【事件の表示】
　特許第３００８５８３号「原子間力顕微鏡およびその制御方法」の請求項１、３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３００８５８３号の請求項１、３に係る特許を取り消す。
【理　由】
【１】手続の経緯
　本件特許第３００８５８３号の請求項１乃至５に係る発明についての出願は、平成３年８月９日に特許出願され、平成１１年１２月３日に設定登録され、その後、山崎　宏より請求項１及び請求項３に係る特許に対して特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされたところ、その指定期間内である平成１３年１２月１９日に訂正請求がなされたものである。
【２】訂正の適否
　１．訂正事項
ａ．特許請求の範囲の請求項１における
「【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」を、
「【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」と訂正する(なお、提出された全文訂正明細書の【請求項１】の記載中「　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置微動装置、および画像化装置を有する、試料あるいはカンチレバーの３次元原子間力顕微鏡において」は、「　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において」の誤記と認められるので、そのように訂正した。）。
ｂ．特許明細書の段落番号【０００５】中の「カンチレバーと試料とを引き離し」（特許公報２頁右欄１５行）を、「カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し」と訂正する。
ｃ．特許請求の範囲の請求項２における
「試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離すという操作を複数回繰り返した後、試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の原子間力顕微鏡の制御方法。」を、
「カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離すという操作を複数回繰り返した後、試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」と訂正する。
　　　　　　　　
　２．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
（１）訂正ａについて
　訂正ａは「カンチレバーと試料とを引き離し」を「カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離まで引き離し」と限定するものであり、特許請求の範囲の減縮に相当するものである。
　また、この訂正ａは訂正前の明細書に記載された事項に基づくものであり、特許請求の範囲を実質上拡張又は変更するものではない。
（２）訂正ｂについて
　訂正ｂは上記訂正ａに伴い、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の記載との整合をとるためのものであり、明りょうでない記載の釈明に相当するものである。
　また、この訂正ｂは訂正前の明細書に記載された事項に基づくものであり、特許請求の範囲を実質上拡張又は変更するものではない。
（３）訂正ｃについて
　訂正ｃは、請求項１の従属請求項として記載されていたものを、上記請求項１の訂正（訂正ａ）に伴い、独立請求項形式に訂正するものであり、明りょうでない記載の釈明に相当するものである。
　そして、訂正ｃは訂正前の明細書に記載された事項に基づくものであり、また、特許請求の範囲を実質上拡張又は変更するものではない。
　３．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正（訂正ａ〜ｃ）は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年改正法による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書き、第２項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
【３】特許異議の申立てについての判断（取消理由についての判断）
　１．本件発明
　訂正後の請求項１及び３に係る発明は、訂正された明細書及び図面の記載からみて、訂正された特許請求の範囲の請求項１及び３に記載された次のとおりのものである。
【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法（以下、「本件発明１」と言う。）。
【請求項３】　柱状あるいは針状の突起物が形成されたカンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有し、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことにより、試料表面各点における凹凸状態を測定し、試料表面の形状を画像化することを特徴とする原子間力顕微鏡（以下、「本件発明３」と言う。なお、「試料表面各点におけるを」は「試料表面各点における」の誤記と認められるので、そのように訂正した。）。
　２．引用刊行物
　当審が通知した取消理由に引用した特開平２−５３４０号公報（以下、「引用例１」と言う）は、走査型トンネル顕微鏡装置に関するものであり、図面と共に以下の記載がある。
（１）「従って、上記の画素に相当する位置に探針を次々と離散的に設定し、表面情報を取得する。さらに、探針を空間的に移動する際、試料との衝突を避けるために探針を試料から十分に遠ざけた状態で移動する方式により、達成される。」（公報２頁左下欄８行〜１３行）、
（２）「第１図及び第２図は本発明の基本動作を示す模式図及びタイムチャートである。第１図は探針２の動きを示したものであり、Ｘ方向に（ｉ＋１）個の測定点で表面の高さ情報を取得する場合を示している。第２図のように、始めはＸ0の位置でＺ圧電素子１が縮んでおり、探針２は試料表面から遠ざかっている。測定を開始すると、Ｚ圧電素子１は印加電圧が徐々に大きくなるに従って伸び、探針２が試料５に近づく（マル１）。さらに、探針が近づき、トンネル領域内に入るとトンネル電流が流れる。この時、トンネル電流を検出してＺ圧電素子１の変位を記憶するとともに該素子１に印加する電圧を０Ｖとすると、マル２のように探針は元の位置に戻る。この動作が完了すると、Ｘ1にすばやく探針は移動する（マル３）。Ｘ1に移動した探針はマル４，マル５とＺ圧電素子１が伸び、トンネル電流検出により上記の動作を行ない、Ｘ2に移動する。このように探針動作を繰返し、試料表面の形状を測定して行く。」（２頁右下欄１２行〜３頁左上欄１０行）、
（３）「以上述べた具体例はトンネル電流を検出した例であるが、この外に、原子間力（圧力）、温度、光、静電容量、電気抵抗などの物理量を検出対象としても本発明と同一である。」（４頁左下欄５行〜８行）
　以上の記載を図面と併せ勘案すると、引用例１には次の発明が記載されていることになる。
　試料５表面の１点で探針２と試料５とを接近させ、トンネル電流を検出したときのＺ圧電素子１の変位量を測定すると探針２と試料５とを元の位置まで引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すようにした走査型トンネル顕微鏡の制御方法（以下、「引用例１に記載された発明」という。）。
　同じく取消理由に引用した、雑誌「応用機械工学」１９９１年７月号、インプロセス計測の現状、「表面粗さを計測する原子間力顕微鏡」第７４頁〜第８０頁、１９９１年７月１日発行（以下、「引用例２」という。）は、原子間力顕微鏡に関し、特に第７９頁〜第８０頁の記載、及び図１０、図１１には、レバー先端形状が、回折格子のような凹凸形状の正確な計測にあたって重要な役割をすること、レバー先端半径とコーン角を小さくする方が、レバー先端が格子の底部に達し、測定子として優れている旨、記載されている。
　同じく取消理由に引用した、特開昭６２−１３０３０２号公報（以下、「引用例３」という。）は、原子間力顕微鏡に関し、図面と共に以下の記載がある。
（４）「第１図を参照するに、原子力顕微鏡の主な構成は例えばアルミニウム・ブロックより成る剛体ベース１より成る。ベース１のアーム２はｘｙｚ駆動装置３に取付けられていて、これによってサンプル４は定置尖点５に関してｘ、ｙ及びｚ方向に変位出来る様になっている。尖点５はベース１から突出し、片持ちばり７を支持するアーム６上に支持されている。好ましい実施例で、片持ちばり７は板ばねの形をなし、尖点５は該ばね７の上端に固定されている。
　ばね７の裏にはトンネリング・チップ８が面していて、チップ８は、ばね７とは相対的に前進及び後退させるｚ駆動装置９に支持されている。」（公報３頁右上欄６行〜１８行）
（５）「動作を説明すると、検査すべきサンプル４はｘｙｚ駆動装置３上にその表面が尖点５に向き合う様に取付けられる。サンプル４が尖点５に向って、尖点５の頂点の原子の電子雲がサンプル４の表面上の原子の電子雲に接触する距離迄近づくと、原子間力が発生する。反撥性のこれ等の力は１０-13Ｎの程度であり、尖点５を固定したばねをたわませる。」（公報３頁左下欄１０行〜１７行）、
（６）「ばね７のたわみは固定したトンネル顕微鏡によって測定する。ばね７は圧電素子１３を介してアーム６に支持する。」（公報３頁右下欄１４行〜１６行）、
（７）「上述の様に、サンプル４がｘｙｚ駆動装置３上に支持され、ｚ部がサンプル４と点５間の距離を微調整するのに使用される。ｘｙｚ駆動装置３のｘｙ部は点５に関してｘｙ平面○でサンプル４を移動させるのに使用される。移動は尖点５がサンプル４の表面をラスタ走査する様に制御される。」（公報５頁右上欄２行〜７行）。
　以上の記載を図面と併せて勘案し、原子間力顕微鏡において画像化装置を備えることは通例であることを考慮すると、引用例３には次の発明が記載されていることになる。
　ばね７、ばね７の変位を検出するトンネリング・チップ８、サンプル４のＸＹＺ駆動装置３、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、サンプル４表面の１点でばね７とサンプル４とを接近させ、尖点５をサンプル４表面に接触させたときの斥力によるばね７の変位を検出し、尖点５がサンプル４の表面をラスタ走査するようにした原子間力顕微鏡の制御方法（以下、「引用例３に記載された発明１」という。）。
　また、引用例３には次の発明が記載されていることになる。
　ばね７、ばね７の変位を検出するトンネリング・チップ８、サンプル４のＸＹＺ駆動装置３、および画像化装置を有し、サンプル４表面の１点でばね７とサンプル４とを接近させ、尖点５をサンプル４表面に接触させたときの斥力によるばね７の変位を検出し、サンプル４表面各点における凹凸状態を測定し、尖点５がサンプル４の表面をラスタ走査してサンプル４表面の形状を画像化するようにした原子間力顕微鏡（以下、「引用例３に記載された発明２」という。）。
【４】対比
　本件発明１について、
　そこで、本件発明１と引用例３に記載された発明１とを対比すると、引用例３の発明１における、
「ばね７」、「トンネリング・チップ８」、「サンプル４」、「ＸＹＺ駆動装置３」、「尖点５」は、それぞれ、本件発明１における、
「カンチレバー」、「カンチレバーの変位検出装置」、「試料」、「３次元微動装置」、「探針」に相当するから、本件発明１と引用例３に記載された発明とは
　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料の３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位を検出するようにした原子間力顕微鏡の制御方法、
で一致し、次の点で相違する。
（相違点１）
１．本件発明１では、カンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すようにしているに対し、引用例３の発明１では、探針が試料表面をラスタ走査している点。
【５】当審の判断
　そこで、上記相違点１につき、以下に検討する。
　引用例１には、走査型トンネル顕微鏡ではあるが、
　　試料５（本件発明１の「試料」に相当する）表面の１点で探針２（「探針」に相当する）と試料とを接近させ、トンネル電流を検出したときのＺ圧電素子１の変位量を測定すると探針と試料とを元の位置まで引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すようにした走査型トンネル顕微鏡の制御方法、が記載されており、引用例１に記載された発明も引用例３に記載された発明１も共に顕微鏡技術分野に属し、しかも、引用例１には走査型トンネル顕微鏡の制御方法を原子間力を検出するものに適用し得る旨、示唆されている（上記【３】２．引用刊行物、の（３）参照）から、上記引用例１に記載された制御方法を引用例３に記載された発明１である原子間力顕微鏡の制御方法に適用すること自体に格別の困難性は見いだし得ず、その際、引用例１に記載された発明における「トンネル電流」は、引用例３に記載された発明１における「カンチレバーの変位」に対応すべき物理量であることを考慮すると、探針が試料方面をラスタ走査する代わりに、カンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを元の位置まで引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すように制御する構成とすることは、当業者が容易に想到し得るところと認められる。
　そして、引用例３に記載されているように、「サンプル４が尖点５に向って、尖点５の頂点の原子の電子雲がサンプル４の表面上の原子の電子雲に接触する距離迄近づくと、原子間力が発生する」（上記【３】２．引用刊行物、の（５）参照）のであるから、上記のようにカンチレバーと試料とを元の位置まで引き離すと、両者の間には当然に原子間力すなわち斥力は作用しないことになる。
　すなわち、「カンチレバーと試料とを元の位置まで引き離」すと、「カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離」したことになり、結局、引用例１に記載された制御方法を引用例３に記載された発明１の原子間力顕微鏡の制御方法に適用することにより、本件発明１の構成とすることに格別の困難性は認められない。
　そして、本件発明１の構成を採用したことによって奏する「ノイズレベルの低い画像が得られる」という効果は、カンチレバーが試料表面を走査した際、カンチレバーに摩擦力が作用する結果、カンチレバーに不所望な水平方向の変位を生じさせることが周知であり（例えば、異議申立人が提出した甲第４号証（Applied Physics  Letters ,Volume 57 ,No.20,「Simultaneous measurement of lateral and normal forces with an optical -beam-deflection atomic force microscope」第２０８９頁〜第２０９１頁、１９９０年１１月１２日発行、また、特開平１−２２４６１６号公報参照）、該水平方向の不所望な変位が変位検出装置により検出されることになって、このことが試料画像に対してノイズを発生させる原因となり得ることは当業者が容易に推察し得るところと認められる故、上記効果は、引用例３のラスタ走査に代えて引用例１に記載された走査方法を採用して本件発明１の構成としたことにより、当業者が容易に予測し得る範囲のことである。
　
本件発明３について、
　本件発明３と引用例３に記載の発明２とは、カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料の３次元微動装置、および画像化装置を有し、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位を検出し、試料表面各点における凹凸状態を測定し、試料表面の形状を画像化するようにした原子間力顕微鏡、で一致し、次の点で相違する。
（相違点２）
２．本件発明３では、カンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すようにしているに対し、引用例３の発明２では、探針が試料表面をラスタ走査している点。
（相違点３）
３．本件発明３は、「柱状あるいは針状の突起物が形成されたカンチレバー」を採用しているが、引用例３の発明２におけるカンチレバーはそのような構成を有しない点、
で相違する。そこで、上記相違点について検討する。
（相違点２）について、
　引用例１には、走査型トンネル顕微鏡ではあるが、
　　試料５（本件発明３の「試料」に相当する）表面の１点で探針２（「探針」に相当する）と試料とを接近させ、トンネル電流を検出したときのＺ圧電素子１の変位量を測定すると探針と試料とを元の位置まで引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すようにした走査型トンネル顕微鏡の制御方法、が記載されており、引用例１に記載された発明も引用例３に記載された発明２も共に顕微鏡技術分野に属し、しかも、引用例１には走査型トンネル顕微鏡の制御方法を原子間力を検出するものに適用し得る旨、示唆されている（上記【３】２．引用刊行物、の（３）参照）から、上記引用例１に記載された制御方法を引用例３に記載された発明２である原子間力顕微鏡に適用すること自体に格別の困難性は見いだし得ず、その際、引用例１に記載された発明における「トンネル電流」は、引用例３に記載された発明２における「カンチレバーの変位」に対応すべき物理量であることを考慮すると、探針が試料方面をラスタ走査する代わりに、カンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すように制御する構成とすることは、当業者が容易に想到し得るところと認められる。
（相違点３）について、
　引用例２には、原子間力顕微鏡において、試料表面の凹凸形状を正確に計測するために、レバー（本件発明３における「突起物が形成されたカンチレバー」に相当する）先端半径とコーン角を小さくしたものが記載されており、先端半径とコーン角を共に小さくすべく、カンチレバーの形状を柱状あるいは針状とすることは、当業者が直ちに想起し得る形状であるから、「柱状あるいは針状の突起物が形成されたカンチレバー」を採用した点に格別の創意を要し得たものとは認められない。
【６】むすび
　以上のとおりであるから、本件発明１及び３は、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができない。
　したがって、本件発明１及び３についての特許は拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してされたものと認める。
　よって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第２項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年１月１５日（２００２．１．１５）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　明細書（特許第３００８５８３号明細書、以下同じ）を本件訂正請求書に添付された訂正明細書のとおり、すなわち特許請求の範囲の減縮を目的として下記のとおり、また、明瞭でない記載の釈明を目的として、下記のとおり訂正する。
訂正事項
ａ．特許請求の範囲の請求項１における
「【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」を、
「【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」と訂正する。
ｂ．特許明細書の段落番号【０００５】中の「カンチレバーと試料とを引き離し」（特許公報２頁右欄１５行）を、「カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離までカンチレバーと試料とを引き離し」と訂正する。
ｃ．特許請求の範囲の請求項２における
「試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離すという操作を複数回繰り返した後、試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の原子間力顕微鏡の制御方法。」を、
「カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離すという操作を複数回繰り返した後、試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことを特徴とする原子間力顕微鏡の制御方法。」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
原子間力顕微鏡およびその制御方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置微動装置、および画像化装置を有する、試料あるいはカンチレバーの３次元原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、
カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離まで
　【請求項２】　
カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、
る原
　【請求項３】　柱状あるいは針状の突起物が形成されたカンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有し、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離し、その後試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことにより、試料表面各点におけるを凹凸状態を測定し、試料表面の形状を画像化することを特徴とする原子間力顕微鏡。
　【請求項４】　試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、探針を試料表面に接触させたときの斥力によるカンチレバーの変位が決められた値になった時、カンチレバーと試料とを引き離すという操作を複数回繰り返した後、試料表面の別の点で同じ操作を繰り返すことにより、試料表面各点における平均的な凹凸状態を測定することを特徴とする請求項３に記載の原子間力顕微鏡。
　【請求項５】　柱状あるいは針状の突起物が、金属、酸化亜鉛、酸化錫、アルミナ、炭化珪素、あるいはフタロシアニンなどの有機物の針状結晶であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の原子間力顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、ノイズレベルが低く０．１ｎｍ以下の極めて小さな凹凸や深い溝形状等を安定に精度良く測定するための原子間力顕微鏡およびその制御方法に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　近年、固体表面を原子オーダで観察できる装置として原子間力顕微鏡（以後ＡＦＭと呼ぶ）が開発されている。ＡＦＭおよびその制御方法を図４により説明する。ＡＦＭでは微小な力を検出するために、探針を有する長さ１００μｍ程度のカンチレバーが用いられる。試料５を探針１２に近づけると、探針と試料との間に働く原子間力によりカンチレバー６にたわみが生じる。このたわみ量を一定に保つように制御信号発生回路１０を通して、圧電体駆動装置１１によりＺ方向圧電体３を制御しながら試料表面を走査する。走査は圧電体駆動装置１１とＸ，Ｙ方向の圧電体１、２により行われる。前記フィードバックにおける制御量が試料表面の凹凸に相当し、したがって、この制御量をコンピュータ１３等により画像化することでＡＦＭ像が得られる。このカンチレバーのたわみ量は変位測定部１９により測定される。変位測定部１９には、光てこ、レーザー干渉、トンネル電流などの方式が用いられている。ＡＦＭの分解能は探針の先端曲率半径に依存し、曲率半径が小さいほど分解能は上がる。現在のところ２００から３００Åの曲率の探針が作製され、このカンチレバーを用いてＭＩＣＡ等の原子像が観察されている。一方、ＡＦＭを用いてグレーティング等の深い溝形状を有する試料の測定も行われている。このような測定には、探針の先端曲率が小さいのと同時に、溝部の底まで届くような、細長い形状の探針を用いる必要がある。
　【０００３】
　【発明が解決しようとする課題】
　試料表面を探針で走査した場合、試料表面の凹凸によるカンチレバーの変位以外に、試料表面の摩擦係数の違いなどによるカンチレバーの変位やカンチレバーのねじれによる変位などが発生し、これらがノイズとなり極微細な表面形状が測定できないことがある。また、溝部の壁面が垂直に近いような形状の試料では、探針の側面が走査中に溝部の壁面に衝突する。この状態ではカンチレバーのたわみはほとんど生じることがなく、試料と探針間の距離はそのままの状態で走査が続けられる。その結果、正確なＡＦＭ像が得られないばかりでなく、探針やカンチレバーが破壊されることもある。
　【０００４】
　本発明は、このような従来の原子間力顕微鏡の制御方法の課題を考慮し、極めて小さな凹凸や垂直に近い側面形状を有するような試料でも、精度良く観察することが可能な原子間力顕微鏡およびその制御方法を提供することを目的とする。
　【０００５】
　【課題を解決するための手段】
　カンチレバー、カンチレバーの変位検出装置、試料あるいはカンチレバーの３次元微動装置、および画像化装置を有する原子間力顕微鏡において、試料表面の１点でカンチレバーと試料とを接近させ、カンチレバーの変位が決められた値になった時、
カンチレバーが試料から斥力を受けなくなる距離まで
　【０００６】
　【作用】
　カンチレバーが試料表面から一定の力を受けた状態で、試料表面を探針で走査するのではなく、あたかも、杖を用いて道路の表面形状を調べるように、試料表面の各点における試料（あるいは探針）の移動距離と、試料と探針間に働く力との関係を測定し、表面形状を画像化することにより、試料表面の摩擦係数の違いなどによるカンチレバーの変位やカンチレバーのねじれによる変位などのノイズ成分を除去することができる。また細長い形状の探針を用いて、溝部等の壁面が垂直に近いような形状の試料を観察する際も、探針の側面が走査中に壁面に衝突し、探針やカンチレバーが破壊されることなく表面形状を観察することが可能となる。
　【０００７】
　【実施例】
（実施例１）
　以下、具体例について詳細に述べる。図１は、本発明の原子間力顕微鏡およびその制御方法の第１実施例を示す概略図である。試料は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の圧電体１、２、３で形成されたトライポッド型の微動機構上に設置される。試料５の水平面内の走査は、圧電体駆動装置１１により発生した電圧をＸ、およびＹ方向の圧電体に印加することにより行った。試料と探針間に働く力、すなわちカンチレバー６の変位は出力５ｍＷの半導体レーザー７から出射されたレーザー光をレンズ８によりカンチレバー上に集光し、その反射光を２分割フォトダイオード９により検出する光てこにより検出した。試料とカンチレバーとの距離の制御は制御信号発生回路１０と圧電体駆動装置１１により、制御電圧をＺ方向の圧電体３に印加することにより行った。以下にＡｕのスパッタ膜を観察したときの具体的な制御方法について説明する。
　【０００８】
　試料台４の上に、Ｓｉ基板上にＡｕ薄膜が形成された試料５を試料の中央部分が探針１２の下に位置するように設置した。圧電体駆動装置１１によりＺ方向の圧電体３に徐々に電圧を印可し、試料５を探針１２に近ずけながら、同時に２分割フォトダイオード９によりカンチレバー６が試料５から受ける力を測定した。カンチレバー６が決められた大きさの斥力を受けたとき試料の探針への接近を停止し、その時のＺ方向の圧電体３に印加されている電圧をコンピュータ１３に記憶させた。この電圧値が基板表面の各点における凹凸情報となる。この試料の測定の際は、斥力の大きさを１×１０‐８Ｎとした。つぎにカンチレバー６が試料５から力を受けなくなる距離まで試料５を探針１２から離した。次に圧電体駆動装置１１をもちいて、Ｘ方向の圧電体１により試料５を２ｎｍ左に移動させた。その後、Ｚ方向の圧電体３に徐々に電圧を印可し、カンチレバー６が１×１０‐８Ｎの斥力を受けるまで、試料５を探針１２に近ずけ、その時のＺ方向の圧電体３に印加されている電圧をコンピュータ１３に記憶させた。次にＸ方向の圧電体１により試料５をさらに左へ２ｎｍ移動させた。この様な測定を２５６回Ｘ方向へ繰り返し１ライン分の走査を終了した。次にＹ方向の圧電体２により試料５を２ｎｍ下に移動させ、同様の操作によりさらに１ラインの走査を行った。２５６回の走査の後、２５６×２５６個の試料表面の凹凸情報が得られた。
　【０００９】
　ＡＦＭを本発明のように制御することにより、従来のようにカンチレバーが一定の斥力を受けたまま試料表面を連続的に走査した場合に比べてノイズレベルが低く、高分解能な画像が得られた。この原因の１つとして試料表面をＸ方向に走査したときに生ずる、カンチレバーのねじれ成分によるノイズが皆無になったことが考えられる。
　【００１０】
　前記実施例では凹凸情報の測定を各点につき１回行ったが、各点における測定を複数回繰り返し、その平均値を用いて画像化することにより、よりノイズレベルの低い画像が得られた。またカンチレバーの変位測定手段として前記実施例では光てこ法を用いたが、レーザー干渉法やトンネル電流法を用いても同様の結果が得られた。
　【００１１】
（実施例２）
　次に本発明の第２実施例における原子間力顕微鏡のカンチレバー部分の概略図を図２に示す。フォトリソグラフィにより作成した長さ１００μｍ、厚さ１．５μｍのＶ型のＳｉＯ２薄膜カンチレバー１４の先端部分に、１つの針状部分の長さが２〜５μｍの酸化亜鉛ウィスカ１５を取り付けた。このウィスカはＣＶＤ法により作成したものであり、正四面体の体心から４頂点に向かって延びたテトラポッド型の３次元構造の結晶であるため、図２に示すように接着剤を用いて極めて容易にカンチレバーに取り付けることができた。このカンチレバーを用いて、試料表面をカンチレバーが一定の斥力を受けたまま連続的に走査する従来の制御方法で、深さ１μｍ、幅１μｍの溝形状１８を測定したところ安定に測定ができず、時としてウィスカが破損することがあった。またＳｉのエッチピットを鋳型としてＳｉ３Ｎ４薄膜で作成したカンチレバーを用いて、従来の制御方法で測定した画像と本発明のウィスカを具備したカンチレバーを用いて、本発明の制御方法により測定した画像とを比較したところ、本発明の装置の方が溝形状を正確に観察できることが判明した。この原因は図３に示すように、従来の探針は頂角が７０度のピラミッド形状となるため、探針１６が溝の底まで届かず実際の試料形状とは異なる破線で示したような像が得られた（図３（ａ））のに対し、ウィスカの探針１７は溝の底まで到達し、破線で示したような表面形状に忠実な像が得られた（図３（ｂ））ものと考えられる。
　【００１２】
　本実施例では酸化亜鉛ウィスカを用いた場合について説明したが、酸化錫、炭化珪素、アルミナ、金属あるいは有機物の針状結晶を用いても、本発明の制御方法を用いることにより、垂直な壁面を有する溝部においても、表面形状に忠実なＡ像が安定に得られた。
　【００１３】
　【発明の効果】
　以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、ノイズレベルが低く０．１ｎｍ以下の極めて小さな凹凸等を安定に高精度に測定でき、さらにグレーティング等の深い溝形状や、垂直に近い壁面を有する試料を測定する際、カンチレバーや探針を破壊することなく、精度よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明にかかる第１実施例の原子間力顕微鏡およびその制御方法を説明するための概略図を示す。
　【図２】
　本発明にかかる第２実施例における原子間力顕微鏡のカンチレバー部分の概略図を示す。
　【図３】
　従来のカンチレバー、および本発明のカンチレバーにより得られた溝状形状のＡＦＭ像の説明図を示す。
　【図４】
　従来の原子間力顕微鏡およびその制御方法を説明するための概略図を示す。
　【符号の説明】
　１　Ｘ方向圧電体
　２　Ｙ方向圧電体
　３　Ｚ方向圧電体
　４　試料台
　５　試料
　６　カンチレバー
　７　半導体レーザー
　８　集光レンズ
　９　２分割フォトダイオード
　１０　制御信号発生回路
　１１　圧電体駆動装置
　１２　探針
　１３　制御コンピュータ
　１４　カンチレバー
　１５　酸化亜鉛ウィスカ
　１６、１７　探針
　１８　変位測定部