【手続補正書】
【提出日】平成16年12月13日(2004.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が尖鋭されたプローブと、前記プローブと試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段および試料微動手段と、前記プローブの変位を検出する手段と、前記プローブの変位信号から前記プローブ微動手段による変位成分を補正する補正信号処理手段と、前記プローブと前記試料間の相対距離をプローブ側および試料側で制御する制御手段と、前記制御手段の制御信号を元に画像を作成するコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
先端が尖鋭されたプローブと、前記プローブと試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段および試料微動手段と、前記プローブを試料に対して垂直に振動させる手段と、前記プローブの変位を検出する手段と、前記プローブの変位振幅を検出する手段と、前記プローブの振幅信号から前記プローブ微動手段による振幅の変位成分を補正する補正信号処理手段と、前記プローブと前記試料間の相対距離を前記プローブの振幅信号からプローブ側および試料側で制御制御する手段と、前記制御手段の制御信号を元に画像を作成するコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
上記の請求項１または２の走査型プローブ顕微鏡において、前記補正信号処理手段が前記プローブ微動手段により前記プローブを駆動した際の前記プローブ変位信号の変化率に応じてプローブ微動信号の増幅率を調整できるプローブ微動信号増幅手段と、前記プローブ微動信号のオフセット電圧を０Ｖに調整可能な信号加算手段と、前記プローブ変位信号と前記プローブ微動信号の増幅信号の加算手段で構成されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
請求項１または２の走査型プローブ顕微鏡において、前記補正信号処理手段が前記プローブ微動手段への印可電圧と前記プローブ変位信号の特性曲線に応じて前記プローブ微動信号を増幅する演算回路と、前記プローブ微動信号のオフセット電圧を０Ｖに調整可能な信号加算手段と、前記プローブ変位信号と前記プローブ微動信号の増幅信号の加算手段で構成されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図２は、プローブを共振させた状態で測定するプローブの顕微鏡の模式図である。
プローブ１はプローブ共振手段９により、共振された状態で制御される。プローブ１と試料２との相互作用によるプローブ変位信号は、プローブの共振に対応した周波数のＡＣ信号となるが、プローブ振幅信号抽出手段１０により振幅に対応したＤＣ信号変換する。  このＤＣ信号に基づいて、図１と同様にプローブ変位信号補正手段６、制御手段７、コンピュータ８により制御され、画像化される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図３は、プローブ変位信号補正手段の構成模式図である。
制御手段７から出力されるプローブを駆動するためのプローブ微動信号Ｂは、プローブ微動信号増幅手段２６によって、プローブの駆動電圧とプローブ変位の関係から求められた増幅率で増幅される（信号Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が０Ｖとなるように、オフセット信号加算手段２７によって調整された後（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプローブ変位信号（信号A）と加算されることで、プローブ変位信号の補正を可能とする（信号Ｅ）。プローブ微動信号増幅手段２６による増幅率をＸ、オフセット信号加算手段２７によって加算されるオフセット電圧をＹとすると、それぞれの処理は次のような式で表される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
プローブを駆動するための信号（信号Ｂ）は、アナログマルチプライア回路やデジタルシグナルプロセッサなどの演算回路２９によって、プローブの駆動電圧とプローブ変位の曲線特性から求められた増幅率で増幅される（信号Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が０Ｖとなるように、オフセット信号加算手段２７によって調整された後（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプローブ変位信号（信号A）と加算されることで、プローブ変位信号の補正を可能とする（信号Ｅ）。プローブの駆動電圧とプローブの曲線特性に対応する増幅率を関数Ｆ（Ｂ）、オフセット電圧をＹとすると図３と同様に次のような式で表される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
プローブとして従来のＡＦＭカンチレバー１１を使用可能なように、カンチレバーホルダーにプローブ微動手段となる積層型圧電素子１４とプローブを共振させるためのバイモルフ１５を設けた。このカンチレバーホルダーの外観図を図７に示す。積層型圧電素子１４、バイモルフ１５、斜面ブロック２４はそれぞれ接着剤によりアングル２２に固定され、アングル２２はホルダー体２３に固定されている。試料１２の微動手段として円筒型圧電素子１３を用いることで、ＡＦＭカンチレバー１１と試料１２の相対距離の調節とともに、試料表面の走査にも利用可能である。プローブ変位検出手段として光テコ方式を用いることで、ＡＦＭカンチレバー１１と試料１２との相互作用をＡＦＭカンチレバー１１のたわみとして検出できる。レーザーダイオード１６からレーザー光をカンチレバー背面で反射させ、その反射光を２分割されたフォトダイオード１７で電気信号に変換する。ＡＦＭカンチレバー１１のたわみによりＡＦＭカンチレバー１１の先端部の角度が変化すると、２分割されたフォトダイオード１７の差分信号（以下ＤＩＦ信号と略す）が変化するという原理となっている。ＡＦＭカンチレバー１１が共振状態の場合、ＤＩＦ信号はＡＦＭカンチレバー１１の共振に対応した周波数を持つＡＣ信号となる。このＤＩＦ信号をロックインアンプ１８に接続することで振幅信号が得られる。この振幅信号によりそれぞれの圧電素子を制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 
本発明によるプローブ顕微鏡の構成の模式図である。
【図２】
本発明によるプローブ顕微鏡のプローブを共振させる場合の構成の模式図であ
る。
【図３】
本発明によるプローブ変位信号補正手段の構成模式図である。
【図４】
本発明による複雑な系でのプローブ変位信号補正手段の構成模式図である。
【図５】
プローブ微動によるプローブ変位信号の変化を表す簡略図である。
【図６】
本発明をＡＦＭへの応用例の構成図である。
【図７】
構成例で用いたＡＦＭカンチレバーホルダーの外観図である。
【図８】
積層型圧電素子印可電圧とＤＩＦ信号の特性図である。
【図９】
積層型圧電素子印可電圧と振幅信号の特性図である。
【符号の説明】
１    プローブ
２    試料
３    試料微動手段
４    プローブ微動手段
５    プローブ変位検出手段
６    プローブ変位信号補正手段
７    制御手段
８    コンピュータ
９    プローブ共振手段
１０    プローブ振幅信号抽出手段
１１    ＡＦＭカンチレバー
１２    試料
１３    円筒型圧電素子
１４    積層型圧電素子
１５    バイモルフ
１６    レーザーダイオード
１７    フォトダイオード
１８    ロックインアンプ
１９    補正回路
２０    制御回路
２１    コンピュータ
２２    アングル
２３    ホルダー体
２４    斜面ブロック
２６    プローブ微動信号増幅手段
２７    オフセット信号加算手段
２８    信号加算手段
２９    演算回路