、または、鏡筒に生じた振動による電子ビーム３とマスク基板４との相対位置の変動は、トラッキング補正によって抑えることは難しい。また、前述のように、レーザー測長系を構成するコンポーネント自身（例えば、レーザー光源、レーザーを反射するためにステージに設けられたミラー、ミラーで反射したレーザー光を検出する受光器）が取り付けの緩みや歪みなどの機械的な不具合をもつ場合には、測定されたステージ５の位置情報が誤差を含む。従って、このような機械的な不具合によって生じる電子ビーム３の照明位置とマスク基板４の描画位置との誤差をトラッキング補正によって補正することは、困難である。

上述のように、電子ビーム描画装置１において、電子ビーム３の照明位置とマスク基板４の描画位置との誤差を生む原因となる装置の振動を抑える必要がある。電子ビーム描画装置１は、さらに、装置の振動を抑えるための様々な制振機構を備える。図１に、そのような制振機構の例が示される。

電子ビーム描画装置１は、例えば、台座１４とチャンバー７との間にエアサスペンション１５を備える。エアサスペンション１５は、圧搾空気を用いるサスペンションである。チャンバー７と台座１４のそれぞれには、振動センサ７１，１４１が取り付けられる。振動センサ７１は、チャンバー７の振動に応じたチャンバー振動信号Ｓ４を生成し、この信号Ｓ４を、制御部２００に設けられたチャンバー制振フィードバック系１６に送る。振動センサ１４１は、台座１４の振動に応じた台座振動信号Ｓ５を生成し、信号Ｓ５をチャンバー制振フィードバック系１６に送る。振動センサ７１が設けられるチャンバー７上の場所や振動センサ７１の数は、適宜選んでよい。振動センサ１４１は全ての台座１４に取り付けられてもよい。また、振動センサ７１，１４１は、位置センサ、速度センサ、または、加速度センサであってよい。チャンバー制振フィードバック系１６は、振動センサ７１，１４１から送られる信号Ｓ４，Ｓ５の種類に応じて、信号Ｓ４，Ｓ５を振動情報に変換するように構成されてよい。振動センサ７１，１４１は、一軸センサ、三軸などの多軸センサ、または、無指向性センサであってよい。尚、電子ビーム描画装置１は、チャンバー７の制振のために、ピエゾアクチュエータを用いた制御系を備えてもよい。

チャンバー制振フィードバック系１６は、振動センサ７１，１４１によって検出されたチャンバー振動信号Ｓ４と台座振動信号Ｓ５に応じて、エアサスペンション１５内の圧搾空気の出し入れが行われるように、エアサーボバルブ制御信号Ｓ６を生成する。エアサーボバルブ制御信号Ｓ６は、エアサーボバルブ１７に送られる。エアサーボバルブ１７は、エアサーボバルブ制御信号Ｓ６に応じて、エア経路Ａｉｒを介して、エアサーボバルブ１７とエアサスペンション１５との間の圧搾空気の出し入れを行う。エアサーボバルブ１７によるエアサスペンション１５への圧搾空気の出し入れは、チャンバー７のＺ方向の動きと逆位相である。エア経路Ａｉｒには弁も設けられるが、簡略化のために説明を省略する。本実施形態の電子ビーム描画装置１においては、チャンバー制振フィードバック系１６のゲインＧ３は、台座１４の振動に大きく応答しないように小さく設定される。従って、エアサーボバルブ１７を用いるチャンバー制振フィードバック系１６の応答性は低いので、チャンバー制振フィードバック系１６は、チャンバー７の数十Ｈｚ（ヘルツ）の振動の抑制に好適である。

さらに、本実施形態の電子ビーム描画装置１は、例えば、鏡筒８の振動を抑制する制振機構として、鏡筒８からチャンバー７に伸びるアクティブ制振機構１８を有する。アクティブ制振機構１８は、例えば、鏡筒８の周囲から３方向または４方向に伸びる。アクティブ制振機構１８の各々は、アーム１８１と、アーム１８１の間を橋渡すピエゾアクチュエータ１８２とを有する。鏡筒８には、鏡筒８の振動を検出する振動センサ８１が取り付けられる。振動センサ８１は、鏡筒８の振動に応じた鏡筒振動信号Ｓ７を生成し、この信号Ｓ７を、制御部２００に設けられる鏡筒制振フィードバック系１９に送る。鏡筒制振フィードバック系１９は、鏡筒振動信号Ｓ７に応じてアクティブ制振機構１８のピエゾアクチュエータ１８２を伸び縮みさせるために、鏡筒制振信号Ｓ８をピエゾアクチュエータ１８２に与える。ピエゾアクチュエータ１８２は、鏡筒８の振動と逆位相で伸び縮みすることによって、鏡筒８に生じる振動を抑える。振動センサ８１が設けられる鏡筒８の場所や振動センサ８１の数は、適宜選んでよい。また、振動センサ８１は、位置センサ、速度センサ、または、加速度センサであってよい。鏡筒制振フィードバック系１９は、振動センサ８１から送られる信号Ｓ７の種類に応じて、信号Ｓ７を振動情報に変換するように構成されてよい。振動センサ８１、一軸センサ、三軸などの多軸センサ、または、無指向性センサであってよい。ピエゾアクチュエータ１８２は周波数応答特性が良いので、鏡筒制振フィードバック系１９は、鏡筒８における数百Ｈｚ（ヘルツ）の振動を抑制することができる。

尚、制御部２００が備えるステージ制御系１２、電子ビームトラッキング制御系１３、チャンバー制振フィードバック系１６、鏡筒制振フィードバック系１９は、ハードウェア回路で構成されてもよい。ステージ制御系１２、電子ビームトラッキング制御系１３、チャンバー制振フィードバック系１６、鏡筒制振フィードバック系１９は、入力量をデジタル値に変換するアナログ－デジタル変換器と、デジタル化された入力量を処理するＣＰＵ（マイクロプロセッサあるいはコンピュータ装置）と、ＣＰＵが出力するデジタルの被制御量をアナログ信号に変換するデジタル－アナログ変換器とを備える構成であってよい。ＣＰＵは、入力量と被制御量との関係を表す伝達関数をソフトウェアプログラムあるいはテーブルとして記憶する。ＣＰＵは、ソフトウェアプログラムを実行することによって、あるいは、テーブルを参照することによって、入力量に応じた適切な被制御量を出力できる。

本実施形態の電子ビーム描画装置１は、ステージ５が所定位置に留まっている状態において電子ビーム描画装置１の所定箇所に模擬的な振動を与えることにより、電子ビーム描画装置１における機械的な不具合の存在を検出することを特徴とする。このために、本実施形態の電子ビーム描画装置１は、制御部２００に、装置１のいずれかの部分に加えられた振動によって装置１の他の部分に生じた振動を解析するための加振振動解析部２０を備える。加振振動解析部２０も、デジタル化された入力データを受け取り、ソフトウェアを実行することによって入力データに対する所定の処理を行うＣＰＵ（マイクロプロセッサまたはコンピュータ装置）で構成されてよい。

加振振動解析部２０は、加振信号発生部２１に、振動を与える箇所、振動の振幅（振動の強さ）、振動の方向（例えば、Ｘ方向またはＹ方向）、振動の周波数の範囲などの情報を含む指令を、信号Ｓ９を用いて送るよう構成される。本実施形態の電子ビーム描画装置１は、制御部２００に、所定の振幅と周波数のサイン波信号である加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を出力するよう構成された加振信号発生部２１を備える。加振信号発生部２１は、周波数スキャンタイプであり、所定範囲の周波数領域を掃く加振信号を出力できる。加振信号発生部２１は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサまたはコンピュータ装置）によって実行されるソフトウェアで構成されてよい。代替的に、開始周波数、周波数を変更する刻み幅、各周波数を出力する持続時間などを設定可能な波形発生器（例えば、プログラマブル周波数スキャン発生器）であってもよい。加振振動解析部２０は、加振信号発生部２１から、信号Ｓ９を用いて、現在出力している加振信号の周波数情報を受け取ってもよい。

本実施形態の電子ビーム描画装置１において、加振信号発生部２１からの加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２は、それぞれ、ステージ５、鏡筒８、チャンバー７に振動を与える。加振信号発生部２１は、制御部２００に設けられた加振振動解析部２０からの指令に従って、電子ビーム描画装置１の様々な構成要素の内の少なくともステージ５と鏡筒８とチャンバー７について、それらの少なくとも１つに模擬的な振動を与えるよう構成されてよい。加振信号発生部２１から出力される加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２は、ステージ５、鏡筒８、チャンバー７に振動を引き起こすために、ステージ５、鏡筒８、チャンバー７のそれぞれに設けられたアクチュエータに与えられる。本実施形態の電子ビーム描画装置１において、ステージ５はその駆動機構６のためにモーター６１を、鏡筒８はそのアクティブ制振機構１８のためにピエゾアクチュエータ１８２を、チャンバー７はエアサスペンション１５のためのエアサーボバルブ１７を、それぞれ備える。これらモーター６１、ピエゾアクチュエータ１８２、および、エアサーボバルブ１７が、ステージ５、鏡筒８、および、チャンバー７に振動を起こすためのアクチュエータとして利用される。従って、加振信号発生部２１から出力される加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２は、それぞれ、モーター６１、ピエゾアクチュエータ１８２、および、エアサーボバルブ１７に入力される。例えば、Ｘステージ５１の駆動機構６のモーター６１に、ある周波数ｆＨｚ（ヘルツ）のサイン波の加振信号Ｓ１０が与えられると、モーター６１は、周期Ｔ（＝１／ｆ）ｓｅｃ（秒）で微小に前転と後転を繰り返す。モーター６１の前転と後転の繰り返しが、Ｘ方向に沿ったＸステージ５１の微小な前進と後退の繰り返し運動を引き起こし、ステージ５の振動を生む。この振動の周波数は、加振信号Ｓ１０の周波数ｆＨｚ（ヘルツ）に実質的に一致する。加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１０の周波数ｆＨｚ（ヘルツ）を、例えば、０Ｈｚ（ヘルツ）から２０００Ｈｚ（ヘルツ）まで変える。Ｙステージ５２の駆動機構のモーターに加振信号Ｓ１０を与えることによって、同様に、Ｙステージ５２のＹ方向の振動を励起することができる。また、加振信号発生部２１は、加振振動解析部２０からの振動の振幅（振動の強さ）についての指令に基づき、加振信号Ｓ１０の振幅を変える。加振信号Ｓ１０は、Ｘステージ５１の駆動機構６、Ｙステージ５２の駆動機構、および、Ｚステージの駆動機構のいずれか１つまたは複数に与えられてよい。例えば、ステージ５を２０Ｈｚ（ヘルツ）で加振することは、ステージ５の加減速（加速度運動）によって２０Ｈｚ（ヘルツ）の振動がステージ５に発生した状態を模する。加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１０と同様に、加振信号Ｓ１１，Ｓ１２を、ピエゾアクチュエータ１８２とエアサーボバルブ１７に出力する。

尚、制御部２００に含まれる加振振動解析部２０と加振信号発生部２１は、電子ビーム描画装置１の外部に分離して設けられてもよい。この場合、加振振動解析部２０と加振信号発生部２１は、信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ１４、Ｓ１５などの所定の入力信号を電子ビーム描画装置１から受け取り、Ｓ１０，Ｓ１１、Ｓ１２などの所定の出力信号を電子ビーム描画装置に出力する。または、制御部２００の一部または全部が、外部から電子ビーム描画装置１を制御するように、電子ビーム描画装置１の外部に分離して設けられてもよい。

ステージ５に固定されたマーク台２２の上に、マーク２２１が設けられる。マーク２２１は、電子ビーム３とステージ５との相対的な動きを検出するために用いられる。マーク２２１は、シリコン基板の上に積まれたタングステン（Ｗ）や金（Ａｕ）などの重金属の膜で形成される。マーク２２１は、例えば、矩形の形状を有する。矩形のマーク２２１の輪郭は、ナイフエッジを形成する。入射電子に対する後方散乱係数は、シリコンよりもタングステンの方が大きい。従って、電子ビーム３がタングステンのマーク２２１を照明するときと、電子ビーム３がシリコン基板を照明するときとの間で、反射電子（または、二次電子）の強度にコントラストが生じる。本実施形態の電子ビーム描画装置１は、マーク２２１からの反射電子を検出するための電子検出器２３を備える。電子検出器２３が出力する反射電子検出信号Ｓ１３は、ビーム振動検出部２４に入力する。

図２は、マーク２２１と電子ビーム３との関係を模式的に示す。シリコン基板２２２の上に、例えばタングステン膜によって矩形のマーク２２１が形成される。マーク２２１は、電子ビーム３とステージ５とのＸ方向の相対変位を検出するためのナイフエッジ２２１ａと、電子ビーム３とステージ５とのＹ方向の相対変位を検出するためのナイフエッジ２２１ｂとを有する。例えば、電子ビーム３とステージ５との相対変位を検出する場合、矩形に成形された電子ビーム３が、マーク２２１のナイフエッジ２２１ａに位置決めされる。電子ビーム３がマーク２２１の内側を照明するように、電子ビーム３とステージ５とのＸ方向の相対位置が変化すると、電子検出器２３によって検出される電子の量が増加する。反対に、電子ビーム３がマーク２２１の外側を照明するように、電子ビーム３とステージ５とのＸ方向の相対位置が変化すると、電子検出器２３によって検出される電子の量が減少する。従って、電子検出器２３が出力する反射電子検出信号Ｓ１３の強度の変化は、電子ビーム３とステージ５とのＸ方向の相対位置の変化を示す。電子ビーム３による照明位置がＸ方向に揺らぐ（経時的に、振動する）場合、ビーム振動検出部２４は、この振動を、反射電子検出信号Ｓ１３の強度の経時的な変化として検出する。電子ビーム３のＹ方向の振動も、同様に検出される。ビーム振動検出部２４が検出したビーム振動信号Ｓ１４は、制御部２００に設けられる後述する周波数解析部２５に送られる。マーク２２１は、ライン・アンド・スペース・パターン、十字パターンなどの様々なパターンから適宜選択される。尚、上記のように、マーク２２１で反射した電子を電子検出器２３で捉えることは、相対位置の変化（振動）を検出する方法の一例である。例えば、所定の開口を通過する電子を検出することによって相対位置の変化を検出してもよい。また、電子ビーム３の形状は、円形などの様々な形状から適宜選択される。また、複数のマーク２２１をステージ５上の様々な位置に配置すれば、ステージ５が様々な位置にある場合の電子ビーム３とステージ５との相対位置の振動を検出することができる。

本実施形態の電子ビーム描画装置１において、ビーム振動検出部２４が生成するビーム振動信号Ｓ１４と、所定の時間の間に出力されるレーザー測長器１１からの位置情報信号Ｓ１と、チャンバー７に取り付けられた振動センサ７１からの信号Ｓ４と、鏡筒８に取り付けられた振動センサ８１からの信号Ｓ７とは、制御部２００に設けられる周波数解析部２５に与えられる。周波数解析部２５は、時間ドメインの各入力信号を、周波数ドメインの振動周波数信号Ｓ１５に変換し、加振振動解析部２０に出力する。即ち、振動周波数信号Ｓ１５は、電子ビーム３とマーク２２１の相対位置の振動、または、レーザー測長器１１が出力する位置情報信号Ｓ１の振動、または、鏡筒８の振動、または、チャンバー７の振動の周波数成分を表す。周波数解析部２５は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサまたはコンピュータ装置）によって実行される高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ソフトウェアで構成されてもよい。または、周波数解析部２は、ＦＦＴアナライザーなどの個別の装置であってもよい。尚、制御部２００に含まれる周波数解析部２５も、加振振動解析部２０や加振信号発生部２１とともに、電子ビーム描画装置１の外部に分離して設けられてもよい。この場合、周波数解析部２５は、信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ１４などの所定の入力信号を電子ビーム描画装置１から受け取り、振動周波数信号Ｓ１５を加振振動解析部２０に与える。

加振振動解析部２０は、振動周波数信号Ｓ１５におけるビーム振動信号Ｓ１４の周波数成分の情報に基づき、ステージ５、鏡筒８、または、チャンバー７に加えられたある周波数の振動により電子ビーム３とステージ５との相対位置の振動が起こされたことを判断する。即ち、加振振動解析部２０は、加振が原因で、電子ビーム描画装置１の構成要素のいずれかにおいて、電子ビーム３の相対位置を振動させる振動が発生したことを判断する。また、加振振動解析部２０は、電子ビーム３の相対位置振動の周波数成分と、各箇所において検出された振動の周波数成分に基づき、どの箇所の振動が電子ビーム３の相対位置振動の原因であるかを判断する。

電子ビーム描画装置１における機械的な不具合の検出において、加振振動解析部２０は、鏡筒８の直下にマーク２２１が位置するようにステージ５を動かすために、ステージ制御系１２に目標位置情報信号Ｓ１６を与える。ステージ制御系１２は、レーザー測長器１１によって得られるステージ５の位置情報信号Ｓ１に基づいて駆動機構６を制御することによって、ステージ５を目標位置まで移動させる。また、ステージ制御系１２は、ステージ５が目標位置に留まるように、ステージ５の位置情報信号Ｓ１に基づいて駆動機構６を制御する。例えば、図１および図２に示されたようなマーク２２１と電子検出器２３を用いる実施形態の電子ビーム描画装置１においては、加振振動解析部２０は、信号Ｓ１７を用いて、電子ビーム３の中心がマーク２２１のナイフエッジ２２１ａまたは２２１ｂの上に位置するように、電子ビームトラッキング制御系１３を制御する。電子ビームトラッキング制御系１３は、ビーム振動検出部２４から得られる電子ビーム３の位置情報信号Ｓ１８に基づいて偏向器９１を制御することによって、電子ビーム３をマーク２２１上に位置決めする。

図３は、電子ビーム描画装置１内部の機械的な不具合の存在を検出するために、加振振動解析部２０が実行する動作の流れを示すフローチャートである。

加振振動解析部２０は、例えば、電子ビーム描画装置１のオペレータからの指示を受け、機械的な不具合の検出処理を開始する。

機械的な不具合の検出処理が開始されると、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１において、ステージ制御系１２と電子ビームトラッキング制御系１３とを用いて、電子ビーム３をマーク２２１上に位置決めする。具体的な処理は前述したので、説明を省略する。

次に、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ２において、加振信号発生部２１に対し、少なくとも、加振信号を与える電子ビーム描画装置１内の箇所、加振の方向、加振信号の振幅、加振信号の周波数範囲を指示する。本実施形態に係る電子ビーム描画装置１においては、振動を与える箇所は、ステージ５、鏡筒８、チャンバー７の中から選択される。加振信号について、加振信号発生部２１がスキャンする周波数の範囲は、例えば、０Ｈｚ（ヘルツ）から２０００Ｈｚ（ヘルツ）の範囲に設定される。チャンバー７に振動を加えるために使用されるエアサスペンション１５とエアサーボバルブ１７からなる系の応答性は低いので、加振信号の周波数範囲は、０Ｈｚ（ヘルツ）から数十Ｈｚ（ヘルツ）（例えば、２０Ｈｚ（ヘルツ））が好ましい。鏡筒８に振動を加える場合には、０Ｈｚ（ヘルツ）から数百Ｈｚ（ヘルツ）（例えば、１００Ｈｚ）が好ましい。加振振動解析部２０は、電子ビーム描画装置１のオペレータにより、加振をする箇所、加振の方向、加振信号の振幅、加振信号の周波数範囲などの加振形態が設定されるように、構成されてもよい。

前述のように、機械的な不具合は、不具合箇所に力を及ぼすような運動が電子ビーム描画装置１の中にない状態（電子ビーム描画装置１の「静的な状態」と呼ぶ）（例えば、ステージ５が所定位置に留まっている状態、または、ステージ５が等速で動いている状態）においては、影響を及ぼし難い。ステージ５の加速度運動によって励起された力、または、チャンバー７や鏡筒８の振動によって励起された力が、機械的な不具合をもつ箇所に及んだとき、機械的な不具合をもつ箇所にガタつきなどによる振動が生じることによって、電子ビーム３とステージ５との相対位置の振動が引き起こされる（電子ビーム描画装置１の「動的な状態」と呼ぶ）。従って、電子ビーム描画装置１の構成要素の機械的な不具合は、電子ビーム描画装置１が静的な状態にあるときには、検出され難い。本実施形態に係る電子ビーム描画装置１は、不具合箇所に力を及ぼすような振動を所定の構成要素に発生させて、電子ビーム描画装置１の動的な状態を模擬的につくることを特徴とする。

ステップＳＴ３において、振動が加えられる箇所（ステージ５、鏡筒８、チャンバー７）に応じて処理は分岐される。ステージ５に振動を加える場合には、加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１０をモーター６１に与える。鏡筒８に振動を加える場合には、加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１１をピエゾアクチュエータ１８２に与える。チャンバー７に振動を加える場合には、加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１２をエアサーボバルブ１７に与える。以降の処理は、ステージ５に振動を加えることが選択された場合の例が説明される。鏡筒８またはチャンバー７に振動を加えることが選択された場合の処理も同様である。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ４において、加振信号発生部２１に対し、加振開始を指示する。加振信号発生部２１は、加振信号Ｓ１０を、駆動機構６のモーター６１に付加する。例えば、ステージ５に加えられる振動の周波数範囲が０Ｈｚ（ヘルツ）から２０００Ｈｚ（ヘルツ）に設定される場合、加振信号Ｓ１０の最初の周波数ｆ_０は０Ｈｚ（ヘルツ）である（即ち、ステージ５に振動は発生しない）。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ５において、加振信号発生部２１から、加振信号発生部２１がモーター６１に現在与えている加振信号Ｓ１０の周波数（最初は、ｆ_０＝０Ｈｚ）の情報を得る。

次に、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ６において、周波数解析部２５から、ビーム振動検出部２４によって生成されたビーム振動信号Ｓ１４（電子ビーム３とマーク２２１の相対位置の振動を示す）の周波数成分を示す振動周波数信号Ｓ１５を受け取る。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ７において、振動周波数信号Ｓ１５に基づき、ビーム振動信号Ｓ１４に、振動の大きさに大きなピークをもつ周波数成分があるか否かを検出する。これは、電子ビーム３とマーク２２１（即ち、ステージ５）の相対位置に特異な振動が生じたか否かを判断することに対応する。ステージ５には振動が加えられない（ｆ_０＝０Ｈｚ）最初の状態においてビーム振動信号Ｓ１４にピークをもつ周波数成分がみられる場合は、加振振動解析部２０は、ステージ５の振動以外の原因で、電子ビーム３とマーク２２１の相対位置の振動が生じていることを検出する。図３Ａでは、簡略化のために、この検出は示されない。

ここで、図４は、ビーム振動信号Ｓ１４を周波数ドメインに変換した振動周波数信号Ｓ１５の例が示される。図４において、横軸は周波数（Ｈｚ（ヘルツ））を示し、縦軸は振動の大きさを示す。図４は、加振振動解析部２０によるステージ５への加振がない場合のビーム振動信号Ｓ１４の周波数成分を示す。図４に示されるように、どの周波数にも、振動の大きさの大きなピークがない。ただし、約２００Ｈｚ（ヘルツ）より下の周波数領域に、大きさは小さいが定在的な振動がある。定在的な振動は、例えば、ステージ５を所定位置に留めておくためのサーボ制御に起因する振動、排気機構１０の真空ポンプに起因する振動、などである。

ビーム振動信号Ｓ１４の周波数成分にピークが無いと判断された場合、加振振動解析部２０は、ＳＴ８において、加振信号Ｓ１０の周波数を更新するように加振信号発生部２１に指示する（例えば、ｆ_１＝５Ｈｚ）。加振振動解析部２０の処理は、ステップＳＴ５に戻る。

周波数ｆ１＝５Ｈｚの加振信号Ｓ１０でステージ５を加振したときに、ビーム振動信号Ｓ１４にピークをもつ周波数成分が生じたと判断された場合、ステップＳＴ９において、加振振動解析部２０は、ステージ５に与えられた５Ｈｚ（ヘルツ）の振動により電子ビーム描画装置１のいずれかの構成部品に振動が励起され、それによって、電子ビーム３とステージ５の相対位置が振動したことを検出する。これは、いずれかの構成部品が、ステージ５の５Ｈｚ（ヘルツ）の振動により影響を受ける機械的な不具合をもつことを意味する。ステージ５に５Ｈｚ（ヘルツ）の振動を与えることは、ステージ５が加速度運動をすることによってステージ５に５Ｈｚ（ヘルツ）の振動が発生することを模す。従って、先の検出結果は、マスク基板４へのパターンの描画におけるステージ５の加速度運動によって、電子ビーム３とマスク基板４との相対位置の振動が起こり得ることを意味する。電子ビーム描画装置１のオペレータは、加振振動解析部２０からの通知（例えば、ディスプレイ表示）によって、電子ビーム描画装置１のいずれかの構成部品が機械的な不具合をもつことを認知できる。

図５は、加振振動解析部２０による加振を行った場合のビーム振動信号Ｓ１４の周波数成分を示す。図５の横軸は振動の周波数（Ｈｚ（ヘルツ））、縦軸は振動の大きさを示す。図５は、加振振動解析部２０によって所定の周波数の振動がステージ５に加えられたとき、約２００Ｈｚ（ヘルツ）の周波数において振動のピークが生じたことを示す。上述のように定在的な振動も存在するので、加振振動解析部２０は、所定の閾値より大きい大きさの振動を、ピークと判断してよい。

ステップＳＴ９における電子ビーム描画装置１のいずれかの構成部品に機械的な不具合があるとの判断に基づき、加振振動解析部２０は、図３Ｂに示されるステップＳＴ１０からＳＴ１６を実行する。ステップＳＴ１０からＳＴ１６の処理は、電子ビーム描画装置１のどの構成要素が機械的な不具合を有するのかを判断するために行われる。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１０において、周波数解析部２５から、電子ビーム描画装置１の構成部品のいずれかで検出された振動に対応する振動周波数信号Ｓ１５を受け取る。図１に示される例では、加振振動解析部２０は、周波数解析部２５から、レーザー測長器１１で測定されたステージ５の位置情報信号Ｓ１の振動、振動センサ７１によって検出されるチャンバー７の振動、および、振動センサ８１によって検出される鏡筒８の振動について、それらの振動のいずれかの周波数成分を示す振動周波数信号Ｓ１５を選択的に受け取る。例えば、加振振動解析部２０は、レーザー測長器１１によって検出された位置情報信号Ｓ１の振動（「箇所Ｐの振動」と呼ぶ）を選択し、周波数解析部２５から、箇所Ｐの振動の周波数成分を示す振動周波数信号Ｓ１５を得る。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１１において、周波数解析部２５から受け取った箇所Ｐの振動の振動周波数信号Ｓ１５が、周波数解析部２５を用いて得られるビーム振動信号Ｓ１４のピーク周波数と実質的に同じ周波数に振動のピークをもつか否かを分析する。即ち、加振振動解析部２０は、ビーム振動のピーク周波数と箇所Ｐの振動のピーク周波数とを比較する。

加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１２において、ビーム振動のピーク周波数と箇所Ｐの振動のピーク周波数とが実質的に一致するか否かを判断する。

ビーム振動のピーク周波数と箇所Ｐの振動のピーク周波数とが一致しないと判断される場合、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１３において、振動を検出する箇所Ｐを変更し（例えば、チャンバー７に、または、鏡筒８に）、ステップＳＴ１０の処理に戻る。

ステップＳＴ１２において、ビーム振動のピーク周波数と箇所Ｐの振動のピーク周波数とが一致すると判断された場合、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１４において、振動が検出されている箇所Ｐ（例えば、レーザー測長器１１）に機械的な不具合があることを検出する。加振振動解析部２０は、この検出結果を、電子ビーム描画装置１のオペレータに通知する（例えば、ディスプレイ表示によって）。オペレータは、機械的な不具合があると通知された箇所Ｐに、修理や交換などの処置を行うことができる。

その後、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ１５において、全ての箇所からの振動信号（例えば、図１における信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７）の分析が終了しているか否かを判断する。終了していなければ、ステップＳＴ１３に戻り、箇所Ｐが変更される。

全ての箇所からの振動信号（例えば、図１における信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７）の分析が終了している場合、加振振動解析部２０は、加振信号Ｓ１０、Ｓ１１、または、Ｓ１２について、加振振動解析部２０が設定した周波数範囲のスキャンを終了したか否かが判断される。

周波数範囲のスキャンが終了していなければ、加振振動解析部２０は、ステップＳＴ８（図３Ａ）に戻り、次の周波数ｆ_ｉ＋１の加振における振動解析を行う。周波数範囲のスキャンが終了していれば、処理を終了する。

振動を検出する箇所は、レーザー測長器１１によるステージ５の位置情報の出力、チャンバー７の振動センサ７１、鏡筒８の振動センサ８１に限られない。例えば、排気機構１０における配管に振動センサが取り付けられてもよい。

加振振動解析部２０が上述のステップＳＴ１～ＳＴ１６を実行することによって、マスク基板４上に実際にパターンを描画することなく、（ａ）電子ビーム描画装置１のいずれかの箇所が機械的な不具合を有すること、および、（ｂ）電子ビーム描画装置１の構成要素の内のどれが機械的な不具合を有するか、を検出することができる。

例えば、ある周波数の加振信号Ｓ１０でＸステージ５１に振動を加えたとする。このとき、加振振動解析部２０は、マーク２２１に対する電子ビーム３の振動を示すビーム振動信号Ｓ１４が、ｇＨｚ（ヘルツ）に大きなピークの成分を有することを検出する。また、加振振動解析部２０は、Ｘ方向のレーザー測長器１１からの位置情報信号Ｓ１の振動が、同じくｇＨｚ（ヘルツ）に大きなピークの成分を有することを検出する。電子ビーム３の振動とレーザー測長器１１からの位置情報信号Ｓ１の振動との間に周波数についての相関があるので、加振振動解析部２０は、電子ビーム３の振動の原因が、Ｘ方向のレーザー測長器１１の構成部品の機械的な不具合（ミラー１１１やインターフェロメータ１１２の取り付けの緩み、インターフェロメータ１１２が取り付けられたチャンバー７の部分の歪み、など）であることを検出する。

代替的に、ある周波数の加振信号Ｓ１１で鏡筒８に振動を加えたとする。このとき、加振振動解析部２０は、マーク２２１に対する電子ビーム３の振動が、ｈＨｚ（ヘルツ）に大きなピークの成分をもつことを検出する。また、加振振動解析部２０は、鏡筒８の振動センサ８１によって検出された振動が、同じくｈＨｚ（ヘルツ）に大きなピークの成分をもつことを検出する。電子ビーム３の振動と鏡筒８の振動との間に周波数についての相関があるので、加振振動解析部２０は、電子ビーム３の振動の原因が、鏡筒８または鏡筒８のアクティブ制振機構１８の構成部品の機械的な不具合であることを判断する。

加振振動解析部２０は、マイクロプロセッサなどの半導体集積回路、または、パーソナルコンピュータなどの計算機であってよい。上述のステップＳＴ１～ＳＴ１６の処理は、集積回路または計算機が実行するソフトウェアプログラムによって、電子ビーム描画装置１に実装されてもよい。また、電子ビーム描画装置１は、図１に示された構成の他に、チャンバー７内を真空に保ったままでマスク基板４をステージ５まで搬入し、パターンが描画されたマスク基板４をチャンバー７から搬出するための搬送機構などを備えてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１では、構成要素の機械的な不具合の検出のために、マスク基板４に実際に描画されたパターンを観察することを行わなくてもよい。従って、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、構成要素の機械的な不具合の検出は、マスク基板４にパターンを描画し、パターンが描画されたマスク基板４を現像するための時間を必要とせず、短時間で容易に行われる。

また、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１では、マスク基板４への描画中に電子ビーム３とマスク基板４の相対位置の振動に影響する機械的な不具合の箇所が特定されるので、修理や部品交換などの電子ビーム描画装置１のメンテナンスに要する時間が短縮される。

（変形例）
上述の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、電子ビーム３の相対振動のピーク周波数と箇所Ｐにおける振動のピーク周波数との一致に基づいて、箇所Ｐにおける機械的な不具合が電子ビーム３の相対振動の原因であると判断される。

この判断は、加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の周波数と箇所Ｐにおける振動のピーク周波数との一致に基づいてもよい。代替的に、この判断は、加振信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の周波数と、電子ビーム３の相対振動のピーク周波数と、箇所Ｐにおける振動のピーク周波数との三者の一致に基づいてもよい。

（第２の実施形態）
上述のように、ステージ制御系１２、鏡筒制振フィードバック系１９、および、チャンバー制振フィードバック系１６についての入力量に対する被制御量の応答特性を示す値であるゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、可変である。ゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３が大きい場合、わずかな入力量の変化に対し、被制御量は大きく変化する。被制御量を目標値に近づけようとする場合、入力量が大きく変化すると被制御量が短い時間に大きく変化するため、被制御量が目標値を通り越す可能性がある。この結果、被制御量を目標値に戻すための制御が繰り返される。この制御の繰り返しは、制御の対象（例えば、ステージ５、チャンバー７、鏡筒８）に力が繰り返し加えられることを意味する。従って、制御の繰り返しが、制御の対象に振動を生じさせる可能性がある。従って、ステージ制御系１２、鏡筒制振フィードバック系１９、および、チャンバー制振フィードバック系１６のゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３を調整することは、振動の抑制につながる。

第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、例えば、加振振動解析部２０が、電子ビーム３の振動の原因を、Ｘ方向のレーザー測長器１１の構成部品の機械的な不具合であると検出したとする。この場合、加振振動解析部２０は、Ｘステージ５１の制御を行うステージ制御系１２のゲインＧ１を調整することにより、電子ビーム３の相対的な振動を抑えることを試みる。加振振動解析部２０は、ステージ制御系１２のゲインＧ１を調整後、図３Ａ、３Ｂに示された処理を行うことによって、ゲインＧ１の調整の効果を確認できる。

代替的に、第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、加振振動解析部２０が、電子ビーム３の振動の原因を、鏡筒８または鏡筒８のアクティブ制振機構１８の構成部品の機械的な不具合であると検出したとする。この場合、加振振動解析部２０は、鏡筒制振フィードバック系１９のゲインＧ２を調整することにより、電子ビーム３の相対的な振動を抑えることを試みる。加振振動解析部２０は、鏡筒制振フィードバック系１９のゲインＧ２を調整後、図３Ａ、３Ｂに示された処理を行うことによって、ゲインＧ２の調整の効果を確認できる。

加振振動解析部２０がゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３の調整を行うか否かを、加振振動解析部２０が、箇所Ｐにおける振動の周波数成分に基づいて判断してもよい。また、加振振動解析部２０がゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３の調整を行っても電子ビーム３の相対振動が減少しない場合には、加振振動解析部２０は、ゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３の調整を中止してもよい。

また、ステージ制御系１２、チャンバー制振フィードバック系１６、または、鏡筒制振フィードバック系１９が、入力信号の周波数に応じて応答特性を変えるためにフィルターを備える場合には、加振振動解析部２０は、ゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３の調整に変えて、フィルターの各種係数を調整してもよい。

第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、電子ビーム３の相対的振動の原因として特定された機械的な不具合の修理や部品交換を行う前に、電子ビーム３の相対的振動を抑えるための試みがなされる。この試みによって電子ビーム３の相対的振動が抑えられるならば、機械的な不具合を有する箇所の修理や部品交換などのメンテナンスのために電子ビーム描画装置１を待機させておく必要がない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、加振振動解析部２０は、記憶装置を備える。

第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、装置１のある構成要素が機械的な不具合をもつように変更された状態で、加振振動解析部２０に図３Ａ、３Ｂに示された処理を行わせる試験が行われる。加振振動解析部２０がその試験の結果を記憶装置に記憶する。試験は、加振される箇所、加振の方向、加振の大きさ、加振の周波数を変えながら行われる。そして、加振振動解析部２０は、電子ビーム３の相対的振動が検出されたとき、加振に関する情報と、電子ビーム３の相対的振動に関する情報と、機械的な不具合をもつように変更された箇所の振動に関する情報とを関連付けて記憶装置に記憶する。加振に関する情報は、例えば、加振された箇所と、加振の方向と、加振の大きさと、加振の周波数とに関する情報を含む。電子ビーム３の相対的振動に関する情報は、例えば、電子ビーム３の相対的振動のピーク周波数と振動の大きさに関する情報を含む。変更された箇所の振動に関する情報は、例えば、振動のピーク周波数と、振動の方向と、振動の大きさとに関する情報を含む。

加振振動解析部２０の記憶装置が試験結果として上述の情報を記憶する場合、図３Ａ、３Ｂに示された処理による電子ビーム描画装置１の検査において、加振振動解析部２０は、電子ビーム３の相対的振動が検出されたときの加振の状態（例えば、箇所、周波数、方向）と電子ビーム３の相対的振動の状態（例えば、ピーク周波数）を用いて記憶装置に記憶された試験結果の情報を参照することによって、機械的な不具合をもつ箇所を特定することができる。特定された箇所において検出された振動の状態が、記憶装置に記憶された変更された箇所の振動に関する情報と一致するのであれば、加振振動解析部２０は、特定された箇所がより確からしいと判断できる。

代替的に、第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置１において、加振振動解析部２０は、図３Ａ、３Ｂに示された検出処理を行った結果を、履歴として、記憶装置に記憶してもよい。

第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置１では、機械的な不具合をもつ箇所が、より正確に特定される。

本発明は、電子ビーム描画装置に実装される場合を例にして説明されたが、図１の電子銃２を、荷電粒子ビームの放射源に変えることにより、荷電粒子ビーム装置に実装できる。また、本発明は、上述の実施形態及び変形例に係る荷電粒子ビーム描画装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形されてよい。例えば、荷電粒子ビームを用いた検査装置に適用することも可能である。その場合、荷電粒子ビームが照射される対象物は、パターンが形成されたマスクやウェハである。荷電粒子ビームを用いた検査装置は、対象物から反射した、または、対象物を透過した荷電粒子を検出する機構をさらに備える。また、各実施形態及び変形例に係る荷電粒子ビーム装置の各構成要素は、適宜組み合わされて実装されてもよい。

１…電子ビーム描画装置、２…電子銃、３…電子ビーム、４…マスク基板
５…ステージ、５１…Ｘステージ、５２…Ｙステージ
６…ステージの駆動機構、６１…モーター、６２…ロッド
７…チャンバー、７１…振動センサ
８…鏡筒、９…電子光学系、９１…偏向器
１０…排気機構
１１…レーザー測長器、１１１…ミラー、１１２…インターフェロメータ
１２…ステージ制御系、１３…電子ビームトラッキング制御系
１４…台座、１４１…振動センサ、１５…エアサスペンション
１６…チャンバー制振フィードバック系
１７…エアサーボバルブ、Ａｉｒ…エア経路
１８…アクティブ制振機構、１８１…アーム、１８２…ピエゾアクチュエータ
１９…鏡筒制振フィードバック系
２０…加振振動解析部、２１…加振信号発生部
２２…マーク台、２２１…マーク、２２１ａ，２２１ｂ…ナイフエッジ
２３…電子検出器、２４…ビーム振動検出部、２５…周波数解析部

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームが照射される対象物を搭載可能に構成される、移動可能なステージと、
   前記ステージを収納するチャンバーと、
   前記チャンバーによって直接または間接的に支持され、前記荷電粒子ビームの放射源と前記荷電粒子ビームのための電子光学系とを有し、前記放射源から放射された前記荷電粒子ビームを、前記電子光学系を用いて前記ステージに向けて照射するように構成される鏡筒と、
   前記ステージに設けられ、前記鏡筒の前記電子光学系から前記荷電粒子ビームが照射されるマークと、
   前記マークからの反射電子を検出する荷電粒子検出部と、
   加振信号が与えられることにより、前記ステージと、前記チャンバーと、前記鏡筒と、を含む構成要素に、振動を与えるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記加振信号を与える加振信号発生部と、
   前記荷電粒子検出部によって生成された第１振動信号の周波数成分を示す第１振動周波数信号を生成する周波数解析部と、
   前記第１振動周波数信号に基づいて、前記第１振動信号に予め設定された閾値以上の振動の大きさを有するピーク周波数があるか否かを検出し、前記第１振動信号に前記閾値以上の振動の大きさを有する前記ピーク周波数がある場合、前記構成要素のいずれかに振動が励起されたと判断する加振信号解析部と
   を備える、荷電粒子ビーム装置。
2. さらに、前記構成要素に生じる振動を検出し、当該構成要素の振動を検出する振動センサを備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記周波数解析部は、前記振動センサによって検出された第２振動信号の周波数成分を示す第２振動周波数信号を生成し、
   前記加振信号解析部は、前記第１振動周波数信号と前記第２振動周波数信号とを比較した結果に基づいて、機械的な不具合が生じた前記構成要素を特定するように構成される、請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記アクチュエータは、前記ステージの移動のために前記ステージを駆動し、前記ステージに振動を与えるアクチュエータである、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記アクチュエータは、前記ステージを駆動するアクチュエータ、前記チャンバーを制振するアクチュエータ、及び前記鏡筒を制振するアクチュエータのいずれかであり、前記振動センサは、前記ステージの位置を測定するレーザー測長器、前記チャンバーに取り付けられた振動センサ、及び前記鏡筒に取り付けられた振動センサのいずれかである、請求項２または請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。

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