JP2006053422A

JP2006053422A - Microscope observation device

Info

Publication number: JP2006053422A
Application number: JP2004235866A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Shibata; 浩匡柴田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: JP4691927B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope observation device capable of efficiently recovering supplied liquid when an immersion objective lens is used. SOLUTION: The microscope observation device includes: the immersion objective lens 40; a positioning means for positioning an observation position onto the focusing face 10c of the objective lens 40 and near the optical axis 10a of the objective lens while the liquid 30 is supplied to the observation position of a substrate 40A; and a recovering means 32 for recovering the liquid from the observation position by moving the substrate near to the objective lens (state (b)) from a state (a) in which the observation position is positioned by the positioning means. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、物体の液浸観察に用いられる顕微鏡観察装置に関し、特に、半導体ウエハや液晶基板などの液浸観察に好適な顕微鏡観察装置に関する。 The present invention relates to a microscope observation apparatus used for immersion observation of an object, and more particularly to a microscope observation apparatus suitable for immersion observation of a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate.

半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）に形成された回路パターンの欠陥や異物などの観察が、顕微鏡観察装置を用いて行われる。顕微鏡観察装置とは、基板を自動搬送する機構と光学顕微鏡システムとを結びつけたものである。光学顕微鏡システムの対物レンズは乾燥系であり、この対物レンズと観察対象の基板との間は空気などの気体で満たされる（例えば特許文献１を参照）。そして、より高い分解能での観察を実現するために、観察波長を紫外域とすることが提案されている。
特開２００１−１１８８９６号公報 In a manufacturing process of a semiconductor circuit element or a liquid crystal display element, a circuit pattern formed on a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate (generally referred to as “substrate”) is observed for defects, foreign matters, and the like using a microscope observation apparatus. The microscope observation apparatus is a combination of a mechanism for automatically transporting a substrate and an optical microscope system. The objective lens of the optical microscope system is a dry system, and the gap between the objective lens and the substrate to be observed is filled with a gas such as air (see, for example, Patent Document 1). In order to realize observation with higher resolution, it has been proposed to set the observation wavelength to the ultraviolet region.
JP 2001-118896 A

ところで、乾燥系の対物レンズを用いた装置では、対物レンズの開口数を“１”より大きくすることができないため、分解能の向上に限界がある。そこで、周知の液浸法を採用し、乾燥系の対物レンズに代えて液浸系の対物レンズを用いることが考えられる。液浸系の対物レンズを用いて、その先端と観察対象の基板との間を水などの液体で満たすことにより、液体の屈折率(＞１)に応じて対物レンズの開口数を“１”より大きくすることができ、分解能を向上させることができる。 By the way, in an apparatus using a dry objective lens, the numerical aperture of the objective lens cannot be made larger than “1”, so that there is a limit to improvement in resolution. Therefore, it is conceivable to use a known immersion method and use an immersion-type objective lens in place of the dry-type objective lens. By using an immersion objective lens and filling the space between the tip and the substrate to be observed with a liquid such as water, the numerical aperture of the objective lens is “1” according to the refractive index (> 1) of the liquid. It can be made larger and the resolution can be improved.

しかし、対物レンズを単に乾燥系から液浸系に交換するだけでは、上記の製造工程における基板の観察を効率よく行うことはできない。その観察を効率よく行うためには、液浸系の対物レンズの先端と基板との間に液体を供給する機構や回収する機構が必要である。このような機構としては、注射針状のノズル部材の先端(開口)を対物レンズの先端近傍に配置し、基板を対物レンズの焦点面に位置決めした状態で、ノズル部材を介して液体を供給あるいは回収する構成が考えられる。ところが、このような構成では、液体を効率よく回収できないことがある。 However, simply exchanging the objective lens from a dry system to an immersion system cannot efficiently observe the substrate in the above manufacturing process. In order to perform the observation efficiently, a mechanism for supplying and collecting a liquid between the tip of the immersion objective lens and the substrate is necessary. As such a mechanism, the tip (opening) of an injection needle-like nozzle member is arranged in the vicinity of the tip of the objective lens, and liquid is supplied through the nozzle member in a state where the substrate is positioned on the focal plane of the objective lens. A configuration to collect is conceivable. However, with such a configuration, the liquid may not be recovered efficiently.

本発明の目的は、液浸系の対物レンズを用いた場合に、供給された液体を効率よく回収できる顕微鏡観察装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a microscope observation apparatus that can efficiently recover a supplied liquid when an immersion objective lens is used.

請求項１に記載の顕微鏡観察装置は、液浸系の対物レンズと、液体が基板の観察点に供給された状態で、前記観察点を前記対物レンズの焦点面のうち前記対物レンズの光軸付近に位置決めする位置決め手段と、前記位置決め手段により位置決めされた状態から、前記基板を前記対物レンズに近づけて前記観察点から前記液体を回収する回収手段とを備えたものである。 The microscope observation apparatus according to claim 1, wherein the observation point is an optical axis of the objective lens out of a focal plane of the objective lens in a state where the immersion type objective lens and the liquid are supplied to the observation point of the substrate. Positioning means for positioning in the vicinity, and recovery means for recovering the liquid from the observation point by bringing the substrate close to the objective lens from the state positioned by the positioning means.

請求項２に記載の顕微鏡観察装置は、液浸系の対物レンズと、前記対物レンズの焦点面よりも前記対物レンズから離れた面に、観察対象の基板を位置決めする第１の位置決め手段と、前記基板が前記離れた面に位置決めされた状態で、前記基板の予め定めた観察点に液体を供給する供給手段と、前記液体が前記観察点に供給された状態で、該観察点を前記対物レンズの焦点面のうち前記対物レンズの光軸付近に位置決めする第２の位置決め手段と、前記第２の位置決め手段により位置決めされた状態から、前記基板を前記対物レンズに近づけて前記観察点から前記液体を回収する回収手段とを備えたものである。 The microscope observation apparatus according to claim 2, an immersion objective lens, and a first positioning unit that positions a substrate to be observed on a surface farther from the objective lens than a focal plane of the objective lens; Supply means for supplying a liquid to a predetermined observation point of the substrate in a state where the substrate is positioned on the distant surface; and, in a state where the liquid is supplied to the observation point, the observation point is moved to the objective A second positioning means for positioning near the optical axis of the objective lens in a focal plane of the lens, and a state in which the substrate is positioned by the second positioning means, the substrate is brought close to the objective lens from the observation point. And a recovery means for recovering the liquid.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の顕微鏡観察装置において、前記供給手段は、前記離れた面のうち前記光軸付近をターゲットとして前記液体を供給し、前記第１の位置決め手段は、前記基板の前記観察点を前記離れた面のうち前記光軸付近に位置決めするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the microscope observation apparatus according to the second aspect, the supply means supplies the liquid with the vicinity of the optical axis of the separated surfaces as a target, and the first positioning means. Is for positioning the observation point of the substrate in the vicinity of the optical axis of the separated surface.

本発明によれば、液浸系の対物レンズを用いた場合に、供給された液体を効率よく回収することができる。 According to the present invention, when a liquid immersion objective lens is used, the supplied liquid can be efficiently collected.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の顕微鏡観察装置１０は、図１に示す通り、観察対象の基板４０Ａを支持するステージ部(４１〜４６)と、液浸観察部(４０,４７)と、液浸媒質の液体３０を供給／回収する機構(３１,３２,５０,６０)とで構成される。液浸観察部(４０,４７)は、図２,図３に示す液浸対物レンズ４０を含む。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the microscope observation apparatus 10 of the present embodiment includes a stage unit (41 to 46) that supports a substrate 40A to be observed, an immersion observation unit (40, 47), and a liquid 30 that is an immersion medium. It is comprised with the mechanism (31,32,50,60) which supplies / collects. The immersion observation unit (40, 47) includes the immersion objective lens 40 shown in FIGS.

また、顕微鏡観察装置１０には、図示省略したが、制御部や、観察光学系および照明光学系、基板４０Ａを自動搬送する機構、ＴＴＬ方式のオートフォーカス機構なども設けられる。基板４０Ａは、半導体ウエハや液晶基板である。顕微鏡観察装置１０は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、基板４０Ａに形成された回路パターンの欠陥や異物などの観察（外観検査）に用いられる。回路パターンは、例えばレジストパターンである。 Although not shown, the microscope observation apparatus 10 is also provided with a control unit, an observation optical system and an illumination optical system, a mechanism for automatically transporting the substrate 40A, a TTL autofocus mechanism, and the like. The substrate 40A is a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate. The microscope observation apparatus 10 is used for observation (appearance inspection) of defects or foreign matters in a circuit pattern formed on the substrate 40A in a manufacturing process of a semiconductor circuit element or a liquid crystal display element. The circuit pattern is, for example, a resist pattern.

ステージ部(４１〜４６)の説明を行う。ステージ部(４１〜４６)は、シリンジ４１とＺステージ４２とＸＹステージ４３とＺ駆動部(４４〜４６)とＸＹ駆動部(不図示)とで構成されている。Ｚ駆動部(４４〜４６)は、Ｚステージ４２に取り付けられた送りネジ４４とモータ４５と変位検出器４６とで構成され、モータ４５の回転力を送りネジ４４で直線運動に変換してＺステージ４２を駆動する。ＸＹ駆動部(不図示)は、ＸＹステージ４３を駆動する。シリンジ４１は、Ｚステージ４２により鉛直方向に移動可能、ＸＹステージ４３により水平面内で移動可能に支持されている。基板４０Ａは、例えば現像装置から搬送されてシリンジ４１の上面に載置され、例えば真空吸着により固定的に支持される。 The stage part (41-46) is demonstrated. The stage unit (41 to 46) includes a syringe 41, a Z stage 42, an XY stage 43, a Z drive unit (44 to 46), and an XY drive unit (not shown). The Z drive unit (44 to 46) is composed of a feed screw 44 attached to the Z stage 42, a motor 45, and a displacement detector 46, and the rotational force of the motor 45 is converted into a linear motion by the feed screw 44. The stage 42 is driven. An XY drive unit (not shown) drives the XY stage 43. The syringe 41 is supported so as to be movable in the vertical direction by the Z stage 42 and movable in the horizontal plane by the XY stage 43. For example, the substrate 40A is conveyed from the developing device and placed on the upper surface of the syringe 41, and is fixedly supported by, for example, vacuum suction.

また、Ｚ駆動部(４４〜４６)では、モータ４５の回転量に応じて変位検出器４６の出力値が変化する。モータ４５の回転量と送りネジ４４の移動量とＺステージ４２の鉛直方向の移動量との関係は一意的に決まっているため、変位検出器４６の出力値に基づいて、シリンジ４１の鉛直方向の移動量を知ることができる。さらに、送りネジ４４の両端にはリミットスイッチ(不図示)が設けられ、一方のリミットスイッチを基準にしてシリンジ４１の絶対高さを知ることができる。変位検出器４６は、例えばロータリーエンコーダやリニアエンコーダ、ポテンショメータなどである。 In the Z drive unit (44 to 46), the output value of the displacement detector 46 changes according to the rotation amount of the motor 45. Since the relationship between the rotation amount of the motor 45, the movement amount of the feed screw 44, and the movement amount of the Z stage 42 in the vertical direction is uniquely determined, the vertical direction of the syringe 41 is determined based on the output value of the displacement detector 46. You can know the amount of movement. Further, limit switches (not shown) are provided at both ends of the feed screw 44, and the absolute height of the syringe 41 can be known with reference to one limit switch. The displacement detector 46 is, for example, a rotary encoder, a linear encoder, a potentiometer, or the like.

液浸観察部(４０,４７)の説明を行う。液浸観察部(４０,４７)には、液浸対物レンズ４０（図２,図３参照）と、接眼レンズ４７とが設けられる。液浸対物レンズ４０および接眼レンズ４７は、各々、顕微鏡観察装置１０の本体に固定されている。また、顕微鏡観察装置１０の本体内部（液浸対物レンズ４０と接眼レンズ４７との間）には、図示省略した照明光源などが設けられる。観察波長は、例えば可視域や紫外域である。なお、紫外域の波長の照明光源を用いる場合は、接眼レンズ４７からの観察はできないので、接眼レンズ４７の代わりにＣＣＤカメラなどを設けて撮像し、モニタ装置に表示して観察する。 The immersion observation unit (40, 47) will be described. In the immersion observation section (40, 47), an immersion objective lens 40 (see FIGS. 2 and 3) and an eyepiece lens 47 are provided. The immersion objective lens 40 and the eyepiece lens 47 are each fixed to the main body of the microscope observation apparatus 10. Further, an illumination light source (not shown) is provided inside the main body of the microscope observation apparatus 10 (between the immersion objective lens 40 and the eyepiece lens 47). The observation wavelength is, for example, a visible region or an ultraviolet region. Note that when an illumination light source having a wavelength in the ultraviolet region is used, observation from the eyepiece lens 47 is not possible.

ここで、液浸対物レンズ４０の説明を行う。液浸対物レンズ４０は、液浸系の対物レンズであり、図２に示す通り、光軸１０ａに沿って配置された７個のレンズ素子１１〜１７と、レンズ素子１１〜１７を保持する鏡筒(２０〜２９)と、鏡筒(２０〜２９)の内部を貫通して設けられた２本の液体流路３１,３２とで構成される。
鏡筒(２０〜２９)は、レンズ素子１１〜１７を所定の間隔で固定する金物２０〜２７と、金物２０〜２７の外側を覆うように構成された筒状部材２８と、筒状部材２８の下方に取り付けられた環状部材２９とで構成される。 Here, the immersion objective lens 40 will be described. The immersion objective lens 40 is an immersion objective lens, and as shown in FIG. 2, seven lens elements 11 to 17 arranged along the optical axis 10 a and a mirror that holds the lens elements 11 to 17. It is comprised by the cylinder (20-29) and the two liquid flow paths 31 and 32 provided by penetrating the inside of a lens-barrel (20-29).
The lens barrel (20-29) includes a hardware 20-27 for fixing the lens elements 11-17 at predetermined intervals, a cylindrical member 28 configured to cover the outside of the hardware 20-27, and a cylindrical member 28. And an annular member 29 attached below.

筒状部材２８と環状部材２９は、Ｏリングなどのシール材３５,３６を挟んで締結され、液体流路３１,３２からの液漏れを防止している。なお、金物２１〜２７にはレンズ素子１１〜１７が取り付けられ、金物２６,２７の間に金物２０が挿入される。液浸対物レンズ４０は、鏡筒(２０〜２９)の筒状部材２８の上端に設けられた取付部３７を利用して、顕微鏡観察装置１０の本体に固定される。 The tubular member 28 and the annular member 29 are fastened with sealing materials 35 and 36 such as O-rings interposed therebetween, and prevent liquid leakage from the liquid flow paths 31 and 32. The lens elements 11 to 17 are attached to the hardware 21 to 27, and the hardware 20 is inserted between the hardware 26 and 27. The immersion objective lens 40 is fixed to the main body of the microscope observation apparatus 10 by using an attachment portion 37 provided at the upper end of the cylindrical member 28 of the lens barrel (20 to 29).

２本の液体流路３１,３２は、鏡筒(２０〜２９)のうち筒状部材２８と環状部材２９の内部を貫通して設けられ、筒状部材２８の貫通穴と環状部材２９の貫通穴を連結したものとなっている。筒状部材２８の貫通穴は、光軸１０ａに対して略平行に形成された管状の穴である。環状部材２９の貫通穴は、光軸１０ａに対して斜めに形成され、下方ほど光軸１０ａに接近するように形成された管状の穴である。液体流路３１,３２それぞれの下方の一端は、開口３１Ａ,３２Ａである。 The two liquid flow paths 31 and 32 are provided through the inside of the cylindrical member 28 and the annular member 29 in the lens barrel (20 to 29), and the through hole of the cylindrical member 28 and the annular member 29 are penetrated. The holes are connected. The through hole of the tubular member 28 is a tubular hole formed substantially parallel to the optical axis 10a. The through hole of the annular member 29 is a tubular hole that is formed obliquely with respect to the optical axis 10a and is formed so as to approach the optical axis 10a as it goes downward. The lower ends of the liquid flow paths 31 and 32 are openings 31A and 32A, respectively.

さらに、２本の液体流路３１,３２のうち、一方の液体流路３１は、上端側の継手３８を介して、顕微鏡観察装置１０の液体供給装置５０の配管５１に接続される。また、他方の液体流路３２は、上端側の継手３９を介して、顕微鏡観察装置１０の液体回収装置６０の配管６１に接続される。
そして、液体供給装置５０側の液体流路３１は、レンズ素子１１〜１７の先端１１Ａ近傍の空間（つまり先端１１Ａと液浸観察の対象物との間）に、液浸媒質の液体３０（図３(ａ)参照）を供給する際に用いられる。液体３０は、液体流路３１の開口３１Ａから吐出される。以下の説明では供給用の液体流路３１を「吐出ノズル３１」という。また、液体回収装置６０側の液体流路３２は、その空間から液体３０を回収する際に用いられる。このとき、液体３０は、液体流路３２の開口３２Ａから吸引される。以下の説明では回収用の液体流路３２を「吸引ノズル３２」という。 Furthermore, one of the two liquid channels 31 and 32 is connected to the pipe 51 of the liquid supply device 50 of the microscope observation apparatus 10 via the joint 38 on the upper end side. The other liquid flow path 32 is connected to a pipe 61 of the liquid recovery apparatus 60 of the microscope observation apparatus 10 via a joint 39 on the upper end side.
Then, the liquid flow path 31 on the liquid supply device 50 side has a liquid 30 (see FIG. 5) in the space near the tip 11A of the lens elements 11 to 17 (that is, between the tip 11A and the object for immersion observation). 3 (a)). The liquid 30 is discharged from the opening 31 A of the liquid flow path 31. In the following description, the liquid passage 31 for supply is referred to as “discharge nozzle 31”. The liquid flow path 32 on the liquid recovery device 60 side is used when recovering the liquid 30 from the space. At this time, the liquid 30 is sucked from the opening 32 A of the liquid flow path 32. In the following description, the recovery liquid channel 32 is referred to as a “suction nozzle 32”.

なお、レンズ素子１１〜１７の先端１１Ａは、レンズ素子１１〜１７のうち最も物体側のレンズ素子１１（先球）のレンズ面であり、略平坦な形状となっている。また、レンズ素子１１を固定する金物２１の先端も、同様の形状となっている。これらの平坦な先端部分（図３(ｂ)に示す直径ｄの面）からレンズ素子１１〜１７の焦点面１０ｃまでの距離δは、液浸対物レンズ４０の作動距離δに相当する。上記の液体３０は、概略、直径ｄの平坦な面から距離δまでの空間に充填され（図３(ａ)）、表面張力により「液滴」を形成する。レンズ素子１１〜１４は、液体３０が充填されたときに、その収差が補正されるように設計されている。 The tip 11A of the lens elements 11 to 17 is the lens surface of the lens element 11 (the tip ball) closest to the object among the lens elements 11 to 17, and has a substantially flat shape. The tip of the hardware 21 for fixing the lens element 11 has a similar shape. A distance δ from these flat tip portions (surface of diameter d shown in FIG. 3B) to the focal plane 10c of the lens elements 11 to 17 corresponds to the working distance δ of the immersion objective lens 40. The liquid 30 is generally filled in a space from a flat surface having a diameter d to a distance δ (FIG. 3A), and forms “droplets” by surface tension. The lens elements 11 to 14 are designed so that the aberration is corrected when the liquid 30 is filled.

また、吐出ノズル３１は、開口３１Ａ側の部分（環状部材２９の貫通穴）が光軸１０ａに対して斜めに形成され、かつ、その中心線３１Ｂ（図３(ｃ)）がレンズ素子１１〜１７の焦点面１０ｃよりも下方の面１０ｂ（レンズ素子から離れた面）で光軸１０ａと交わるように設けられる。開口３１Ａ側の部分の傾斜角θを上記のように設定することで、焦点面１０ｃよりも下方の面１０ｂのうち光軸１０ａ付近をターゲットとして開口３１Ａから液体３０を吐出することができる。以下の説明では面１０ｂを「液体吐出面１０ｂ」という。焦点面１０ｃと液体吐出面１０ｂとの間隔εは、液浸対物レンズ４０において固定値である。 Further, in the discharge nozzle 31, a portion on the opening 31A side (through hole of the annular member 29) is formed obliquely with respect to the optical axis 10a, and a center line 31B (FIG. 3C) is formed of the lens elements 11 to 11. 17 is provided so as to intersect with the optical axis 10a at a surface 10b (surface away from the lens element) below the focal plane 10c. By setting the inclination angle θ of the portion on the opening 31A side as described above, the liquid 30 can be discharged from the opening 31A with the vicinity of the optical axis 10a in the surface 10b below the focal plane 10c as a target. In the following description, the surface 10b is referred to as “liquid ejection surface 10b”. The distance ε between the focal plane 10 c and the liquid ejection surface 10 b is a fixed value in the immersion objective lens 40.

なお、吐出ノズル３１の開口３１Ａが設けられた部位２９Ａ（傾斜面）の傾きは、開口３１Ａ側の部分の傾斜角θに対して略直交するように定めることが好ましい。このように加工することで、吐出時の指向性を良くすることができる。また、開口３１Ａ側の部分の傾斜角θを考慮して、レンズ素子１１（先球）を固定する金物２１のうち、外部に露出したテーパ部分の傾斜角α（図３(ｂ)）を、「α≦θ」という関係を満足するように定めることが好ましい。また、吸引ノズル３２の開口３２Ａ側の部分（環状部材２９の貫通穴）の傾斜角を上記の傾斜角θと略等しくすることが好ましい。この場合、液体３０を効率よく吸引でき、加工し易いという利点がある。 The inclination of the portion 29A (inclined surface) where the opening 31A of the discharge nozzle 31 is provided is preferably determined so as to be substantially orthogonal to the inclination angle θ of the portion on the opening 31A side. By processing in this way, the directivity at the time of discharge can be improved. Further, in consideration of the inclination angle θ of the portion on the opening 31A side, the inclination angle α (FIG. 3 (b)) of the taper portion exposed to the outside of the hardware 21 for fixing the lens element 11 (the tip ball) is It is preferable to determine so as to satisfy the relationship “α ≦ θ”. Further, it is preferable that the inclination angle of the portion of the suction nozzle 32 on the opening 32A side (through hole of the annular member 29) is substantially equal to the above inclination angle θ. In this case, there is an advantage that the liquid 30 can be efficiently sucked and processed easily.

液体対物レンズ４０が上記のように構成されるため、観察対象の基板４０Ａは、液体３０の供給時に液体吐出面１０ｂに位置決めされ、その後、焦点面１０ｃに位置決めされて、観察状態となる（詳細は後述）。このような位置決め制御を実現するため、顕微鏡観察装置１０の制御部は、予め、液体吐出面１０ｂと焦点面１０ｃとの各々に基板４０Ａが位置決めされるときの変位検出器４６の出力値を測定し、記憶している。 Since the liquid objective lens 40 is configured as described above, the substrate 40A to be observed is positioned on the liquid ejection surface 10b when the liquid 30 is supplied, and then positioned on the focal plane 10c to be in an observation state (details). Will be described later). In order to realize such positioning control, the control unit of the microscope observation apparatus 10 previously measures the output value of the displacement detector 46 when the substrate 40A is positioned on each of the liquid ejection surface 10b and the focal plane 10c. And remember.

液浸観察部(４０,４７)では、焦点面１０ｃに基板４０Ａが位置決めされると、接眼レンズ４７の視野位置に基板４０Ａの拡大像（パターン像）が形成され、この像により基板４０Ａの観察が行われる。また、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間を満たす液体３０の屈折率(＞１)に応じて、液浸対物レンズ４０の開口数を“１”より大きくすることができ、乾燥系の装置（対物レンズの開口数≦１）と比較して分解能を確実に向上させることができる。 In the immersion observation section (40, 47), when the substrate 40A is positioned on the focal plane 10c, an enlarged image (pattern image) of the substrate 40A is formed at the visual field position of the eyepiece lens 47, and this image is used to observe the substrate 40A. Is done. Further, the numerical aperture of the immersion objective lens 40 can be made larger than “1” in accordance with the refractive index (> 1) of the liquid 30 filling the space between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A. Compared with a system apparatus (numerical aperture of objective lens ≦ 1), the resolution can be improved reliably.

ちなみに、分解能は、液浸対物レンズ４０の開口数ＮＡと、観察波長λと、定数ｋとを用いて、「分解能＝ｋ×λ／ＮＡ」と表される。定数ｋの値には、２線間の分解能を議論する場合、通常“０.５”が用いられる。また、液浸対物レンズ４０の開口数ＮＡは、液浸対物レンズ４０の開き角βと、液浸対物レンズ４０と基板４０Ａとの間の媒質の屈折率ｎとを用いて、「ＮＡ＝ｎ×sinβ」と表される。このように、分解能は、液浸対物レンズ４０と基板４０Ａとの間の屈折率ｎの増加に逆比例して小さくなる（向上する）。 Incidentally, the resolution is expressed as “resolution = k × λ / NA” using the numerical aperture NA of the immersion objective lens 40, the observation wavelength λ, and the constant k. When discussing the resolution between two lines, the value of the constant k is normally “0.5”. Further, the numerical aperture NA of the immersion objective lens 40 is expressed as “NA = n” using the opening angle β of the immersion objective lens 40 and the refractive index n of the medium between the immersion objective lens 40 and the substrate 40A. Xsinβ ". Thus, the resolution decreases (improves) in inverse proportion to the increase in the refractive index n between the immersion objective lens 40 and the substrate 40A.

液体３０を供給／回収する機構(３１,３２,５０,６０)の説明を行う。この機構(３１,３２,５０,６０)は、液体供給装置５０と吐出ノズル３１と吸引ノズル３２と液体回収装置６０とで構成される。吐出ノズル３１と吸引ノズル３２は、既に説明した通り、液浸対物レンズ４０の鏡筒(２０〜２９)の内部を貫通して一体的に設けられ、その先端（開口３１Ａ,開口３２Ａ）が液浸対物レンズ４０の先端近傍に配置される。 The mechanism (31, 32, 50, 60) for supplying / recovering the liquid 30 will be described. The mechanism (31, 32, 50, 60) includes a liquid supply device 50, a discharge nozzle 31, a suction nozzle 32, and a liquid recovery device 60. As described above, the discharge nozzle 31 and the suction nozzle 32 are integrally provided through the interior of the lens barrel (20 to 29) of the immersion objective lens 40, and the tip (opening 31A, opening 32A) is liquid. It is disposed near the tip of the immersion objective lens 40.

液体供給装置５０は、吐出ノズル３１に接続された配管５１と、配管５１の途中に配置された２位置切り換え式の電磁弁５２と、新しい清浄な液体５Ａを収容する液体タンク５３と、加圧ポンプ(５４〜５７)とで構成される。加圧ポンプ(５４〜５７)は、シリンダ５４とピストン５５と送りネジ５６とモータ５７とで構成される。
ピストン５５は、モータ５７の動力を直線運動に変換する送りネジ５６に結合され、任意の速度で左右方向に往復移動可能である。ピストン５５の移動速度は、モータ５７の回転速度に応じて調整可能である。ピストン５５の移動方向は、モータ５７の回転方向に対応する。 The liquid supply device 50 includes a pipe 51 connected to the discharge nozzle 31, a two-position switching type electromagnetic valve 52 disposed in the middle of the pipe 51, a liquid tank 53 containing new clean liquid 5 A, and pressurization It is comprised with a pump (54-57). The pressurizing pump (54 to 57) includes a cylinder 54, a piston 55, a feed screw 56, and a motor 57.
The piston 55 is coupled to a feed screw 56 that converts the power of the motor 57 into linear motion, and can reciprocate in the left-right direction at an arbitrary speed. The moving speed of the piston 55 can be adjusted according to the rotational speed of the motor 57. The moving direction of the piston 55 corresponds to the rotating direction of the motor 57.

シリンダ５４は、電磁弁５２の第１経路を介して液体タンク５３に接続され、第２経路を介して吐出ノズル３１に接続される。ただし、電磁弁５２において、２つの経路が同時に開放されることはなく、常に何れか一方のみが開放され、接続状態に設定される。電磁弁５２は、第１経路において、シリンダ５４と液体タンク５３との間の経路を接続／遮断する。また、電磁弁５２は、第２経路において、シリンダ５４と吐出ノズル３１との間の経路を接続／遮断する。 The cylinder 54 is connected to the liquid tank 53 via the first path of the electromagnetic valve 52 and is connected to the discharge nozzle 31 via the second path. However, in the solenoid valve 52, the two paths are not opened at the same time, and only one of them is always opened, and the connected state is set. The electromagnetic valve 52 connects / disconnects the path between the cylinder 54 and the liquid tank 53 in the first path. The electromagnetic valve 52 connects / disconnects the path between the cylinder 54 and the discharge nozzle 31 in the second path.

電磁弁５２において第１経路が開放され、シリンダ５４と液体タンク５３とが実際に接続された状態で、ピストン５５を図中右方向に移動させることにより、液体タンク５３の内部の液体５Ａをシリンダ５４の内部に導入することができる（液体５Ｂ）。
電磁弁５２において第２経路が開放され、シリンダ５４と吐出ノズル３１とが実際に接続された状態で、ピストン５５を図中左方向に移動させることにより、シリンダ５４の内部の液体５Ｂを吐出ノズル３１に送り出すことができる。送り出された液体５Ｂは、吐出ノズル３１の先端から吐出し、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間に到達する（液体３０）。つまり、液体供給装置５０により吐出ノズル３１を介して液体３０の供給が行われる。液体３０の供給は、液浸観察の前に、不図示の制御部が自動的に行う。 In the state where the first path is opened in the solenoid valve 52 and the cylinder 54 and the liquid tank 53 are actually connected, the piston 55 is moved in the right direction in the drawing, whereby the liquid 5A inside the liquid tank 53 is moved to the cylinder. 54 (liquid 5B).
In the state where the second path is opened in the solenoid valve 52 and the cylinder 54 and the discharge nozzle 31 are actually connected, the piston 55 is moved in the left direction in the figure, whereby the liquid 5B inside the cylinder 54 is discharged from the discharge nozzle. 31 can be sent out. The delivered liquid 5B is discharged from the tip of the discharge nozzle 31 and reaches between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A (liquid 30). In other words, the liquid 30 is supplied through the discharge nozzle 31 by the liquid supply device 50. The supply of the liquid 30 is automatically performed by a control unit (not shown) before the immersion observation.

シリンダ５４から吐出ノズル３１に送り出される液体５Ｂの量（つまり液体３０の供給量Ｖ）は、シリンダ５４の断面積Ｓとピストン５５の移動量Ｘとの積に等しく（Ｖ＝Ｓ・Ｘ）、ピストン５５の移動量Ｘに応じて任意に調整することができる。また、液体３０の供給速度は、ピストン５５の移動速度に応じて任意に調整することができる。ピストン５５の移動速度は、液体３０が吐出ノズル３１の先端から飛び散らないように遅く設定することが好ましい。 The amount of the liquid 5B delivered from the cylinder 54 to the discharge nozzle 31 (that is, the supply amount V of the liquid 30) is equal to the product of the cross-sectional area S of the cylinder 54 and the movement amount X of the piston 55 (V = S · X). It can be arbitrarily adjusted according to the movement amount X of the piston 55. Further, the supply speed of the liquid 30 can be arbitrarily adjusted according to the moving speed of the piston 55. The moving speed of the piston 55 is preferably set to be slow so that the liquid 30 does not scatter from the tip of the discharge nozzle 31.

そして、液体３０の供給量Ｖを適切にすることができれば、液体３０は、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間において、表面張力により「液滴」を形成する。つまり、周囲に流れ出したり、逆に気泡が除去できなかったりすることはない。液体３０が周囲に流れ出すのは、液体３０の供給量Ｖが多すぎて表面張力の限界を超えた場合である。この場合、観察後に全ての液体３０を回収するのが困難になる。また、気泡が残留するのは、液体３０の供給量Ｖが少なすぎた場合である。この場合、液浸対物レンズ４０による鮮明な像の形成が困難になる。液体３０の適切な供給量Ｖとは、表面張力により、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間に「液滴」を形成可能な量である。 If the supply amount V of the liquid 30 can be made appropriate, the liquid 30 forms “droplets” between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A due to surface tension. That is, it does not flow out to the surroundings, or the bubbles cannot be removed. The liquid 30 flows out to the surroundings when the supply amount V of the liquid 30 is too large and exceeds the limit of the surface tension. In this case, it becomes difficult to collect all the liquid 30 after observation. The bubbles remain when the supply amount V of the liquid 30 is too small. In this case, it becomes difficult to form a clear image by the immersion objective lens 40. The appropriate supply amount V of the liquid 30 is an amount capable of forming a “droplet” between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A due to surface tension.

液体回収装置６０は、配管６１を介して吸引ノズル３２に接続された真空バッファタンク６２と、配管６３を介して真空バッファタンク６２に接続された真空ポンプ６４とで構成される。配管６１,６３は、真空バッファタンク６２の上部に接続されている。真空バッファタンク６２には、廃液６Ａを排出するためのコック６５が取り付けられている。なお、真空ポンプ６４の代わりに工場内の真空装置(不図示)を配管６３に接続しても良い。 The liquid recovery apparatus 60 includes a vacuum buffer tank 62 connected to the suction nozzle 32 via a pipe 61 and a vacuum pump 64 connected to the vacuum buffer tank 62 via a pipe 63. The pipes 61 and 63 are connected to the upper part of the vacuum buffer tank 62. The vacuum buffer tank 62 is provided with a cock 65 for discharging the waste liquid 6A. Instead of the vacuum pump 64, a vacuum device (not shown) in the factory may be connected to the pipe 63.

液体回収装置６０では、真空ポンプ６４により、吸引ノズル３２などを介して、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間の液体３０を周りの空気と一緒に吸引する。つまり、液体３０を基板４０Ａから除去する。吸引された液体３０は、配管６１を介して真空バッファタンク６２に導かれ、そこで空気とは選別され、真空バッファタンク６２に落下する（廃液６Ａ）。そして空気のみが配管６３を介して真空ポンプ６４に導かれる。このように、吸引ノズル３２を介して液体回収装置６０により液体３０が回収される。真空ポンプ６４には空気のみを導くため、液体の流入により損傷することはない。配管６３の途中に水分除去フィルタを設けてもよい。液体３０の回収は、液浸観察の後で、不図示の制御部が自動的に行う。 In the liquid recovery apparatus 60, the liquid 30 between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A is sucked together with the surrounding air by the vacuum pump 64 through the suction nozzle 32 and the like. That is, the liquid 30 is removed from the substrate 40A. The sucked liquid 30 is guided to the vacuum buffer tank 62 through the pipe 61, where it is separated from the air and falls into the vacuum buffer tank 62 (waste liquid 6A). Only air is guided to the vacuum pump 64 via the pipe 63. Thus, the liquid 30 is recovered by the liquid recovery device 60 via the suction nozzle 32. Since only air is guided to the vacuum pump 64, it is not damaged by the inflow of liquid. A moisture removal filter may be provided in the middle of the pipe 63. Recovery of the liquid 30 is automatically performed by a control unit (not shown) after immersion observation.

本実施形態では、液浸媒質の液体３０として例えば純水を使用する。純水は、半導体製造工程などで容易に大量入手できるものである。また、基板４０Ａ上のフォトレジストに対する悪影響がないため、基板４０Ａの非破壊検査が可能となる。また、純水は環境に対する悪影響もなく、不純物の含有量が極めて低いため、基板４０Ａの表面を洗浄する作用も期待できる。なお、半導体製造工程で使用される純水は一般に「超純水」と呼ばれる。これは一般に「純水」と呼ばれるものより純度が高い。本実施形態においても超純水を用いるのがより好ましい。 In the present embodiment, for example, pure water is used as the liquid 30 of the immersion medium. Pure water can be easily obtained in large quantities in a semiconductor manufacturing process or the like. Further, since there is no adverse effect on the photoresist on the substrate 40A, a nondestructive inspection of the substrate 40A is possible. In addition, pure water has no adverse effect on the environment, and since the content of impurities is extremely low, an effect of cleaning the surface of the substrate 40A can be expected. The pure water used in the semiconductor manufacturing process is generally called “ultra pure water”. This is more pure than what is commonly referred to as “pure water”. Also in this embodiment, it is more preferable to use ultrapure water.

ここで、上記した構成要素のうち、吐出ノズル３１と吸引ノズル３２をステンレス(電解研磨して酸化被膜を形成したステンレス)鋼またはテフロン（登録商標）（フッ素樹脂ＰＴＦＥ）により構成し、シール材をテフロンまたはフッ素ゴムにより構成し、全ての配管５１,６１,…をステンレス鋼またはテフロンにより構成し、その他、液体３０が触れる全ての面（ピストン５５や液体タンク５３や真空バッファタンク６２の内面など）も、同様の材料で構成することが好ましい。これらのステンレス鋼とテフロンは、化学的に安定で、液体３０に不純物（例えば金属イオン系など）が混入し難いという利点がある。 Here, among the above-described components, the discharge nozzle 31 and the suction nozzle 32 are made of stainless steel (stainless steel formed by electrolytic polishing to form an oxide film) steel or Teflon (registered trademark) (fluororesin PTFE), and a sealing material is used. It is made of Teflon or fluororubber, all the pipes 51, 61,... Are made of stainless steel or Teflon, and all other surfaces that the liquid 30 touches (the inner surface of the piston 55, the liquid tank 53, the vacuum buffer tank 62, etc.) Is preferably made of the same material. These stainless steels and Teflon are advantageous in that they are chemically stable and impurities (for example, metal ion-based materials) are hardly mixed into the liquid 30.

また、液体供給装置５０の液体タンク５３における液体５Ａの残量をモニタするため、液体タンク５３にフロートセンサ(液面計)と上限レベルセンサと下限レベルセンサを搭載し、各センサの出力を操作ＰＣ画面上で確認できるようにすることが好ましい。さらに、液体５Ａが下限レベルセンサの位置に到達した時点で、操作ＰＣ画面上にワーニング表示を出すようにすることが好ましい。また、液体回収装置６０の真空バッファタンク６２にも同様のセンサを搭載し、廃液６Ａが上限レベルセンサの位置に到達した時点で、操作ＰＣ画面上にワーニング表示を出すようにすることが好ましい。 Further, in order to monitor the remaining amount of the liquid 5A in the liquid tank 53 of the liquid supply device 50, the liquid tank 53 is equipped with a float sensor (liquid level gauge), an upper limit level sensor, and a lower limit level sensor, and operates the output of each sensor. It is preferable to be able to confirm on the PC screen. Furthermore, it is preferable to display a warning display on the operation PC screen when the liquid 5A reaches the position of the lower limit level sensor. Further, it is preferable that a similar sensor is mounted on the vacuum buffer tank 62 of the liquid recovery apparatus 60 so that a warning display is displayed on the operation PC screen when the waste liquid 6A reaches the position of the upper limit level sensor.

次に、顕微鏡観察装置１０における基板４０Ａの観察動作を説明する。基板４０Ａの観察動作は、不図示の制御部による自動制御である。液体供給装置５０の電磁弁５２は初期状態において第２経路が開放され、シリンダ５４と吐出ノズル３１とが配管５１などを介して実際に接続された状態となっている。なお、顕微鏡観察装置１０を用いた観察は、例えば、他の欠陥検査装置により検出された欠陥や異物などの原因やその状態を確認するための外観検査に相当する。 Next, the observation operation of the substrate 40A in the microscope observation apparatus 10 will be described. The observation operation of the substrate 40A is automatic control by a control unit (not shown). The electromagnetic valve 52 of the liquid supply device 50 is in a state where the second path is opened in the initial state, and the cylinder 54 and the discharge nozzle 31 are actually connected via the pipe 51 and the like. Note that the observation using the microscope observation apparatus 10 corresponds to, for example, an appearance inspection for confirming the cause and state of a defect or a foreign matter detected by another defect inspection apparatus.

制御部は、基板４０Ａの観察動作の開始に先立ち、液体３０の適切な供給量Ｖ（つまり表面張力により「液滴」を形成可能な量）を計算し、この供給量Ｖを実現するために必要なピストン５５の移動量Ｘ（＝Ｖ０/Ｓ）を“目標値”として計算する。そして、ピストン５５の移動量Ｘの計算後、基板４０Ａの観察動作を開始する。
まず、観察対象の基板４０Ａをステージ部(４１〜４６)に搬送し、シリンジ４１の上面に固定させる。次に、Ｚ駆動部(４４〜４６)を介してＺステージ４２を制御し、シリンジ４１を鉛直方向に移動させる。そして、変位検出器４６の出力値に基づいて、基板４０Ａを液体吐出面１０ｂ（図３(ｃ)）に位置決めする。さらに、ＸＹステージ４３を制御し、シリンジ４１を水平面内で移動させて、基板４０Ａの予め定めた観察点を液体吐出面１０ｃのうちの光軸１０ａ付近に位置決めする。 Prior to the start of the observation operation of the substrate 40A, the control unit calculates an appropriate supply amount V of the liquid 30 (that is, an amount capable of forming “droplets” by surface tension), and realizes this supply amount V. A necessary movement amount X (= V0 / S) of the piston 55 is calculated as a “target value”. Then, after the movement amount X of the piston 55 is calculated, the observation operation of the substrate 40A is started.
First, the substrate 40A to be observed is transported to the stage unit (41 to 46) and fixed to the upper surface of the syringe 41. Next, the Z stage 42 is controlled via the Z drive unit (44 to 46), and the syringe 41 is moved in the vertical direction. Based on the output value of the displacement detector 46, the substrate 40A is positioned on the liquid ejection surface 10b (FIG. 3C). Further, the XY stage 43 is controlled, and the syringe 41 is moved in the horizontal plane to position a predetermined observation point of the substrate 40A near the optical axis 10a in the liquid ejection surface 10c.

その後、基板４０Ａを上記の状態に保って、液体３０の供給を開始させる。つまり、液体供給装置５０のモータ５７を回転させて送りネジ５６を移動させ、ピストン５５を図中左方向に移動させる。ピストン５５の移動により、シリンダ５４の内部の液体５Ｂが電磁弁５２(第２経路)と配管５１とを介して吐出ノズル３１に送り出され、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間に到達する（液体３０）。このとき、吐出ノズル３１の開口３１Ａからの液体３０は、図４(ａ)に示す通り、液体吐出面１０ｂの光軸１０ａ付近（つまり基板４０Ａの観察点）をターゲットとして吐出される。 Thereafter, the supply of the liquid 30 is started while keeping the substrate 40A in the above-described state. That is, the motor 57 of the liquid supply device 50 is rotated to move the feed screw 56, and the piston 55 is moved leftward in the figure. Due to the movement of the piston 55, the liquid 5B inside the cylinder 54 is sent to the discharge nozzle 31 via the electromagnetic valve 52 (second path) and the pipe 51, and between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A. Reach (liquid 30). At this time, as shown in FIG. 4A, the liquid 30 from the opening 31A of the discharge nozzle 31 is discharged using the vicinity of the optical axis 10a of the liquid discharge surface 10b (that is, the observation point of the substrate 40A) as a target.

そして、ピストン５５の移動量Ｘが予め計算した“目標値”に一致した時点で、モータ５７を停止させる。つまり、液体３０の供給を停止させる。このように、ピストン５５の移動量Ｘを予め計算した“目標値”に一致させ、精密な定量吐出を行うことで、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間に供給された液体３０の量を、表面張力により「液滴」を形成可能な量（供給量Ｖ）とすることができる。また、液体吐出面１０ｂの光軸１０ａ付近（つまり基板４０Ａの観察点）には、吐出ノズル３１から吐出された体積Ｖの液体３０が表面張力によって丸く集まることになる。 When the movement amount X of the piston 55 coincides with the “target value” calculated in advance, the motor 57 is stopped. That is, the supply of the liquid 30 is stopped. In this way, the liquid 30 supplied between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A is made by making the movement amount X of the piston 55 coincide with the “target value” calculated in advance and performing precise quantitative discharge. This amount can be an amount (supply amount V) capable of forming a “droplet” by surface tension. In addition, the volume V of liquid 30 discharged from the discharge nozzle 31 gathers roundly due to surface tension near the optical axis 10a of the liquid discharge surface 10b (that is, the observation point of the substrate 40A).

このようにして液体３０の供給が終了すると、再びＺステージ４２を制御し、シリンジ４１を鉛直方向に移動させる（図４(ｂ),図５(ａ)参照）。そして、変位検出器４６の出力値に基づいて、基板４０Ａを間隔εだけ上昇させ、焦点面１０ｃに位置決めする。このとき、基板４０Ａの観察点は、液体吐出面１０ｂの光軸１０ａ付近から光軸１０ａに沿って上昇し、焦点面１０ｃの光軸１０ａ付近に位置決めされる。なお、位置決め精度は、変位検出器４６の検出精度に応じたものである。 When the supply of the liquid 30 is completed in this way, the Z stage 42 is controlled again and the syringe 41 is moved in the vertical direction (see FIGS. 4B and 5A). Then, based on the output value of the displacement detector 46, the substrate 40A is raised by the interval ε and positioned on the focal plane 10c. At this time, the observation point of the substrate 40A rises from the vicinity of the optical axis 10a of the liquid ejection surface 10b along the optical axis 10a and is positioned near the optical axis 10a of the focal plane 10c. The positioning accuracy corresponds to the detection accuracy of the displacement detector 46.

このため、不図示のオートフォーカス機構により、精密な焦点合わせを行った後、液浸観察可能となる。液体３０は、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａの観察点との間に充填され、「液滴」を形成する。この状態で、観察者は、接眼レンズ４７を介して、基板４０Ａの観察点の液浸観察を行う。液体３０の供給量Ｖが適切で、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間に気泡が残留しないため、基板４０Ａの観察点の鮮明な像を観察することができる。 For this reason, immersion observation becomes possible after performing precise focusing by an auto focus mechanism (not shown). The liquid 30 is filled between the tip of the immersion objective lens 40 and the observation point of the substrate 40A to form a “droplet”. In this state, the observer performs immersion observation of the observation point of the substrate 40 A through the eyepiece 47. Since the supply amount V of the liquid 30 is appropriate and no bubbles remain between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A, a clear image of the observation point of the substrate 40A can be observed.

なお、液体３０を供給後、必要に応じて、液体供給装置５０の電磁弁５２の経路を切り換え（つまり第１経路を開放させ）、液体タンク５３の清浄な液体５Ａをシリンダ５４の内部に取り込む。また、この取り込み後には、電磁弁５２の経路を再び切り換えて、シリンダ５４が吐出ノズル３１に繋がるようにしておく。
そして観察者から「液浸観察終了」の指示を受け取ると、制御部は、液体回収装置６０の真空ポンプ６４を制御して、吸引ノズル３２などを介して、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａの観察点との間から液体３０を回収する。つまり、基板４０Ａに「液滴」が残らないようにする。このとき、真空ポンプ６４による吸い込み速度（真空排気の速度）は、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間隔に起因する空気漏れ量よりも、吸引ノズル３２からの吸い込み量が大きくなるような条件とすることが好ましい。このことはベルヌーイの定理からも明白である。 After supplying the liquid 30, the path of the electromagnetic valve 52 of the liquid supply apparatus 50 is switched (that is, the first path is opened) as necessary, and the clean liquid 5A in the liquid tank 53 is taken into the cylinder 54. . Further, after the intake, the path of the electromagnetic valve 52 is switched again so that the cylinder 54 is connected to the discharge nozzle 31.
When receiving an instruction “end of immersion observation” from the observer, the control unit controls the vacuum pump 64 of the liquid recovery apparatus 60 and the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate via the suction nozzle 32 and the like. The liquid 30 is recovered from between the observation points of 40A. That is, no “droplet” is left on the substrate 40A. At this time, the suction speed (vacuum exhaust speed) by the vacuum pump 64 is such that the suction amount from the suction nozzle 32 is larger than the air leakage amount due to the distance between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A. It is preferable that the conditions are satisfied. This is clear from Bernoulli's theorem.

また、吸い込み作業の途中で、Ｚステージ４２を制御してシリンジ４１を僅かに（＜作動距離δの範囲内で）上昇させ、図５(ｂ)に示す通り、基板４０Ａを液浸対物レンズ４０に近づけ、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間隔(δ−γ)を小さくする。この場合、基板４０Ａの上昇量γに応じて、間隔(δ−γ)に起因する空気漏れ量を小さくすることができ、基板４０Ａに残存した液体３０を効果的に吸引することができる。 In the middle of the suction operation, the Z stage 42 is controlled to raise the syringe 41 slightly (<within the working distance δ), and the substrate 40A is immersed in the immersion objective lens 40 as shown in FIG. The distance (δ−γ) between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A is reduced. In this case, the amount of air leakage due to the interval (δ−γ) can be reduced according to the amount of increase γ of the substrate 40A, and the liquid 30 remaining on the substrate 40A can be effectively sucked.

基板４０Ａの上昇量γ（＜δ）は、概ね、以下の条件式を満足するように予め設定すればよい。左辺Ｓ_32Aは、吸引ノズル３２の開口３２Ａの総面積を表す。右辺は、液浸対物レンズ４０の先端(直径ｄの平坦な部分)の円周の長さ(２π(ｄ/２))と上記の間隔(δ−γ)との積、つまり、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとにより形成される円筒空間の側面積を表し、近似的に空気の吸い込み量（漏れ量）に比例する。 The amount of increase γ (<δ) of the substrate 40A may be set in advance so as to satisfy the following conditional expression. The left side S _32A represents the total area of the openings 32A of the suction nozzle 32. The right side is the product of the circumferential length (2π (d / 2)) of the tip of the immersion objective lens 40 (flat portion with a diameter d) and the interval (δ−γ), that is, the immersion objective. It represents the side area of the cylindrical space formed by the tip of the lens 40 and the substrate 40A, and is approximately proportional to the amount of air sucked (leakage).

Ｓ_32A ≧ ２π(ｄ/２)(δ−γ)
このような条件式を満足するように基板４０Ａの上昇量γ（＜δ）を設定し、液体３０の吸い込み作業の途中で、液浸対物レンズ４０の先端と基板４０Ａとの間隔(δ−γ)を小さくすると、間隔(δ−γ)に起因する空気漏れ量が小さくなり、基板４０Ａに残存した液体３０を効果的に吸引することができる。なお、上記の条件式を満足しない場合は、吸引ノズル３２に流れ込む空気の割合が多すぎて、液体３０を効果的に吸引できない。 S _32A ≧ 2π (d / 2) (δ−γ)
The amount of increase γ (<δ) of the substrate 40A is set so as to satisfy such a conditional expression, and the distance (δ−γ) between the tip of the immersion objective lens 40 and the substrate 40A during the suction operation of the liquid 30 is set. ) Is reduced, the amount of air leakage due to the interval (δ−γ) is reduced, and the liquid 30 remaining on the substrate 40A can be effectively sucked. If the above conditional expression is not satisfied, the ratio of the air flowing into the suction nozzle 32 is too large, and the liquid 30 cannot be sucked effectively.

基板４０Ａの観察点から液体３０を回収し終えると、基板４０Ａの中に他の観察点がある場合には、Ｚステージ４２を制御して基板４０Ａを降下させ、変位検出器４６の出力値に基づいて液体吐出面１０ｂに位置決めし、上記の動作を繰り返す。全ての観察点についての液浸観察が終わると、基板４０Ａをステージ部(４１〜４６)のシリンジ４１から回収して、基板４０Ａの観察動作を終了する。 When the liquid 30 is recovered from the observation point of the substrate 40A, if there is another observation point in the substrate 40A, the substrate 40A is lowered by controlling the Z stage 42, and the output value of the displacement detector 46 is obtained. Based on this, the liquid ejection surface 10b is positioned and the above operation is repeated. When immersion observation is completed for all observation points, the substrate 40A is recovered from the syringe 41 of the stage unit (41 to 46), and the observation operation of the substrate 40A is completed.

上記したように、本実施形態の顕微鏡観察装置１０では、基板４０Ａを液体吐出面１０１０ｂ（焦点面１０ｃより下方の面）に位置決めした状態で、吐出ノズル３１を介して液体３０を供給するため、液浸対物レンズ４０の作動距離δが非常に狭くても（つまり高解像で高倍率の液浸対物レンズ４０を用いても）、効率よく液体３０を供給することができる。また、液体３０を供給した後、基板４０Ａの観察点を焦点面１０ｃの光軸１０ａ付近に位置決めするため、液浸法による観察を効率よく行うことが可能となる。 As described above, in the microscope observation apparatus 10 of the present embodiment, the liquid 30 is supplied via the discharge nozzle 31 in a state where the substrate 40A is positioned on the liquid discharge surface 1010b (surface below the focal plane 10c). Even if the working distance δ of the immersion objective lens 40 is very narrow (that is, even if the immersion objective lens 40 with high resolution and high magnification is used), the liquid 30 can be supplied efficiently. In addition, since the observation point of the substrate 40A is positioned in the vicinity of the optical axis 10a of the focal plane 10c after the liquid 30 is supplied, it is possible to perform observation by the immersion method efficiently.

さらに、本実施形態の顕微鏡観察装置１０では、基板４０Ａの観察点を液体吐出面１０ｂの光軸１０ａ付近に位置決めした状態で、液体吐出面１０ｂの光軸１０ａ付近をターゲットとして液体３０を供給するため、液体供給後、観察点を光軸１０ａ沿って上昇させて焦点面１０ｃに停止させるだけで、液浸対物レンズ１０の先端と基板４０Ａとの間に素早く「液滴」を形成でき、スループットが向上する。 Furthermore, in the microscope observation apparatus 10 of the present embodiment, the liquid 30 is supplied with the observation point of the substrate 40A positioned near the optical axis 10a of the liquid ejection surface 10b and the vicinity of the optical axis 10a of the liquid ejection surface 10b as a target. Therefore, after supplying the liquid, simply by raising the observation point along the optical axis 10a and stopping it on the focal plane 10c, a “droplet” can be quickly formed between the tip of the immersion objective lens 10 and the substrate 40A, and the throughput is increased. Will improve.

また、本実施形態の顕微鏡観察装置１０では、基板４０Ａの観察が終わった後、基板４０Ａを液浸対物レンズ４０に近づけて液体３０を回収するため、基板４０Ａの観察点に残存した液体３０を効果的に吸引することができる。
さらに、本実施形態の顕微鏡観察装置１０では、液浸観察の際、液体３０の供給と回収を自動制御で行うため、作業者に対する負担が殆どなく、高スループットで基板４０Ａの液浸観察を行うことができる。 Moreover, in the microscope observation apparatus 10 of the present embodiment, after the observation of the substrate 40A is finished, the liquid 30 is collected by bringing the substrate 40A close to the immersion objective lens 40, so that the liquid 30 remaining at the observation point of the substrate 40A is removed. Effective suction is possible.
Furthermore, in the microscope observation apparatus 10 of the present embodiment, the liquid 30 is automatically supplied and collected during the immersion observation, so that there is almost no burden on the operator and the immersion observation of the substrate 40A is performed with high throughput. be able to.

また、本実施形態では、液浸対物レンズ４０の鏡筒(２０〜２９)の内部を貫通して一体的に吐出ノズル３１と吸引ノズル３２を設けたため、液浸対物レンズ４０の周辺の構造を簡素化しつつ、液体３０の供給／回収機構(３１,３２,５０,６０)を配置することができる。その結果、顕微鏡観察装置１０の小型化が実現する。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、基板４０Ａを焦点面１０ｃに位置決めする際、変位検出器４６の出力値に基づいて焦点面１０ｃへの位置決め制御を行い、その後、オートフォーカス機構により精密に位置決め制御を行ったが、本発明はこれに限定されない。変位検出器４６の出力値を利用した制御の際に、基板４０Ａをオートフォーカス機構の検出可能範囲内（焦点面１０ｃの近傍）に位置決めし、その後、同様の精密な位置決め制御を行ってもよい。また、変位検出器４６の出力値に基づく位置決め制御を精密に行い、オートフォーカス機構を省略してもよい。 In this embodiment, since the discharge nozzle 31 and the suction nozzle 32 are integrally provided through the inside of the lens barrel (20 to 29) of the immersion objective lens 40, the structure around the immersion objective lens 40 is provided. While simplifying, the supply / recovery mechanism (31, 32, 50, 60) of the liquid 30 can be arranged. As a result, downsizing of the microscope observation apparatus 10 is realized.
(Modification)
In the above-described embodiment, when positioning the substrate 40A on the focal plane 10c, positioning control on the focal plane 10c is performed based on the output value of the displacement detector 46, and then the positioning control is precisely performed by the autofocus mechanism. Although performed, the present invention is not limited to this. During the control using the output value of the displacement detector 46, the substrate 40A may be positioned within the detectable range of the autofocus mechanism (in the vicinity of the focal plane 10c), and then the same precise positioning control may be performed. . Further, the positioning control based on the output value of the displacement detector 46 may be precisely performed, and the autofocus mechanism may be omitted.

さらに、上記した実施形態では、吐出ノズル３１と吸引ノズル３２を液浸対物レンズ４０の周囲に一体的に設けたが、吐出ノズルと吸引ノズルを注射針状の部材で構成し、液浸系の対物レンズの周辺に外付けで配置してもよい。また、吐出ノズルと吸引ノズルをそれぞれ専用に設けても良いし、共有の構成としてもよい。
また、上記した実施形態では、液体吐出面１０ｂのうち光軸１０ａ付近をターゲットとして液体３０を供給したが、本発明はこれに限定されない。液体吐出面１０ｂのうち光軸１０ａから外れた場所を液体供給のターゲットにしても構わない。この場合には、基板４０Ａの観察点をターゲット地点（液体吐出面１０ｂの光軸１０ａから外れた場所）に位置決めして液体供給を行い、液体供給後に基板４０Ａの観察点を水平方向と鉛直方向との双方に移動させることが必要となる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the discharge nozzle 31 and the suction nozzle 32 are integrally provided around the immersion objective lens 40. However, the discharge nozzle and the suction nozzle are configured by injection needle-like members, It may be arranged externally around the objective lens. Further, the discharge nozzle and the suction nozzle may be provided exclusively, or may be configured in common.
In the above-described embodiment, the liquid 30 is supplied with the vicinity of the optical axis 10a of the liquid ejection surface 10b as a target, but the present invention is not limited to this. A location outside the optical axis 10a in the liquid ejection surface 10b may be used as a liquid supply target. In this case, the liquid is supplied by positioning the observation point of the substrate 40A at the target point (place away from the optical axis 10a of the liquid ejection surface 10b), and the observation point of the substrate 40A is set in the horizontal direction and the vertical direction after the liquid supply. It is necessary to move both.

さらに、上記した実施形態では、液浸対物レンズ４０を顕微鏡観察装置１０の本体に固定したが、本発明はこれに限定されない。液浸対物レンズ４０をレボルバに取り付け、他の乾燥系の対物レンズと切り換え可能にしても良い。また、上記した実施形態では、液体供給装置５０において、モータ５７と送りネジ５６によってピストン５５を駆動したが、これに代えてエアシリンダを設けてもよい。この場合、エアシリンダのストローク両端にリミットセンサを設けることが好ましい。また、純水を供給する手段として液体タンク５３を用いたが、純水製造装置などを用いて純水を供給してもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the immersion objective lens 40 is fixed to the main body of the microscope observation apparatus 10, but the present invention is not limited to this. The immersion objective lens 40 may be attached to the revolver so that it can be switched to another dry objective lens. In the above-described embodiment, in the liquid supply device 50, the piston 55 is driven by the motor 57 and the feed screw 56, but an air cylinder may be provided instead. In this case, it is preferable to provide limit sensors at both ends of the stroke of the air cylinder. Further, although the liquid tank 53 is used as a means for supplying pure water, pure water may be supplied using a pure water manufacturing apparatus or the like.

さらに、上記した実施形態では、接眼レンズ４７による液浸観察の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。撮像素子とモニタを設け、モニタの表示画像により液浸観察を行っても構わない。接眼レンズ４７による液浸観察と撮像素子およびモニタによる液浸観察との双方を行えるようにしても良いし、何れか一方でも良い。ただし、観察波長を紫外域（例えば深紫外域）とする場合には、接眼レンズを省略して撮像素子とモニタを設けることが好ましい。また、観察波長を紫外域とする場合には、顕微鏡観察装置１０の本体の内部を窒素充填することが好ましい。液浸対物レンズ４０と基板４０Ａとの間の光路は窒素充填されないが、液体３０の供給された後で紫外光による観察を行うため、紫外光が周囲の空気（酸素）と光化学反応を起こすことはない。 Furthermore, in the above-described embodiment, the example of immersion observation using the eyepiece 47 has been described, but the present invention is not limited to this. An imaging element and a monitor may be provided, and immersion observation may be performed using a display image on the monitor. Both immersion observation using the eyepiece 47 and immersion observation using the imaging device and the monitor may be performed, or either one may be used. However, when the observation wavelength is in the ultraviolet region (for example, the deep ultraviolet region), it is preferable to omit the eyepiece and provide an image sensor and a monitor. Moreover, when making an observation wavelength into an ultraviolet region, it is preferable to fill the inside of the main body of the microscope observation apparatus 10 with nitrogen. Although the optical path between the immersion objective lens 40 and the substrate 40A is not filled with nitrogen, the ultraviolet light causes a photochemical reaction with the surrounding air (oxygen) in order to perform observation with ultraviolet light after the liquid 30 is supplied. There is no.

また、上記した実施形態では、基板４０Ａの観察点ごとに液体３０を供給／回収する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。基板４０Ａの次の観察点までの距離が近い場合には、現在の観察点に供給されている液体３０を回収することなく、ＸＹステージ４３（つまり基板４０Ａ）を移動させてもよい。基板４０Ａの表面がある程度の疎水性を持ち、液浸対物レンズ４０の先端がある程度の親水性を持つ場合には、液体３０が液浸対物レンズ４０の側に付着し続けようとする。このため、ＸＹステージ４３（つまり基板４０Ａ）を移動させても、液体３０を液浸対物レンズ４０の先端に付着させておくことができ、次の観察点に到着したときに同じ液体３０を利用して観察を行える。 In the above-described embodiment, the example in which the liquid 30 is supplied / recovered for each observation point of the substrate 40A has been described. However, the present invention is not limited to this. When the distance to the next observation point of the substrate 40A is short, the XY stage 43 (that is, the substrate 40A) may be moved without collecting the liquid 30 supplied to the current observation point. When the surface of the substrate 40A has a certain degree of hydrophobicity and the tip of the immersion objective lens 40 has a certain degree of hydrophilicity, the liquid 30 tends to continue to adhere to the immersion objective lens 40 side. Therefore, even if the XY stage 43 (that is, the substrate 40A) is moved, the liquid 30 can be attached to the tip of the immersion objective lens 40, and the same liquid 30 is used when the next observation point is reached. Can be observed.

また、上記した実施形態では、液体３０として例えば純水を用いたが（水浸系）、本発明はこれに限定されない。その他、純水よりも屈折率の高い油（例えば液浸オイルやシリコンオイルなど）を液体３０として用いてもよい（油浸系）。この場合、液体３０を液浸対物レンズ４０の先端に付着させながらＸＹステージ４３（つまり基板４０Ａ）を移動させるには、基板４０Ａの表面がある程度の親水性を持ち、液浸対物レンズ４０の先端がある程度の疎水性を持つことが好ましい。 In the above embodiment, pure water is used as the liquid 30 (water immersion system), but the present invention is not limited to this. In addition, oil (for example, immersion oil or silicone oil) having a higher refractive index than pure water may be used as the liquid 30 (oil immersion system). In this case, in order to move the XY stage 43 (that is, the substrate 40A) while adhering the liquid 30 to the tip of the immersion objective lens 40, the surface of the substrate 40A has a certain degree of hydrophilicity, and the tip of the immersion objective lens 40 is moved. Preferably have a certain degree of hydrophobicity.

さらに、液体３０として純水よりも表面張力の小さい液体（例えば界面活性剤を添加した液体、アルコール類、これらと純水との混合物）を用いることもできる。この場合には、基板４０Ａの回路パターンが微細な場合でも、液体３０を回路パターンの凹部に確実に浸透させることができ、良好に観察できる。
さらに、上記した実施形態では、液浸系での観察後、基板４０Ａから液体３０を除去するために、吸引ノズル３２と液体回収装置６０とを用いて液体３０を回収したが、本発明はこれに限定されない。何らかの乾燥手段（例えば減圧乾燥など）を用いて、液体３０を除去してもよい。 Furthermore, a liquid having a surface tension smaller than that of pure water (for example, a liquid to which a surfactant is added, an alcohol, or a mixture of these and pure water) can also be used as the liquid 30. In this case, even when the circuit pattern of the substrate 40A is fine, the liquid 30 can be reliably infiltrated into the recesses of the circuit pattern and can be observed well.
Furthermore, in the above-described embodiment, the liquid 30 is recovered using the suction nozzle 32 and the liquid recovery device 60 in order to remove the liquid 30 from the substrate 40A after observation in the immersion system. It is not limited to. The liquid 30 may be removed using any drying means (for example, drying under reduced pressure).

本実施形態の顕微鏡観察装置１０の全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the microscope observation apparatus 10 of this embodiment. 液浸対物レンズ４０の全体構成を示す縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view showing an overall configuration of the immersion objective lens 40. FIG. 液浸対物レンズ４０の先端部分を説明する縦断面図である。4 is a longitudinal sectional view for explaining a tip portion of the immersion objective lens 40. FIG. 液体供給時の状態(ａ)と観察時の状態(ｂ)を説明する図である。It is a figure explaining the state (a) at the time of liquid supply, and the state (b) at the time of observation. 観察時の状態(ａ)と液体回収時の状態(ｂ)を説明する図である。It is a figure explaining the state (a) at the time of observation, and the state (b) at the time of liquid collection | recovery.

Explanation of symbols

１０顕微鏡観察装置
１１〜１７レンズ素子
２０〜２７金物
２８筒状部材
２９環状部材
３０液体
３１液体流路（吐出ノズル）
３２液体流路（吸引ノズル）
４０液浸対物レンズ
４０Ａ基板
４１シリンジ
４２Ｚステージ
４３ＸＹステージ
４４，５６送りネジ
４５，５７モータ
４６変位検出器
４７接眼レンズ
５０液体供給装置
５１，６１，６３配管
５２電磁弁
５３液体タンク
５４シリンダ
５５ピストン
６０液体回収装置
６２真空バッファタンク
６４真空ポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microscope observation apparatus 11-17 Lens element 20-27 Hardware 28 Cylindrical member 29 Annular member 30 Liquid 31 Liquid flow path (discharge nozzle)
32 Liquid channel (suction nozzle)
40 Immersion Objective Lens 40A Substrate 41 Syringe 42 Z Stage 43 XY Stage 44, 56 Feed Screw 45, 57 Motor 46 Displacement Detector 47 Eyepiece 50 Liquid Supply Device 51, 61, 63 Piping 52 Solenoid Valve 53 Liquid Tank 54 Cylinder 55 Piston 60 Liquid recovery device 62 Vacuum buffer tank 64 Vacuum pump

Claims

An immersion objective lens;
Positioning means for positioning the observation point in the vicinity of the optical axis of the objective lens in the focal plane of the objective lens in a state where the liquid is supplied to the observation point of the substrate;
A microscope observation apparatus comprising: a recovery unit that recovers the liquid from the observation point by bringing the substrate close to the objective lens from the state positioned by the positioning unit.

An immersion objective lens;
First positioning means for positioning a substrate to be observed on a surface farther from the objective lens than a focal plane of the objective lens;
Supply means for supplying a liquid to a predetermined observation point of the substrate in a state where the substrate is positioned on the separated surface;
Second positioning means for positioning the observation point in the vicinity of the optical axis of the objective lens in the focal plane of the objective lens in a state where the liquid is supplied to the observation point;
A microscope observation apparatus comprising: a recovery unit that recovers the liquid from the observation point by bringing the substrate closer to the objective lens from the state positioned by the second positioning unit.

The microscope observation apparatus according to claim 2,
The supply means supplies the liquid with the vicinity of the optical axis as a target among the separated surfaces,
The first positioning means positions the observation point of the substrate in the vicinity of the optical axis in the separated surface.