JP2007316233A

JP2007316233A - 液浸顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2007316233A
Application number: JP2006144202A
Authority: JP
Inventors: Toshio Uchikawa; 敏男内川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】基板の移動を利用せずに観察状態を実現することができ、基板の表面の状態（親水性／撥水性）に拘わらず、観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）への液体の広がりを防止できる液浸顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】液浸系の対物レンズと、基板の表面のうち対物レンズの先端と対向する観察点から外れた非観察点に液体を吐出する手段（Ｓ２）と、非観察点に吐出された液体を吸引して観察点まで移動させる手段（Ｓ３）とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板の液浸観察を行う液浸顕微鏡装置に関する。

基板（例えば半導体ウエハや液晶基板など）に形成された回路パターンの欠陥や異物などを高い分解能で観察するために、液浸系の対物レンズを用い、この対物レンズの先端と基板との間を水などの液体で満たし、液体の屈折率(＞１)に応じて対物レンズの開口数を大きくすることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、コンパクトな装置構成とするために局所液浸の状態で観察することも提案されている。この場合は、基板の観察点ごとに、液体を局所的に供給して観察を行った後、その液体の回収が行われる。

観察時には、基板の観察点と対物レンズの先端との間が局所的に液体で満たされた状態となる。この観察状態を実現するため、特許文献１の装置では、基板の移動を利用し、次の２段階の動作[１][２]を行う。[１]基板の観察点が対物レンズの光路から外れた状態で、その観察点に液体を局所的に供給する。[２]基板を液体と共に移動させて、基板の観察点を対物レンズの光路に位置決めする。これにより上記の観察状態が実現する。
特開２００５−８３８００号公報

ところで、上記の装置では、対物レンズの光路から外れた箇所に液体供給部があるため、基板の移動を利用せずに上記の観察状態を実現しようとすると、基板の観察点を予め対物レンズの光路に位置決めした状態で、対物レンズの光路外の液体供給部から基板の観察点まで届くような量の液体を吐出することになる。しかし、そのような量の液体を吐出すると、基板の表面の状態（親水性／撥水性）によっては、吐出された液体が観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）まで広がってしまうことがあり、好ましくない。

本発明の目的は、基板の移動を利用せずに観察状態を実現することができ、基板の表面の状態（親水性／撥水性）に拘わらず、観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）への液体の広がりを防止できる液浸顕微鏡装置を提供することにある。

本発明の液浸顕微鏡装置は、液浸系の対物レンズと、基板の表面のうち前記対物レンズの先端と対向する観察点から外れた非観察点に液体を吐出する吐出手段と、前記非観察点に吐出された前記液体を吸引して前記観察点まで移動させる吸引手段とを備えたものである。
また、上記の液浸顕微鏡装置において、前記吸引手段が前記液体を吸引する際、前記基板の表面を前記対物レンズの焦点面より前記対物レンズから離れた位置に設定する設定手段をさらに備えることが好ましい。

本発明の液浸顕微鏡装置によれば、基板の移動を利用せずに観察状態を実現することができ、基板の表面の状態（親水性／撥水性）に拘わらず、観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）への液体の広がりを防止することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の液浸顕微鏡装置１０は、図１に示す通り、ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)と、その内部に設置された液浸顕微鏡２０とで構成される。図１(ａ)は液浸顕微鏡装置１０の上面図、図１(ｂ)は断面図である。ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)の内部には、観察対象の基板１０Ａを自動搬送する機構１６も設けられる。基板１０Ａは、半導体ウエハや液晶基板などである。液浸顕微鏡装置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１０Ａに形成された回路パターンの欠陥や異物などの液浸観察（外観検査）を行う装置である。回路パターンは例えばエッチングパターンである。

ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)は、筐体１１と、その上面に設置された複数のファンフィルタユニット１２〜１５とで構成される。ファンフィルタユニット１２〜１５は、周囲（クリーンルーム内）の空気からゴミや塵などの微小な気体中パーティクルを除去した後、清浄な空気を筐体１１の内部に導入する機構である（FFU；FAN FILTER UNIT）。筐体１１の下面には不図示の通気口が形成され、ファンフィルタユニット１２〜１５からのダウンフローを外部（クリーンルーム内）に排気できるようになっている。図１の矢印は空気の流れを表している。

このように、ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)の筐体１１の内部は、基板１０Ａの液浸観察をクリーンな環境で行うために、清浄度を周囲（クリーンルーム内）より高くした局所環境(minienvironment)である。気体中パーティクルの除去は、ＵＬＰＡフィルタ１７によって行われる。また、筐体１１の内部のうち液浸顕微鏡２０の配置された空間には、ファンフィルタユニット１２のケミカルフィルタ１８によって化学物質（有機系ガスやアンモニアガスなど）が除去された清浄な空気が導入され、T.O.C.（Total Organic Carbon：全有機炭素）などのアウトガスの少ない環境に保たれる。

液浸顕微鏡２０には、基板１０Ａを支持するステージ部２１と、液浸系の対物レンズ２２と、液浸媒質の液体(不図示)の吐出に用いられる吐出ノズル２３と、液体の吸引に用いられる吸引ノズル２４とが設けられる。また、図示省略したが、液浸顕微鏡２０には、照明光学系やＴＴＬ方式のオートフォーカス機構、制御部なども設けられる。
ステージ部２１は、ＸＹステージとＺθステージとで構成される。基板１０Ａは、例えば現像装置から搬送されてＺθステージの上面に載置され、例えば真空吸着により固定的に支持される。Ｚθステージは、基板１０Ａの焦点合わせ時に、基板１０Ａを鉛直方向に移動させる。焦点合わせ動作は、不図示の制御部がオートフォーカス機構を用いて行う。また、基板１０Ａの予め定めた観察点を対物レンズ２２の視野内に位置決めする際、ＸＹステージは、基板１０Ａを水平面内で移動させる。ＸＹステージのベース部材は液浸顕微鏡２０の本体に固定されている。

液浸系の対物レンズ２２は、液浸顕微鏡２０の本体に固定され、その先端と基板１０Ａとの間が液浸媒質の液体１９（図２）で満たされたときに、光学系の収差が補正されるように設計されている。不図示の照明光学系には、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。可視域の場合は接眼レンズを用いた基板１０Ａの液浸観察が可能となる。また、紫外域の場合には、目視観察ができないので、接眼レンズの代わりにＣＣＤカメラなどを設けて撮像し、モニタ装置に表示して液浸観察が行われる。

液浸媒質の液体１９は、例えば純水である。純水は、半導体製造工程などで容易に大量入手できる。また、基板１０Ａのフォトレジストに対する悪影響がないため、基板１０Ａ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１０Ａ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。

本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの液浸観察の際、基板１０Ａの予め定めた観察点が対物レンズ２２の視野内に位置決めされ、その観察点と対物レンズ２２の先端との間が局所的に液体１９で満たされた状態（つまり局所液浸の状態）となる。この観察状態を実現するため、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０は、次に説明する吐出ノズル２３や吸引ノズル２４などを用いて、液体１９の吐出および吸引を行う。

吐出ノズル２３は、対物レンズ２２の周辺に固定的に配置され、その先端が対物レンズ２２の先端の近傍に位置する。この吐出ノズル２３を用いて基板１０Ａに適量の液体１９を吐出するために、吐出ノズル２３には、図２に示す通り、液体吐出装置(３１〜３５)が接続される。液体吐出装置(３１〜３５)は、加圧ポンプ３１と、水圧レギュレータ３２と、最終フィルタ３３と、超純水製造装置３４と、液体タンク３５とで構成される。

また、吸引ノズル２４は、上記の吐出ノズル２３と同様、対物レンズ２２の周辺に固定的に配置され、その先端が対物レンズ２２の先端の近傍に位置する。この吸引ノズル２４を用いて基板１０Ａから液体１９を吸引するために、吸引ノズル２４には、液体吸引装置(４１〜４４)が接続される。液体吸引装置(４１〜４４)は、液体回収用フィルタ４１と、電磁弁４２,４３と、真空レギュレータ４４とで構成される。真空レギュレータ４４には、真空大元の吸引ポンプが接続される。

さらに、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、液体１９を効率よく吸引するために、対物レンズ２２の先端の周囲にアダプタ２５を一体的に取り付けて、このアダプタ２５を図３(ａ),(ｂ)のような構成とした。図３(ａ)には、図２と同様、アダプタ２５などを側方から見た断面構成を示す。図３(ａ)ではアダプタ２５にハッチングを付した。図３(ｂ)には、アダプタ２５などを下方から見た構成を示す。

対物レンズ２２の先端５１は、対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に対して略垂直な平面形状を成す。この先端５１の中心部には、対物レンズ２２の先球２Ａが露出している。
アダプタ２５を取り付けたことにより、対物レンズ２２の先端５１の周囲には、先端５１と隣接する２箇所の各々に傾斜面５２,５３が設けられ、かつ、傾斜面５２,５３と隣接する略Ｕ字状の箇所に突出部５４が設けられる。

傾斜面５２,５３は、その中心線５Ａ,５Ｂが対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂と共に同一面に含まれ、その傾斜を誇張して示した図４から分かるように、先端５１から離れるほど対物レンズ２２の像側に近づく方向に傾けられている。突出部５４は、傾斜面５２,５３よりも対物レンズ２２の物体側に突出した部位であり、さらに、その段差を誇張して示した図５(ａ),(ｂ)から分かるように、対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に対して略垂直な平面形状を成す。なお、この突出部５４は先端５１と同一面に含まれる。

また、傾斜面５２,５３の幅については次のようになっている。ここで、幅とは、傾斜面５２,５３の中心線５Ａ,５Ｂと対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂とを含む面に対して垂直な方向の寸法を意味する。
一方の傾斜面５２の幅は、先端５１から所定距離までの内側部分と、所定距離から対物レンズ２２の側面までの外側部分とで異なり、内側部分と比べて外側部分の方が大きい。また、内側部分における幅は、先端５１からの距離に拘わらず略一定である。外側部分における幅は、先端５１から離れるほど大きくなる。つまり、外側部分は略扇形状を成す。これに対し、他方の傾斜面５３の幅は、その全体において、先端５１からの距離に拘わらず略一定となっている。さらに、他方の傾斜面５３の幅と一方の傾斜面５２の内側部分の幅とは略等しい。

さらに、一方の傾斜面５２は、先端５１から対物レンズ２２の側面まで延在されている。このため、基板１０Ａの液浸観察時に、基板１０Ａの観察点を対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂の近傍に位置決めし、基板１０Ａを対物レンズ２２やアダプタ２５に対向させると（図６(ａ)）、対物レンズ２２の側面においては、図６(ｂ)に示すように、一方の傾斜面５２と突出部５４と基板１０Ａとで囲まれた開口部５５が形成される。

この開口部５５は、液浸観察のために対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａとの間に供給された液体１９（図２）を吸引する際の通気口として機能する。なお、液浸観察の際、対物レンズ２２の先端５１（および突出部５４）と基板１０Ａとは略平行に保たれ、その隙間δは０.０５ｍｍ〜０.５ｍｍ程度に保たれる。図２では液体１９を分かりやすく示すために隙間δを拡大したが、実際の隙間δは図６(ａ)のように非常に狭い。

液体１９の吸引に用いられる吸引ノズル２４は、開口部５５とは反対側の傾斜面５３に設けられる（図３）。また、傾斜面５３と同じ角度に傾けられ、傾斜面５３から滑らかに延在するように配置されている。
このため、液体１９を吸引する際に、開口部５５から取り込まれた空気は、一方の傾斜面５２と基板１０Ａとの間（図５(ａ)）を通過した後、先端５１と基板１０Ａとの間を通過し、さらに他方の傾斜面５３と基板１０Ａとの間（図５(ｂ)）を通過して、吸引ノズル２４に導かれる。

そして、このような空気の流れと共に液体１９の吸引が行われる。開口部５５から吸引ノズル２４までの空気の通路は、液体１９を吸引する際に真空配管として機能し、さらに液体１９の通路（つまり水路）としても機能する。
通路の断面積は、場所によって異なり、開口部５５のところで最も大きく、先端５１のところで最も小さくなる。さらに、開口部５５から傾斜面５２に沿って先端５１に近づくほど小さくなり、先端５１から傾斜面５３に沿って吸引ノズル２４に近づくと大きくなる。このように、通路の断面積を開口部５５のところで最も大きくしたので、液体１９を吸引する際の真空配管の開口面積が大きくなり、真空流量を確保しやすくなる。

また、本実施形態では、吸引ノズル２４の幅を傾斜面５３の幅と略等しく構成した（図３(ｂ)）。この場合、吸引ノズル２４の幅は傾斜面５２の内側部分の幅とも略等しい。このため、液体１９を吸引する際の真空配管の有効断面積は、上記した通路のうち先端５１のところでの断面積と略等しくなる。なお、吸引ノズル２４の幅（および傾斜面５３の幅など）は、対物レンズ２２の先球２Ａの光学的有効径以上とすることが好ましい。

さらに、本実施形態では、上記の幅広の吸引ノズル２４に対し、吐出ノズル２３を極細の構成とした。つまり、吐出ノズル２３は、吸引ノズル２４より幅の狭い極細の管状部材であり、その内径φ＝０.１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。また、吐出ノズル２３は、上記した開口部５５から吸引ノズル２４までの通路の中で傾斜面５２に設けられ、その幅が傾斜面５２より狭い。このため、傾斜面５２に設けた吐出ノズル２３が、上記した通路における空気の流れを妨げることはない。

なお、傾斜面５２の角度θ（図４）は、対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に垂直な面を基準とするとき、５度から３０度までの範囲の任意の角度に設定することが好ましく、さらに５度から１５度までの範囲の任意の角度に設定することがより好ましい。吐出ノズル２３の先端は、対物レンズ２２の先端５１と同一面に配置して、液浸吐出時の基板１０Ａの表面に出来るだけ近接させることが好ましい。

また、本実施形態では、吐出ノズル２３の先端と吸引ノズル２４の先端とが、対物レンズ２２の先端５１を挟んで対向するように配置される。ただし、吐出ノズル２３は傾斜面５２と同じ角度に傾けられ、吸引ノズル２４も傾斜面５３と同じ角度に傾けられるため、厳密に言えば、吐出ノズル２３の中心軸の延長線と吸引ノズル２４の中心軸の延長線とが対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂上で交差するように配置される。吐出ノズル２３と吸引ノズル２４の各中心軸は対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂と共に同一面に含まれる。

そして、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、上記構成の吐出ノズル２３と液体吐出装置(３１〜３５)と吸引ノズル２４と液体吸引装置(４１〜４４)とを用い、アダプタ２５による上記の通路を利用して、液体１９の吐出および吸引を行い、基板１０Ａの観察点と対物レンズ２２の先端との間に適量の液体１９を供給する（局所液浸の観察状態）。そして、観察が終了すると、アダプタ２５による上記の通路を利用し、吸引ノズル２４と液体吸引装置(４１〜４４)とを用いて、液体１９の吸引を行い、液体１９を回収する。

次に、図７に示すフローチャートを参照し、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０における基板１０Ａの液浸観察の手順を説明する。基板１０Ａの液浸観察は、液浸顕微鏡装置１０の制御部(不図示)による自動制御で行われる。
まず（ステップＳ１）、基板１０Ａの予め定めた観察点を対物レンズ２２の視野内に位置決めし、基板１０Ａの観察点を対物レンズ２２の先端５１の中心部（先球２Ａ）と対向させる。このとき、基板１０Ａの観察点が対物レンズ２２の光路に位置決めされ、観察点と対物レンズ２２の先端５１との間を液体１９で満たして観察状態とすれば、対物レンズ２２を介して観察点の良好な光像を形成することができる。

次に（ステップＳ２）、液体吐出装置(３１〜３５)を制御し、吐出ノズル２３を介して適量の液体１９を吐出する。
液体吐出装置(３１〜３５)では、液体タンク３５に純水が注入され、液体タンク３５の純水が超純水製造装置３４のポンプによって汲み上げられ、イオン除去やバクテリア殺菌が行われた後、最終フィルタ３３に送られる。そして、最終フィルタ３３を通過した後、パーティクルなどの水質仕様を満たす超純水が得られる。

この超純水は、不図示の制御部から吐出指令が出されるまでの間、再び液体タンク３５に送られ、この液体タンク３５と超純水製造装置３４と最終フィルタ３３とを循環することになる。循環はタイマーで管理される。
そして、不図示の制御部から吐出指令が出されると、最終フィルタ３３からの超純水は、水圧レギュレータ３２によって制御された水圧で加圧ポンプ３１に供給され、加圧ポンプ３１から吐出ノズル２３を介して、液浸媒質の液体１９として吐出される。

液体１９を吐出する際、対物レンズ２２の先端と基板１０Ａとの隙間δは、０.０５ｍｍ〜０.５ｍｍ程度に保たれる。分かりやすくするために図２では液体１９の高さ方向を拡大して示したが、実際の液体１９の高さは上記の隙間δに応じて非常に低く、図６のような隙間δの中に収まる。
なお、液体タンク３５の超純水が液浸媒質の液体１９として使用され、液体タンク３５が空に近づくと、このことが不図示のセンサによって検知され、新たな純水が自動的に液体タンク３５に注入される。

上記の液体吐出装置(３１〜３５)を用いた１回の吐出動作によって吐出ノズル２３から吐出される液体１９の量（以下「吐出水量」）は、吐出流量と吐出時間との積で決まる。また、吐出流量は、吐出ノズル２３の内径断面積と吐出速度との積で決まる。吐出ノズル２３の内径断面積は既知である。したがって、吐出ノズル２３からの１回の吐出水量は、吐出速度と吐出時間との積で決まることになる。

さらに、本実施形態のように極細の吐出ノズル２３を用いる場合、液体１９の吐出速度ｖ（ｍ/ｓ）は、ベルヌーイの定理から吐出ノズル２３の内径断面積の項がほぼ０になるため、２３℃における水の密度ρ＝９９７.５４（ｋｇ/ｍ³）と、水圧ΔＰ（Ｐａ）と、重力加速度ｇ＝９.８（ｍ/ｓ²）と、水の高低差Δｚ（ｍ）とを用い、次の式(１)で表される。

ｖ＝√(２/ρ・ΔＰ＋２・ｇ・Δｚ) …(１)
そして、水の高低差Δｚ＝０とすると、吐出速度ｖは、水圧ΔＰによって決まることになる。したがって、吐出ノズル２３からの１回の吐出水量は、水圧ΔＰと吐出時間との積で決まることになり、加圧ポンプ３１におけるストローク調整で制御可能となる。
ただし、水圧ΔＰは、対物レンズ２２の先端と基板１０Ａとの隙間における損失を考慮して、ΔＰ＝０.０１〜０.１ＭＰａ程度とすることが好ましい。この場合、吐出速度ｖ＝４.５〜１４.２ｍ/ｓ程度になる。水圧ΔＰ（吐出速度ｖ）を略一定にすれば、吐出ノズル２３からの１回の吐出水量は、吐出時間によって制御可能となる。

本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、対物レンズ２２の光路（先球２Ａを通過する光の経路）から外れた箇所に吐出ノズル２３の先端がある（図３(ｂ)参照）ため、上記した吐出水量の制御を行って、図８(ａ)〜(ｃ)に示すように、吐出ノズル２３の先端から基板１０Ａの観察点まで届くような量の液体１９を吐出すれば、上記の観察状態を実現できると考えられる。図８(ａ)は図２と同様の側面図、図８(ｂ)は下方から見た図、図８(ｃ)は吐出ノズル２３と吸引ノズル２４を拡大した側面図である。

しかし、そのような量の液体１９を吐出すると、基板１０Ａの表面の状態（親水性／撥水性）によっては、図９(ａ)〜(ｃ)に示すように、吐出された液体１９が上記の通路から外れて観察点の周囲の不要な箇所（突出部５４と基板１０Ａの表面との隙間)(後から回収できない箇所）まで広がってしまうことがあり、好ましくない。液体１９の広がり方は、基板１０Ａの表面の状態の他、対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａとの隙間δや表面張力、吐出ノズル２３の位置にも依存する。液体１９は、基板１０Ａの親水性が高いほどと広がり易い。

そこで、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０は、吐出ノズル２３から液体１９を吐出する際の圧力と流量を制御し、図１０(ａ)〜(ｃ)に示す通り、吐出直後の液体１９が基板１０Ａの表面のうち観察点から外れた非観察点に留まるように、適量の液体１９を非観察点に吐出する（ステップＳ２）。このとき、吐出直後の液体１９が吐出ノズル２３の先端と連結した状態で、液体１９の吐出を終了することが好ましい。

液体１９の吐出水量は、図８,図９の場合よりも少なく、観察状態における隙間δ（図６(ａ)）と対物レンズ２２の先端５１とで形成される空間の体積よりも少ない量とする。つまり、上記の通路から外れて突出部５４と基板１０Ａの表面との隙間（後から回収できない箇所）まで広がる可能性のない量とする。
次に（ステップＳ３）、液体吸引装置(４１〜４４)を制御し、基板１０Ａの非観察点に吐出された液体１９を例えば真空吸引により吸引して観察点まで移動させる。液体１９を移動させた後の状態を図１１(ａ)〜(ｃ)に示す。

液体吸引装置(４１〜４４)では、真空レギュレータ４４が真空大元の吸引ポンプに接続され、電磁弁４３を開放することで液体１９の吸引が開始される。このとき、上記の通路は真空配管として機能し、開口部５５から取り込まれた空気の流れと共に、上記の通路に沿って、液体１９が移動する（図１０→図１１）。
吸引時間を制御して１回の吸引動作で非観察点から観察点まで液体１９を移動させてもよいし、例えば１０ｍsec〜５００ｍsecの短時間の吸引動作を小刻みに繰り返して液体１９を移動させてもよい。液体１９の動き方は基板１０Ａの表面の材料などによって異なるため、基板１０Ａの材料などに適した吸引法を選択することが好ましい。また、液体１９を一塊のまま移動させることが好ましい。

実際の運用では、予め実験を行って基板１０Ａの材料ごとのシーケンス（液体１９の吐出量・吸引時間・吸引回数）を決定し、これをレシピに登録しておき、レシピにしたがって液体１９を移動させることになる。ただし、基板１０Ａの観察点の画像を観察しながら液体１９を移動させて、画像の鮮明／不鮮明によって液体１９が観察点に到達したか否かを判断してもよい。

このような液体１９の移動が終了すると、基板１０Ａの観察点と対物レンズ２２の先端５１との間には適量の液体１９が供給され、局所液浸の観察状態となる。液体１９の移動後、必要に応じてＡＦ制御を行い、基板１０Ａの表面（観察点）を対物レンズ２２の焦点面に正確に位置決めすることが好ましい。
図１０,図１１では液体１９の量や移動の様子を分かりやすく示すために対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａとの隙間を拡大しているが、実際の隙間は図１２のように非常に狭い。このため、観察点に到達した液体１９は、対物レンズ２２の先球２Ａだけでなく、対物レンズ２２の先端５１から食み出さない程度の広がりを持って、対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａの観察点との間（つまり上記通路の最小断面積の部分）に収まるように存在することになる。

そして、このような局所液浸の観察状態で、基板１０Ａの液浸観察（つまり高分解能での観察）が行われる。観察者は、不図示の接眼レンズ（またはＣＣＤカメラに接続されたモニタ装置）により、基板１０Ａの観察点の液浸観察を行う。さらに、液浸観察にＣＣＤカメラを用いる場合、観察画像の取り込みを行ってもよい。基板１０Ａの液浸観察が終了すると（ステップＳ４がＹｅｓになると）、次のステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、液体吸引装置(４１〜４４)を制御し、対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａの観察点との間から液体１９を例えば真空吸引により吸引して回収する。
このとき、上記通路は真空配管として機能し、開口部５５から取り込まれた空気の流れと共に液体１９が上記通路を介して吸引ノズル２４に導かれる。そして、吸引ノズル２４により吸引された液体１９は、液体回収用フィルタ４１を介して空気と選別され、電磁弁４２を介して排水される。

また、液体１９は一塊の状態で上記通路の有効断面積内に収まっている（図１２）ため、液体１９を吸引する際の真空配管内での理論上の管壁と液体１９との隙間をなくし、液体１９が一塊に近い状態のまま（つまり液体１９が細切れになって取り残される事態を回避しつつ）確実に吸引することができる。このとき、真空圧を電磁弁４３により素早くＯＮ/ＯＦＦして、瞬時に液体１９を吸引することが好ましい。

次に（ステップＳ６）、基板１０Ａの表面上に次の観察点があるか否かを判定し、ある場合（Ｓ６がＹｅｓ）には上記ステップＳ１の処理に戻る。ステップＳ１では、ステージ部２１を制御して対物レンズ２２の視野内に次の観察点を移動させる。一方、次の観察点がない場合（Ｓ６がＮｏ）には、基板１０Ａをステージ部２１から回収して、基板１０Ａの観察動作を終了する。

上記のように、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの観察点を対物レンズ２２の視野内に位置決めした状態で、基板１０Ａの非観察点に液体１９を吐出し、その後、非観察点の液体１９を吸引して観察点まで移動させることで、上記の観察状態を実現している。このため、基板１０Ａの移動を利用せずに観察状態を実現することができる。
さらに、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、吐出ノズル２３の先端から基板１０Ａの観察点まで届くような量の液体１９（図８参照）を吐出する必要はなく、それより少量で局所液浸に必要な最低限の量の液体１９を吐出すれば済む。したがって、基板１０Ａの表面の状態（親水性／撥水性）に拘わらず、観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）への液体１９の広がりを防止できる。

このように、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの観察点の周囲の不要な箇所に液体１９が広がらないため、局所液浸による観察後、吸引ノズル２４と液体吸引装置(４１〜４４)とを用いて、液体１９を確実に回収することができる。したがって基板１０Ａの汚染を防止できる。
吐出直後の液体１９が、図１０のように吐出ノズル２３の先端と連結した状態になるとは限らず、図１３,図１４のような状態になることもある。

図１３は、図１０より液体１９の吐出量が多く、吐出ノズル２３の先端から後方に回り込んで細長い形状となった状態である。これは、基板１０Ａと対物レンズ２２の先端５１との隙間による抵抗が大きい場合に起こりうる。
図１４は、吐出直後の液体１９が一塊とならずに２個に分離した状態である。これは、吐出ノズル２３が極細であるために、吐出完了の制御を行っても少量の水滴が続いて出ることがあり、そのような場合に起こりうる。

何れにしても、液体１９は基板１０Ａの非観察点に吐出されている。このため、上記と同様の方法で非観察点の液体１９を吸引して、観察点まで移動させることができ（図１１,図１２）、上記の観察状態を実現することができる。さらに、基板１０Ａの表面の状態（親水性／撥水性）に拘わらず、観察点の周囲の不要な箇所（後から回収できない箇所）への液体１９の広がりを防止することもできる。

また、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、例えば図１０,図１３,図１４の何れかの状態から非観察点の液体１９を吸引して観察点まで移動させる際には、基板１０Ａの表面を対物レンズ２２の焦点面の近傍に位置決めしてもよいが、対物レンズ２２の焦点面より対物レンズ２２から離れた位置に設定してもよい。
後者の場合、対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａの表面との隙間を液浸観察時よりも広げておくことになる。このため、非観察点の液体１９を観察点まで移動させる際に、液体１９の周囲（液体１９と上記の通路の管壁との間）に空気の通り道を確保することができ、液体１９に及ぼす吸引力を弱めることができる。したがって、液体１９の移動制御が容易になり、上記の通路に沿って少しずつ正確に液体１９を動かすことができる。

なお、液体１９を移動させる際の隙間を液浸観察時より広げる場合、その隙間は、基板１０Ａの表面張力に応じて変えることが好ましい。表面張力が大きい場合は隙間を大きめとし、表面張力が小さい場合は隙間を小さめにするとよい。
基板１０Ａの表面を対物レンズ２２の焦点面より対物レンズ２２から離れた位置に設定する場合、その設定のタイミングは、図７に示すステップＳ１の前でもよいし、ステップＳ１〜Ｓ３の間（液体１９の移動を開始するまでの間）でもよい。

さらに、本実施形態では、対物レンズ２２の先端５１の周囲に傾斜面５２を設け、傾斜面５２に吐出ノズル２３を設け、この吐出ノズル２３を用いて液体１９を吐出するため、液体１９を適切に吐出することができる。また、吐出ノズル２３として傾斜面５２より幅の狭いものを用いるため、液体１９の吐出水量の微調整が容易になる。したがって、局所液浸による観察時に液体１９を効率よく供給することができる。

また、対物レンズ２２の先端５１の周囲に傾斜面５２,５３を設け、この傾斜面５２,５３と隣接して突出部５４を設け、かつ、一方の傾斜面５２の延長上に開口部５５を形成し、他方の傾斜面５３に吸引ノズル２４を設け、吸引ノズル２４を吐出ノズル２３より幅広とし、この吸引ノズル２４を用いて開口部５５から空気を取り込みつつ液体１９を吸引するため、局所液浸による観察時に液体１９を効率よく回収することができる。

このように、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０によれば、局所液浸による観察時に液体１９を効率よく供給／回収できるため、高スループットで基板１０Ａの液浸観察を行える。さらに、液浸観察後の液体１９を基板１０Ａから素早く確実に回収できるため、気体中に浮遊するパーティクル（例えば０.１μｍ以下）が液体１９に付着して基板１０Ａを汚したり、液体１９によって基板１０Ａが酸化されたりする問題を回避でき、パターンの微細化にも確実に対応可能となる。

また、本実施形態では、一方の傾斜面５２の内側部分の幅と他方の傾斜面５３の幅とを先端５１からの距離に拘わらず略一定とし、互いに略等しくしたので、対物レンズ２２の先端５１と基板１０Ａとの間における空気の流れを各断面内で略均一にすることができ、この均一な空気の流れと共に液体１９を効率よく吸引できる。
さらに、本実施形態では、傾斜面５２の内側部分と比べて外側部分の幅を広げたので、液体１９を吸引する際の真空配管の開口面積が大きくなり、真空流量を確保しやすくなる。このため、真空流量を増やして効率よく液体１９を吸引できる。

また、本実施形態では、傾斜面５２の外側部分を扇形状として、その幅を先端５１から離れるほど広げたので、開口部５５から取り込まれた空気をスムーズに上記通路の内部に導くことができ、この流れと共に液体１９を効率よく吸引できる。
さらに、本実施形態では、吸引ノズル２４の幅（図３(ｂ)）が傾斜面５３および傾斜面５２の内側部分の幅と略等しいので、液体１９を吸引する際の真空配管の有効断面積が、上記通路の先端５１での断面積と略等しくなる。このため、上記のように液体１９を先端５１と基板１０Ａとの間に収まるように適切に誘導すれば、この液体１９を吸引ノズル２４によって確実に吸引することができる。基板１０Ａの表面に凹凸パターンが形成されている場合でも、観察に用いた液体１９を凹部に取り残すことなく確実に吸引できる。

また、本実施形態では、吐出ノズル２３と吸引ノズル２４の各中心軸が対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂と共に同一面に含まれるように配置したので、上記の通路の中心線上に向けて、液体１９を吐出することができる。このため、吐出直後に素早く液体１９を観察点まで移動させて液浸観察を行うことができ、また、液体１９の回収もさらに効率的となる。
さらに、本実施形態では、対物レンズ２２の先端５１の周囲の突出部５４が対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に対して略垂直な平面形状を成すため、液体１９を吸引する際に上記通路以外での（周囲からの）空気抵抗を大きくすることができる。このため、周囲からの空気の流れを抑えて、開口部５５から取り込んだ空気を効率よく吸引ノズル２４に導き、液体１９を吸引することができる。

（変形例）
なお、上記した実施形態では、対物レンズ２２の先端５１の周囲に傾斜面５２を設け、その外側部分を扇形状としたが、本発明はこれに限定されない。傾斜面５２の幅は、内側部分と外側部分とに拘わらず、先端５１から側面までの全体において略一定幅としてもよい。この場合でも、上記通路の開口部５５の断面積を先端５１での断面積より大きく確保でき、効率的な吸引を行える。

また、上記した実施形態では、対物レンズ２２の先端５１の周囲に突出部５４を設け、この突出部５４が先端５１と同一面に含まれるように構成したが、本発明はこれに限定されない。突出部５４を先端５１より対物レンズ２２の物体側に突出させてもよい。
さらに、上記した実施形態では、液体１９を吸引する際の上記通路以外での（周囲からの）空気抵抗を大きくするために、突出部５４を対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に対して略垂直な平面形状としたが、本発明はこれに限定されない。この突出部５４が傾きを持つ場合でも、その傾き角度が傾斜面５２,５３の角度θ（図４）より緩やかな場合には、上記と同様の効果を得ることができる。突出部５４の傾き角度の基準を対物レンズ２２の光軸Ｏ₂₂に垂直な面とする場合、その角度は例えば０度から１度までの範囲の任意の角度に設定することが好ましく、限りなく０度に近づけることがより好ましい。

液浸顕微鏡装置１０の全体構成図である。吐出ノズル２３に接続された液体吐出装置(３１〜３５)と吸引ノズル２４に接続された液体吸引装置(４１〜４４)の構成を示す図である。対物レンズ２２の先端５１の周辺構成を説明する拡大図である。傾斜面５２,５３の傾斜を誇張して示す図である。傾斜面５２,５３に対する突出部５４の段差を説明する図である。基板１０Ａを対向させたときに形成される開口部５５を説明する図である。基板１０Ａの液浸観察の手順を示すフローチャートである。吐出直後の液体１９の概略形状の一例を説明する図である。吐出直後の液体１９の概略形状の一例を説明する図である。本実施形態の吐出直後の液体１９の概略形状の一例を説明する図である。液体１９を吸引して観察点に移動させた状態を説明する図である。液体１９を吸引して観察点に移動させた状態を説明する図である。本実施形態の吐出直後の液体１９の概略形状の一例を説明する図である。本実施形態の吐出直後の液体１９の概略形状の一例を説明する図である。

符号の説明

１０液浸顕微鏡装置 ; １０Ａ基板 ; １９液体 ; ２１ステージ部 ; ２２対物レンズ ;
２３吐出ノズル ; ２４吸引ノズル ; ２５アダプタ ; ３１〜３５液体吐出装置 ;
４１〜４４液体吸引装置 ; ５１先端 ; ５２,５３傾斜面 ; ５４突出部 ; ５５開口部

Claims

液浸系の対物レンズと、
基板の表面のうち前記対物レンズの先端と対向する観察点から外れた非観察点に液体を吐出する吐出手段と、
前記非観察点に吐出された前記液体を吸引して前記観察点まで移動させる吸引手段とを備えた
ことを特徴とする液浸顕微鏡装置。
請求項１に記載の液浸顕微鏡装置において、
前記吸引手段が前記液体を吸引する際、前記基板の表面を前記対物レンズの焦点面より前記対物レンズから離れた位置に設定する設定手段をさらに備えた
ことを特徴とする液浸顕微鏡装置。