JP2008058910A - 顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 被検体上に浸液による染み等が発生するのを防止することができる顕微鏡システムの提供。
【解決手段】乾燥系対物レンズ３，４により基板１０を観察する観察系Ａと、基板１０上の浸液４０と接する液浸系対物レンズ７により基板１０を観察する観察系Ｂと、液浸系対物レンズ７で観察した後の基板１０の浸液４０を蒸発させる蒸発機構とを備える。蒸発機構は、照明光を発生する光源１と、その照明光を基板１０へ導く対物レンズ４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液浸系対物レンズを備える顕微鏡システムに関する。

従来、光学顕微鏡においては、一般的な対物レンズ（以下では、乾燥系対物レンズ）を用いて観察する方法と、液浸系対物レンズを用いて観察を行う方法とがある（例えば、特許文献１参照）。液浸系対物レンズを用いる場合には、観察対象物と対物レンズとの間に浸液（水や油など）を介在させて観察を行うため、開口数を乾燥系対物レンズよりも大きくすることができ、分解能の向上が図れる。液浸観察後には試料と対物レンズ間の浸液は、回収装置により回収される。

特開２００５−２０８６２６号公報

しかしながら、上述した装置においては、吸引ノズルで浸液を吸引して回収しているため、観察対象物の表面に付着するように浸液が残留しやすい。そのため、残留した浸液の影響で観察対象物に染みが発生したり、酸化現象が生じたりするおそれがあった。

請求項１の発明による顕微鏡システムは、乾燥系対物レンズにより被検体を観察する第１の観察系と、被検体上の浸液と接する液浸系対物レンズにより被検体を観察する第２の観察系と、液浸系対物レンズで観察した後の被検体上の浸液を蒸発させる蒸発機構とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の顕微鏡システムにおいて、蒸発機構は、浸液を蒸発させるための蒸発用照明光を発生する蒸発用光源を備え、蒸発用照明光を乾燥系対物レンズを介して被検体に照射して、浸液を蒸発させるようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、第１の観察系の観察用照明光を発生する観察用光源を蒸発用光源に兼用して使用し、浸液を蒸発させる時は観察時よりも照明光の強度を大きく設定するようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の顕微鏡システムにおいて、観察用光源を備える照明系は落射照明系を構成し、観察用光源からの照明光を被検体へと反射するハーフミラーの反射率を変えることで、浸液を蒸発させる時の照明光強度を観察時の照明光強度よりも大きく設定するようにしたものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の顕微鏡システムにおいて、浸液を蒸発させる時のハーフミラーの反射率を約９０％に設定することを特徴とする。

本発明によれば、被検体上の浸液を蒸発させる蒸発機構を設けたので、液浸観察後の被検体上に浸液による染み等が発生するのを防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による顕微鏡システムの一実施の形態を示す図であり、顕微鏡システムの概略を示す図である。図１に示す顕微鏡システムは、例えば、半導体基板や液晶基板などにおける回路パターンの欠陥や異物の観察を行う用途に用いられ、一般的な顕微鏡観察を行う乾燥系の観察系Ａと、液浸顕微鏡観察を行うための観察系Ｂとが設けられている。

基板１０を観察する際には、観察系Ａによる低倍率での観察と、観察系Ｂによる高倍率高分解能での観察とを必要に応じて切り換えて使用する。基板１０はステージ１１上に載置される。ステージ１１は図示左右方向に移動可能な構成となっており、基板１０を液浸系の観察系Ｂで観察する場合には、ステージ１１を右方向に移動して基板１０を対物レンズ７の直下に配置する。

観察系Ａに設けられた対物レンズ３，４は一般的な乾燥系の対物レンズであり、レボルバ２に装着されている。レボルバ２は複数の対物レンズが装着可能であって、レボルバ２を回転することで、複数の対物レンズのいずれか一つを観察光軸上に配置することができ、観察対象に応じて最適な倍率の対物レンズを選択する。光源１にはハロゲンランプや水銀ランプ等が用いられる。接眼レンズ５が設けられている接眼鏡筒１３には、ＣＣＤカメラ等の撮像装置を装着することができる。オペレータは、入力操作部１２を操作することにより、ステージ１１の移動を行わせたり、光源１の照明強度を変更したりすることができる。

観察系Ｂには、液浸系の対物レンズ７、光源６、撮像装置８が設けられており、撮像装置８には表示モニタ９が接続されている。光源６には、Hg-Xeランプのような短波長の光源が使用される。対物レンズ７により結像された観察像は撮像装置８により撮像され、表示モニタ９上に表示される。

図２は観察系Ａ，Ｂの光学系をより詳細に示したものである。まず、観察系Ａについて説明する。観察系Ａの照明光学系には、光源１の他に、コレクタレンズ２２と、波長選択フィルタ２３と、開口絞り２４と、視野絞り２５と、コンデンサレンズ２６とが設けられている。コレクタレンズ２２は、光源１からの光を集光して開口絞り２４に光源１の像を形成する。波長選択フィルタ２３は、所定の波長域の可視光のみを選択的に透過する。

開口絞り２４を通過した照明光は、視野絞り２５を通過した後にコンデンサレンズ２６を介して平行光となる。コンデンサレンズ２６から出射された照明光は、観察光学系の光軸上に配設されたハーフミラー２７Ａによって反射され、光軸上に繰り出された対物レンズ４へと導かれる。ハーフミラー２７Ａは、通常の顕微鏡と同様に照明光を約５０％反射するように設定されている。そのため、接眼鏡筒１３には照明光の約２５％程度の光が届くことになる。

照明光は光源１から対物レンズ４よりなる落射照明系により基板１０を照射し、基板１０が光源１の光により落射照明される。なお、開口絞り２４は、対物レンズ４の射出瞳と共役であり、基板１０を照明する光の入射角度範囲を規定する。視野絞り２５は、基板１０の照明範囲を規定する。基板１０からの観察光（例えば反射光）は対物レンズ４を介して平行光となり、一部がハーフミラー２７Ａを透過する。

ハーフミラー２７Ａを透過した観察光は、結像光学系３１を通過した後に分岐プリズム３３により２方向に分岐され、一方は接眼レンズ５に導かれ、他方は接眼鏡筒１３（図１参照）に装着された撮像装置３４に導かれる。その結果、撮像素子３４の撮像面と接眼レンズ５の視野位置３５Ａとの各々には、基板１０の拡大像が形成される。

次いで、液浸系の観察系Ｂについて説明する。観察系Ｂの照明光学系も、観察系Ａの場合と同様に、光源６の他に、コレクタレンズ４２と、波長選択フィルタ４３と、開口絞り４４と、視野絞り４５と、コンデンサレンズ４６とが設けられている。コレクタレンズ４２は、光源４１からの光を集光して開口絞り４４に光源４１の像を形成する。波長選択フィルタ４３は、所定の波長域の光のみを選択的に透過する。

コンデンサレンズ４６を出射した照明光は、光軸上に配設された分岐プリズム４７により対物レンズ７へと導かれる。対物レンズ７の先端（下面）と基板１０との間は浸液４０で満たされており、照明光は、対物レンズ７および浸液４０を介して基板１０に照射される。対物レンズ７は、その先端と基板１０との間が浸液４０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。浸液４０としては、例えば、純水が用いられる。浸液４０は不図示の浸液供給回収装置により供給されるとともに、液浸観察終了後には回収される。浸液４０の供給および回収は、対物レンズ７の先端付近に配置された供給用ノズルおよび回収用ノズルを介して行われる。

基板１０からの観察光は対物レンズ７を介して平行光となり、分岐プリズム４７を透過する。分岐プリズム４７を透過した観察光は、結像光学系５４により撮像装置８の撮像面に結像される。撮像面に形成された基板１０の拡大像は、撮像装置８に撮像されて表示モニタ９に表示される。

図３は観察時の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、図１に示すように観察系Ａ側に位置決めされたステージ１１上に、観察対象である基板１０をセットする。ステップＳ２では、観察系Ａで観察しながら、液浸系観察系Ｂで詳細観察する際の観察ポイントを設定する。具体的には、低倍率の対物レンズ４を用いて観察ポイントを見つけた後に、順に高倍率の対物レンズに切り替えるとともにステージ１３の位置を微調整して、観察ポイントが視野の中心位置となるように位置調整を行う。オペレータは、接眼レンズ５または撮像装置３４に接続された表示モニタを見ながら、入力操作部１２を操作して位置調整を行う。

ステップＳ３では、図４（ａ）に示すようにステージ１３を所定量ｘだけ駆動して、ステージ１３を対物レンズ７の直下に移動する。観察系Ａの視野中心に位置決めされた観察ポイントは、ステージ１３を所定量ｘだけ移動することにより観察系Ｂの視野中心に位置決めされる。この所定量ｘは予め設定されており、オペレータが入力操作部１２を操作してステージ移動を指示すると、自動的に所定量ｘだけ移動する。ステップＳ４では、浸液供給回収装置を用いて対物レンズ７と基板１０との間に浸液４０を供給する。ステップＳ５では、観察系Ｂを用いて基板１０の観察ポイントを観察する。観察像は撮像素子８により撮像され、表示モニタ９に表示される。

ステップＳ６では、対物レンズ７と基板１０との間の浸液４０を浸液供給回収装置により回収する。ステップＳ７では、ステージ１３を観察系Ａ側に所定量ｘだけ移動する。ステップＳ８では、オペレータは接眼レンズ５で基板１０を観察し、基板１０上に浸液４０の残液が残っていないか否かを判定する。そして、浸液４０が残存している場合には、ステップＳ９へ進んで浸液４０の蒸発乾燥動作を行わせる。

ステップＳ９では、入力操作部１２に設けられた乾燥動作指示スイッチをオペレータがオン操作することにより、光源１の発光強度は所定値まで増加され（例えば、フルパワーに設定する）、図４（ｂ）に示すように照明光Ｌによる浸液４０の蒸発乾燥動作が所定時間行われる。蒸発乾燥動作終了時には光源１の照明強度を、通常観察時の照明強度に戻す。

一般的に、液浸観察時の浸液４０の直径は約１０ｍｍである。一方、蒸発乾燥動作時に視野数２５ｍｍの接眼レンズを使用すれば、１．５倍の対物レンズで視野が１６ｍｍなので、浸液４０が残存する領域の全域を充分観察することができるとともに、残存領域全体を照明光で照明することができる。ステップＳ９が終了したならば、ステップＳ８に進んで再び浸液４０が残っていないか否かを判定する。ステップＳ８の観察で浸液４０が残っていないことが確認されたならば、ステップＳ１０へ進み基板１０を次工程へと搬送する。

なお、上述したステップＳ９の蒸発乾燥動作では光源１の発光強度を増加させたが、通常観察時の照明強度で乾燥を行ってもかまわない。また、蒸発乾燥動作時に光源１の照明強度を増加させる代わりに、ハーフミラー２７Ａを透過率のより高いハーフミラー２７Ｂに切り替えるようにしても良い（図２参照）。例えば、ハーフミラー２７Ａの反射率は約５０％なので、ハーフミラー２７Ｂの反射率を約９０％とする。こうすることで、光源１の発光強度を増加させなくても、蒸発乾燥動作時の照明強度を増加させることができる。

また、反射率が焼く５０％のハーフミラー２７Ａを用いた場合、接眼鏡筒１３には照明光の約２５％程度の光が届くのに対して、反射率が約９０％のハーフミラー２７Ｂを用いた場合は、接眼鏡筒１３には照明光の約９％程度の光が届くため、照明光の発光強度を約３倍にしても観察が可能となる。一方、ハーフミラーの反射率が約１．８倍となり照明光の発光強度が約３倍にできるため、基板１０を照明する強度は約５．４倍とすることができ、観察を行いながら蒸発乾燥効果を高めることができる。

観察系Ａにはハーフミラー２７Ａ，２７Ｂの切り替え機構が設けられ、蒸発乾燥動作指示により自動的に切り替えるようにしても良いし、オペレータが手動で切り替えるようにしても良い。さらに、ハーフミラー２７Ａ，２７Ｂの切り替えと光源１の発光強度の増加とを併用しても良い。

以上説明したように、本実施の形態の顕微鏡システムでは、基板１０上に残存する浸液４０を蒸発乾燥させる蒸発機構として照明光を発生する光源１と、その照明光を基板１０へ導く対物レンズ４とを備え、照明光を基板１０に照射するようにしたので、液浸観察後の基板１０上に浸液４０による染み等が発生するのを防止することができる。

さらに、通常観察を行う観察系Ａの光源１の照明光を蒸発用の照明として兼用することで、乾燥装置を別に用意する必要がないとともに、蒸発機構を設けたことによる装置の大型化を防止でき、コストアップを抑制することができる。また、蒸発乾燥動作時に光源１の発光強度を増加させたり、反射率のより大きなハーフミラー２７Ｂに切り替えたりすることで照明光の強度を高めているので、乾燥時間の短縮を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、オペレータが接眼レンズ５により観察して基板１０上に浸液４０が残っているか否かを判定するようにしたが、撮像装置３４（図２参照）の撮像画像を解析することで判定処理を自動的に行うようにしても良い。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による顕微鏡システムの一実施の形態を示す図であり、顕微鏡システムの概略構成を示す。 観察系Ａ，Ｂの光学系をより詳細に示す図である。 観察時の処理手順を示すフローチャートである。 処理手順を説明する図であり、（ａ）は液浸観察時の状態を示し、（ｂ）は蒸発乾燥動作を示す。

符号の説明

１，６：光源、２：レボルバ、３，４：乾燥系対物レンズ、５：接眼レンズ、７：液浸系対物レンズ、８：撮像装置、９：表示モニタ、１０：基板、１１：ステージ、１２：入力操作部、１３：接眼鏡筒

Claims (5)

1. 乾燥系対物レンズにより被検体を観察する第１の観察系と、
   被検体上の浸液と接する液浸系対物レンズにより前記被検体を観察する第２の観察系と、
   前記液浸系対物レンズで観察した後の前記被検体上の浸液を蒸発させる蒸発機構とを備えたことを特徴とする顕微鏡システム。
2. 請求項１に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記蒸発機構は、前記浸液を蒸発させるための蒸発用照明光を発生する蒸発用光源を備え、
   前記蒸発用照明光を前記乾燥系対物レンズを介して前記被検体に照射して、前記浸液を蒸発させることを特徴とする顕微鏡システム。
3. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記第１の観察系の観察用照明光を発生する観察用光源を前記蒸発用光源に兼用して使用し、前記浸液を蒸発させる時は観察時よりも照明光の強度を大きく設定することを特徴とする顕微鏡システム。
4. 請求項３に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記観察用光源を備える照明系は落射照明系を構成し、
   前記観察用光源からの照明光を前記被検体へと反射するハーフミラーの反射率を変えることで、前記浸液を蒸発させる時の照明光強度を観察時の照明光強度よりも大きく設定するようにしたことを特徴とする顕微鏡システム。
5. 請求項４に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記浸液を蒸発させる時の前記ハーフミラーの反射率を約９０％に設定することを特徴とする顕微鏡システム。

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