【手続補正書】
【提出日】平成27年3月20日(2015.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
【図１】「従来技術」と適切にラベルを付けられた従来の原子間力顕微鏡のブロック線図である。
【図２Ａ】振動ＡＦＭモードにおける先端−試料離隔距離対時間のグラフである。
【図２Ｂ】振動ＡＦＭモードにおける相互作用力対時間のグラフである。
【図２Ｃ】第２のプローブ試料相互作用のプローブ試料相互作用、「リングダウン」、および例示を示すＳＰＭ力曲線のグラフである。
【図３】好適な実施形態によるフィードバック制御の瞬間的力を判断するステップを示す力対時間のグラフである。
【図４Ａ】システム内の寄生振動により周期的に変調される先端試料相互作用力を示すプローブ偏向対時間を示す概略グラフである。
【図４Ｂ】寄生源による流体力学的バックグラウンド振動だけを有するカンチレバープローブ応答対時間の概略図である。
【図４Ｃ】流体力学的バックグラウンド振動の減算後の偏向誤差対時間のグラフである。
【図５Ａ】バックグラウンド減算前の偏向応答のグラフである。
【図５Ｂ】減算後のバックグラウンドのグラフである。
【図５Ｃ】流体力学的バックグラウンド振動の減算後の偏向誤差対時間の一系列のグラフである。
【図６Ａ】好適な実施形態の基準線平均化法を示す力対時間の概略図である。
【図６Ｂ】先端−試料離隔距離対時間のグラフ図である。
【図６Ｃ】カンチレバー偏向対時間のグラフ図である。
【図７】先端試料相互作用を検出するために全サイクルにわたって力を平均化（ＲＭＳ）する従来技術を示す力対時間の概略グラフである。
【図８Ａ】好適な実施形態によるゲートされた平均斥力制御（ｇａｔｅｄ  ａｖｅｒａｇｅ  ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を示す概略の力対時間曲線である。
【図８Ｂ】好適な実施形態による、ゲートされた平均斥力制御を実現するために先端−試料相互作用による力応答と共に送信された入力同期信号の図である。
【図９Ａ】好適な実施形態による同期平均化において使用される一系列の力曲線の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａの力曲線において適用される偏向と共に送信された同期信号を示すグラフである。
【図９Ｃ】図９Ａの同期平均化の数サイクル後の力カーブ信号を示すグラフである。
【図１０】一実施形態によるＰＦＴモードで動作可能なＡＦＭの概略ブロック図である。
【図１１】好適な実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】システム設定点と測定された偏向とを示す力曲線の概略グラフである。
【図１２Ｂ】１変調サイクルの完了後に力をトリガすることによりＡＦＭ動作を制御する従来技術の方法に従って生成されたフィードバック誤差の概略図である。
【図１２Ｃ】本発明の好適な実施形態による、図１２Ｂと同様なフィードバック誤差の概略図である。
【図１３】偏向バックグラウンド減算を示す好適な実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図１４】好適な実施形態による、ロックイン増幅器を使用するカンチレバー偏向バックグラウンド減算を示すフローチャートである。
【図１５】通常の係合過程における偏向バックグラウンド減算を示すフローチャートである。
【図１６】ソーイング係合過程（ｓｅｗｉｎｇ  ｅｎｇａｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）における偏向バックグラウンド減算を示すフローチャートである。
【図１７】好適な実施形態による基準線計算を示す力対時間のグラフである。
【図１８】瞬間的相互作用力を決定するために使用されるアルゴリズムを示す力対時間のグラフである。
【図１９】瞬間的力制御撮像の方法を示すフローチャートである。
【図２０Ａ】好適な実施形態による瞬間的力制御撮像を利用する際の力対時間とｚ位置をそれぞれ示すグラフである。
【図２０Ｂ】好適な実施形態による瞬間的力制御撮像を利用する際の力対時間とｚ位置をそれぞれ示すグラフである。
【図２１Ａ】好適な実施形態によるＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ  ＡＦＭと瞬間的力制御モードを使用した深い溝測定を示すＡＦＭ像である。
【図２１Ｂ】好適な実施形態によるＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ  ＡＦＭと瞬間的力制御モードを使用した深い溝測定を示すＡＦＭ像である。
【図２２Ａ】好適な実施形態による小さな振幅斥力モード（ＳＡＲＦ：ｓｍａｌｌ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）を示す力対先端−試料離隔距離のグラフである。
【図２２Ｂ】ＳＡＲＦモードの力対時間を示すグラフである。
【図２３Ａ】好適な実施形態による小さな振幅引力モード（ＳＡＡＦ：ｓｍａｌｌ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）を示す力対先端−試料離隔距離のグラフである。
【図２３Ｂ】ＳＡＡＦモードの力対時間を示すグラフである。
【図２４Ａ】ＡＦＭ撮像中の試料プロフィールおよび対応する追跡信号（高さ）を示すフィードバック追跡信号対走査位置の概略グラフであり、安定フィードバックと不安定フィードバックとの差を示す。
【図２４Ｂ】図２４Ａの高さ信号に対応するフィードバック誤差信号概略グラフである。
【図２５】スペクトル振幅対周波数の概略グラフであり、好適な実施形態によるフィードバックループの不安定性を検出するために使用されるフィードバック信号スペクトルを示す。
【図２６】パラシュート降下事象（ｐａｒａｃｈｕｔｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）中に先端−試料相互作用力がほぼ基準線であることと示すパラシュート降下検出を示す一系列の概略グラフである。
【図２７】フィードバックループにおける利得制御を示す好適な実施形態によるＡＦＭの概略図である。
【図２８】図２７の振動検出アルゴリズムの概略図である。
【図２９】図２８の振動検出アルゴリズムにより再サンプリングされ処理されたデータの概略図である。
【図３０】ＰＦＴモードにおいてＡＦＭを動作させる好適な実施形態の実施を示す図である。
【図３１】ＰＦＴモードで使用される走査速度制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図３２Ａ】走査速度を実質的に最適化できたときの先端−試料相互作用力の概略グラフである。
【図３２Ｂ】走査速度を実質的に最適化しないときの先端−試料相互作用力の概略グラフである。
【図３３】好適な実施形態によるＺリミット制御の方法を示す図である。
【図３４】好適な実施形態の技術を使用した先端半径監視を示す先端−試料相互作用力図である。
【図３５】（ａ）−（ｄ）は、試料の物理的特性を測定するためにＰＦＴモードを使用するための一系列のプロットを示す。
【図３６】（ａ）−（ｄ）は、図３５（ａ）−（ｄ）と同様な一系列のプロットを示し、ここでは励起信号は一定のままである。
【図３７】（ａ）−（ｄ）は、図３５（ａ）−（ｄ）と同様な一系列のプロットを示し、代替のゲートされた領域を使用する。
【図３８】（ａ）−（ｄ）は、図３５（ａ）−（ｄ）と同様な一系列のプロットを示し、別の代替のゲートされた領域を使用する。
【図３９】電流センサ信号を生成するためにバイアス電圧を使用することにより試料の物理的特性を測定するＰＦＴモードを採用するＳＰＭのブロック図である。
【図４０】熱励起を使用することにより試料の物理的特性を測定するＰＦＴモードを採用するＳＰＭのブロック図である。
【図４１】例えば光学的、磁力、電磁気、または電圧励起源の１つを使用することにより試料の物理的特性を測定するＰＦＴモードを採用するＳＰＭのブロック図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
ＡＦＭを動作させるのに必要なスキルを最小限にするようにＰＦＴモードで動作可能なＡＦＭ１１００を図２７に概略的に示す。ＡＦＭ１１００は、先端１１０６を支持するカンチレバー１１０４を含むプローブ１１０２を含む。プローブ１１０２は、この場合プローブ１１０２の先端１１０６を「Ｚ」軸（試料表面に直交）方向に動かすことができる圧電アクチュエータなどのアクチュエータ１１１０に結合されるプローブホルダ１１０８に搭載される。プローブ１１０２が試料と相互作用すると、その偏向は、カンチレバー１１０４の裏側方向に光線「Ｌ」を向ける光源１１１４（例えばレーザ）を含む偏向検出方式１１１２により監視される。カンチレバー１１０４は、偏向を示す信号をＡＤＣ１１１８に向かって送信する検出器１１１６（例えば四象限光検出器）に向かってビーム「Ｌ」を反射する。アナログ偏向信号がＡＤＣブロック１１１８によりデジタルに変換された後、その結果の信号はＰＦＴモード力検出ブロック１１２０に送信される。（点毎に先端−試料相互作用力を抽出すための上記の装置と方法に従って決定された）結果の力信号は比較回路１１２２に送信される。好ましくは、ピーク力は力設定点と比較され、誤差信号がＰＩ制御装置１１２４に送信される。ＰＩ制御装置１１２４は、先端−試料離隔距離を制御するためにＺ圧電アクチュエータに適用されるＺ走査ＤＡＣ（Ｄ−Ａ変換器）に送信される制御信号を出力するので、力設定点が維持される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
図３５（ｂ）における相互作用力測定はカンチレバープローブ偏向を監視することにより行われる。図３５（ａ）のプローブ表面位置決め制御は、カンチレバープローブを試料に対して動かすアクチュエータにより行われる。試料に対する先端の軌跡は、図３５（ａ）に示すよう正弦波、または当該技術において理解されるようにｐ１からｐ５までの任意の時間セグメントを意図的に増加または低減する任意の形状である可能性がある。ユーザは例えばデューティサイクルを増加または低減するためにそうしたいかもしれない。ｐ２〜ｐ４を変化させる同じ変調周波数は熱的検討のためには増加し、粘性−弾性検討のためには、ｐ２−ｐ４を例えば１％のデューティサイクルから５０％のデューティサイクルに変化させる。短いデューティサイクルにより粘性−弾性影響の時間依存性を検討することができる。ｐ１〜ｐ２（非接触時間）中は、光学測定及び温度測定のために長いデューティサイクルが好ましいかもしれない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５１】
デューティサイクルｐ２〜ｐ４を可能な限り増加することにより、長い期間の間信号を積分することができる。
ｐ１とｐ２間の時間区域は例えば、検知可能な負力（ヴァンデルワールス）引力により試料と先端が相互作用している近傍相互作用区域である。他の例としては電気的または磁気的力が挙げられる。この領域は長距離相互作用力を表し、通常負力（すなわち引力）を示す。同じ近接干渉領域は、最小相互作用力がプローブの先端におけるファンデルワールス力（または電気的または磁気的力）と毛細管相互作用の両方を含むｐ４とｐ５間で再び発生する。この領域はまた、大抵の場合、負（引力）を示す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５５】
さらに別の実施形態では、図３５（ｃ）の励起信号は電磁波である可能性があり、図３５（ｄ）の検知信号はｐ２とｐ４間のゲートされた時間区域内のインピーダンスの変化である可能性がある。マイクロ波などの電磁波の応用は試料またはプローブに導波管を適用することにより実現できる。代替として、図３５（ｃ）の励起信号は光学的励起である可能性があり、３５（ｄ）の検知信号はｐ２とｐ４間のゲートされた時間区域内の光分光学応答の変化である可能性がある。さらに別の実施形態では、図３５（ｃ）の励起信号は電圧信号である可能性があり、図３５（ｄ）の検知信号はｐ２とｐ４間のゲートされた時間区域内の電気抵抗の変化である可能性がある。電圧の応用は、試料の一部を導電性にするおよび試料に電気的に接続されるプローブの一部を導電性にすることより実現できる。さらに、別の実施形態では、図３５（ｃ）の励起信号は磁力である可能性があり、図３５（ｄ）の検知信号はｐ２とｐ４間のゲートされた時間区域内の磁気応答の変化である可能性がある。磁力の応用は永久磁石または誘導磁石の一部を含む先端を使用することにより実現でき、電気的測定の変化はｐ２〜ｐ４時間区域内の電流、電圧、または抵抗である可能性がある。これらの代替案では、ＰＦＴモードの付加的有用性を考えると、一連の試料特性がいかなる従来のＡＦＭ技術とも異なり監視され撮像され得る。励起の異なる形式を使用するこれらの代替システムを示すブロック回路線図を図４１に示す。