(57)【要約】非常に厚いサンプルでも、表面感度を有するナノメートルスケールのサンプルに対して化学分光法を行うためのシステム及び方法が提供され得る。この方法では、表面層の赤外線吸収を示す信号が、赤外線放射のビームで表面層を照射して、表面層によって吸収された赤外線に応答してプローブの共振周波数のシフト及び共振の位相シフトのうちの少なくとも１つを含むプローブ応答を測定することにより構成される。
2021534370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査プローブ顕微鏡のプローブでサンプルの薄い表面層の赤外線吸収スペクトルを示す信号を得る方法であって、
ａ．前記プローブを前記サンプルの表面層と相互作用させるステップと、
ｂ．前記表面層を赤外線放射のビームで照射するステップと、
ｃ．前記表面層によって吸収された赤外線放射に応答して、前記プローブの共振周波数のシフト及び共振の位相シフトのうち少なくとも１つを含むプローブ応答を測定するステップと、
ｄ．前記赤外線放射の複数の波長で前記プローブ応答を測定するステップと、
ｅ．前記表面層の赤外線吸収を示す信号を構成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記表面層は、前記複数の波長にわたってＩＲ放射線を吸収する基板上に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、前記表面層より少なくとも１０倍厚い、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、前記表面層より少なくとも１００倍厚い、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記表面層より少なくとも８００倍厚い、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記表面層のＩＲ吸収を示す信号は、前記基板からの残留吸収帯域より少なくとも５倍強い信号である、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記表面層のＩＲ吸収を示す信号に現れる前記基板からの残留吸収ピークは、表面層がないベア基板上で測定された吸収ピークより少なくとも８倍小さい、請求項２に記載の方法。前記プローブ応答を測定するステップは、前記プローブの共振又は共振の近くで前記プローブの振動応答を誘導するために前記赤外線放射のビームの強度を変調するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プローブは、共振周波数のシフトを有するプローブ振動位相の実質的に最大の傾きが存在する周波数で振動する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プローブ応答を測定するステップは、ピエゾアクチュエータで前記プローブの共振又は共振の近くで前記プローブを振動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プローブ応答を測定するステップは、静電駆動、磁気駆動、音響駆動、超音波駆動、光熱駆動、バイメタル駆動、及びジュール加熱熱駆動のうち少なくとも１つを含むアクチュエータを用いた前記プローブの共振又は共振の近くで前記プローブを変調するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面層の赤外線吸収を示す信号を線形化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記線形化するステップは、
温度に対するサンプル弾性の非線形依存性、
サンプル弾性に対するプローブ共振周波数の非線形依存性、及び
共振周波数のシフトに対するプローブ振動位相の非線形依存性、
のうち少なくとも１つを補償するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１３】
前記線形化するステップは、線形化関数を生成するために赤外線放射ビームパワーの関数としてプローブ応答を測定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ＩＲビームパワーの関数としてプローブ応答を測定するステップは、プローブ応答とサンプル温度上昇との間の関係を推測するのに使用される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１５】
前記線形化関数によって複数の波長で前記プローブ応答をスケーリングするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連する出願の参照］
本出願は、２０１７年７月７日付で出願された米国仮特許出願第６２／５２９，４０４号に対して３５ＵＳＣ§１．１１９（ｅ）の優先権を主張する。本出願の主題は、その全体が参照として本明細書に含まれる。
【０００２】
本明細書は、特に異種システムにおける化学成分の分布を示す情報を取得するための散乱原子間力顕微鏡ベースの赤外線分光法（ＡＦＭ−ＩＲ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＡＦＭ−ＩＲは、ナノメートルスケールに近い解像度で一部表面の光学特性／材料組成を測定及びマッピングするのに有用な技術である。この技術の様々な側面は、共通の発明者によるものであり、かつ本出願と共通して所有される特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、及び米国特許出願１３／１３５，９５６号、米国特許出願１５／３４８，８４８号及び米国特許出願６２／４１８，８８６号によって説明される。これらの出願は、その全体が参照として含まれる。
【０００４】
従来のＡＦＭ−ＩＲ技術では、サンプルの準備が困難になる場合がある。この技術は、サンプルの加熱を誘導するＩＲ照射の吸収によって生成されたサンプル膨張を測定することに依存する。このような膨張は、典型的なＡＦＭたわみ検出技術によって測定されるＡＦＭカンチレバーでの運動を発生させる。信号の強度は、カンチレバーのばね定数、サンプルの熱膨張、及びＩＲ照射の浸透深さなど、サンプル及びカンチレバーと関連する様々なパラメータによって変わる。厚い吸収領域を有するサンプルでは、ＡＦＭ−ＩＲ信号は強くなる可能性があるが、サンプル内の熱拡散が原因で空間分解能が低下し、非局所的（ＡＦＭチップで定義される）な拡大につながり得る。非吸収性又は低熱膨張の基板上にサンプルを薄層として準備することにより、最適な空間分解能を実現できる。この準備は、ドロップキャスティング、スピンコーティング、ミクロトームなどの様々な異なるサンプル準備技術を用いて行ってもよい。しかし、有機基板上の薄い有機コーティング又は層などの一部の類型のサンプルでは、これらの製造技術の使用を許容しない。このような類型のサンプルでは、ＩＲ光は、薄い上部層を越えて下部基板に浸透し得る。その後、ＩＲ光は基板に吸収されて膨張を生じ、これは、ＩＲ照射の全体の浸透深さにわたる膨張の統合である。これにより、上部層からの信号をマスクすることができる。さらに、このサンプル測定は、上部層が非常に薄く（数百ナノメートル未満）及び／又は基板と類似の化学的性質を有する場合に、特に難しい可能性がある。その場合、結果として生じる信号は、より厚い層からの寄与によって支配される可能性があり、より薄い層からの寄与による、わずかな変調のみを有し得る。その結果、異なる厚さの層（例えば、有機薄層と厚いポリマー層などのより厚い基板）の識別に対応するＡＦＭ−ＩＲソリューションが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８８６９６０２号明細書
【特許文献２】米国特許第８６８０４５７号明細書
【特許文献３】米国特許第８４０２８１９号明細書
【特許文献４】米国特許第８００１８３０号明細書
【特許文献５】米国特許第９１３４３４１号明細書
【特許文献６】米国特許第８６４６３１９号明細書
【特許文献７】米国特許第８２４２４４８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
非常に厚いサンプルにおいても、表面感度を備えたナノメートルスケールのサンプルで化学分光法を実行するためのシステム及び方法が提供され得る。
これらの上記の欠点に対処するために、表面感度を大幅に改善した新しい方法が開発された。この特許は、表面層が重要なあらゆる用途における方法及び利点を説明している。これは、薄い表面コーティング又は膜、表面汚染又は表面からの深さに対する複合材料の不均一な分布が含まれる。
［定義］
「光学特性」とは、屈折率、吸収係数、反射率、透過率、透過度、吸光度、吸収率、屈折率の実数及び／又は虚数成分、サンプル誘電関数の実数及び／又は虚数成分、及び／又はこれら特性のうちの１つ以上の光学特性から数学的に導出され任意の特性を含むが、これらに限定されないサンプルの光学特性を示す。
【０００７】
「プローブをサンプルと相互作用させること」とは、１つ以上の近接場相互作用、例えば、チップ−サンプル間の引力及び／又は斥力、及び／又はプローブの先端近傍のサンプル領域から散乱された放射線の発生及び／又は増幅が生じるように、プローブチップをサンプルの表面に十分に近づけることを指す。相互作用は、接触モード、間欠接触／タッピングモード、非接触モード、パルスフォースモード、ＰｅａｋＦｏｒｃｅ  Ｔａｐｐｉｎｇ（登録商標）（ＰＦＴ）モード及び／又は任意の横方向変調モードであってもよい。相互作用は、一定であってもよく、一実施形態のように周期的であってもよい。周期的な相互作用は、正弦波又は任意の周期的な波形であってもよい。また、パルスフォースモード及び／又は高速力曲線技術を使用して、プローブを周期的にサンプルとの望ましい相互作用レベルにした後に、保持期間が続き、その後プローブを後退させることもできる。
【０００８】
「照射」とは、例えば、サンプルの表面、プローブチップ、及び／又はプローブとサンプルの相互作用領域などの物体に放射線を向けることを意味する。照射には、赤外線波長範囲の放射線、可視光線、及び紫外線からＴＨｚまでの他の波長の放射が含まれる。照射は、放射線源、反射要素、ファイバなどの導波要素、集束要素、及び任意の他のビームステアリング又は調節要素の任意の構成を含んでもよい。
【０００９】
本明細書の目的のための「赤外線光源」は、赤外線波長範囲の放射線を生成又は放出する１つ以上の光源を指す。例えば、中赤外線（ｍｉｄ−ＩＲ）（２〜２５ミクロン）内の波長を含むことができる。赤外線光源は、これらの波長サブ領域の大部分で放射線を生成したり、波長範囲のうちの１つのサブセットであるチューニング範囲を有したり、複数の個別の波長範囲、例えば２．５〜４ミクロン、又は５〜１３ミクロンにかけて放出を提供したりしてもよい。放射線源は、熱源、又はグラバー源（Ｇｌｏｂａｒ  ｓｏｕｒｃｅ）、レーザ駆動プラズマ源、超連続レーザ源、周波数コム、差周波発生器、和周波発生器、高調波発生器、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック発生器（ＯＰＧ）、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒、及びアト秒レーザシステム、ＣＯ２レーザ、加熱カンチレバープローブ、又はその他のマイクロスコープヒータ及び／又はパルス又は連続波動作で放射線ビームを生成するその他の源を含む複数の源のうち１つであってよい。源は、例えば、＜１０ｃｍ−１、又は＜１ｃｍ−１、又はそれ未満のスペクトル幅を有する狭帯域であってもよく、例えば、＞１０ｃｍ−１、＞１００ｃｍ−１、又は５００ｃｍ−１を超過するスペクトル幅を有する広帯域であってもよい。「近赤外光」とは、一般に０．７５〜２μｍに対応するＩＲ光の波長範囲を指す。
【００１０】
「を示す信号」とは、対象の特性と数学的に関連する信号を指す。信号は、アナログ信号、デジタル信号及び／又はコンピュータ又は他のデジタル電子装置に格納された１つ以上の数字であってもよい。信号は、電圧、電流、又は容易に変換及び記録され得る任意の他の信号であってもよい。信号は、測定される特性、例えば絶対位相信号又は吸収係数と数学的に同一であってもよい。また、例えば、線形又はその他のスケーリング、オフセット、反転、又は複雑な数学的な操作を含む、１つ以上の対象の特徴と数学的に関連する信号であってもよい。
【００１１】
「スペクトル」とは、波長の関数としての、又は等価的に（そしてより一般的には）波数の関数としてのサンプルの１つ以上の特性の測定値を指す。
「赤外線吸収スペクトル」とは、サンプルの赤外線吸収係数、吸光度、又は類似のＩＲ吸収特性の波長依存性に比例するスペクトルを指す。赤外線吸収スペクトルの例は、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）によって生成された吸収測定であり、即ちＦＴＩＲ吸収スペクトルである。（ＩＲ吸収スペクトルは、透過スペクトルからでも容易に導き出すことができる。）
「変調すること（ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ）」又は「変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）」とは、サンプル上に入射する放射線に言及する場合、ある位置で周期的に赤外線レーザ強度を変化させることを指す。光ビーム強度の変調は、ビームの機械的チョッピング、制御されたレーザパルス、及び／又はレーザビームの偏向、例えば、静電的、電磁的に駆動する傾斜ミラー、又はピエゾアクチュエータ、又は他の傾斜手段、又はミラー変形又はミラー装置の高速回転によって達成される。変調は、音響光学変調器、電気光学変調器、光弾性変調器、ポッケルセル（ｐｏｃｋｅｌ  ｃｅｌｌ）などのような時間変化伝送を提供する装置でも達成することができる。変調は、回折効果、例えば、回折ＭＥＭＳベースの変調器、又は高速シャッター、減衰器、又はサンプルに入射するレーザ強度の強さ、角度及び／又は位相を変化させる他のメカニズムによって達成することもできる。
【００１２】
「復調する（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅ）」又は「復調（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）」は、通常、必ずしも特定の周波数ではなく、全体的な信号から情報担持信号を抽出することを指す。例えば、本出願では、光検出器で収集された収集プローブ光が全体的な信号を表す。復調プロセスは、サンプルに吸収された赤外線によって撹乱される部分を取り出す。復調は、ロックイン増幅器、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、所望の周波数での離散フーリエ成分の計算、共振増幅器、狭帯域バンドパスフィルタ、又は変調と同期化していないバックグラウンド及びノイズ信号を抑制しながら対象信号を大きく向上させる他の技術によって行ってもよい。「復調器」とは、復調を実行する装置又はシステムを指す。
【００１３】
「分析器／コントローラ」とは、システムのデータ収集及び制御を容易にするシステムを指す。コントローラは、単一の統合された電子回路筐体であってもよく、多重の分散要素を含んでもよい。制御要素は、プローブチップ及び／又はサンプルの位置決め及び／又は走査のための制御を提供してもよい。また、プローブたわみ、運動、又はその他の反応に関するデータを収集し、放射線源パワー、偏光、ステアリング、フォーカス、及び／又はその他の機能を制御してもよい。制御要素などには、コンピュータプログラム方法又はデジタル論理方法を含んでもよく、様々なコンピューティングデバイス（コンピュータ、パーソナル電子機器）、アナログ及び／又はデジタル個別回路構成要素（トランジスタ、抵抗、キャパシタ、インダクタ、ダイオードなど）、プログラマブルロジック、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、アプリケーション別の集積回路、又はその他の回路要素の組み合わせを使用して実現される。メモリから実行され得るコンピュータプログラムを格納するように構成されたメモリ要素は、本明細書に記述された１つ以上のプロセスを行うために個別の回路構成要素と共に実現されてもよい。
【００１４】
「ロックイン増幅器」は、「復調器」（上記にて定義）の一例であり、１つ以上の基準周波数のうちの１つで、システムの応答を復調する装置、システム、及び／又はアルゴリズムである。ロックイン増幅器は、アナログ電子、デジタル電子、及びこの２つの組み合わせを含む電子アセンブリであってもよい。また、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ、及びパーソナルコンピュータなどのデジタル電子装置に実装される計算アルゴリズムであってもよい。ロックイン増幅器は、振幅、位相、位相（Ｘ）及び直交（Ｙ）の成分、又は上記の任意の組み合わせを含む、振動システムの様々なメトリックを示す信号を生成することができる。このコンテキストのロックイン増幅器は、基準周波数、基準周波数の高調波、及び／又は基準周波数の側波帯周波数の全てでこのような測定値を生成することもできる。
【００１５】
「光学応答」とは、サンプルと放射線の相互作用の結果を指す。光学応答は、上記で定義された１つ以上の光学特性に関連する。光学反応は、放射線の吸収、温度上昇、熱膨張、光誘起力、光の反射、及び／又は散乱、相転移、又は放射線との相互作用による材料の他の反応であり得る。
【００１６】
「側波帯周波数」とは、２つの励起周波数の線形和又は差である周波数を指す。例えば、システムが周波数ｆ１及びｆ２で励起される場合、側波帯周波数は、ｆｓｂ＝｜±ｆ１±ｆ２｜を満たす任意の周波数ｆｓｂであり得る。より一般に、場合によっては、側波帯周波数は、励起周波数の１つ以上の高調波の線形和又は差、即ちｆｓｂ＝｜±ｍｆ１±ｎｆ２｜であってもよく、ここで、ｍ及びｎは整数である。
【００１７】
本明細書で提供される実施形態の様態及び利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照して説明される。図面を通して、参照番号は、参照される要素間の対応を示すために再使用される場合もある。図面は、本明細書に記載される例示的な実施形態を示すために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】表面感度ＡＦＭ−ＩＲ測定を行う能力を含む例示的な実施形態の簡略化された概略図を示す。
【図１Ｂ】表面感度ＡＦＭ−ＩＲ測定を行う能力を含む例示的な実施形態の簡略化された概略図を示す。
【図２Ａ】サンプルでのＩＲ放射線の吸収がＡＦＭプローブの共振周波数のシフトをもたらし得るメカニズムを示す。
【図２Ｂ】サンプルでのＩＲ放射線の吸収がＡＦＭプローブの共振周波数のシフトをもたらし得るメカニズムを示す。
【図３Ａ】ポリエチレンテレフタレートＰＥＴの厚膜上の薄いナイロン層のサンプルに対する表面感度ＡＦＭ−ＩＲ測定の例示的な測定を示す。
【図３Ｂ】ポリエチレンテレフタレートＰＥＴの厚膜上の薄いナイロン層のサンプルに対する表面感度ＡＦＭ−ＩＲ測定の例示的な測定を示す。
【図４】ＡＦＭプローブ共振周波数の加熱による変化がプローブの振動位相でどのように関連変化をもたらし得るかを示す。
【図５】表面感度ＡＦＭ−ＩＲの実施形態の簡略化された概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、強いＩＲ吸収のある厚いサンプル上でさえも表面感度ＩＲ分光法を実行できる能力により、使用される赤外線波長の回折限界よりもはるかに小さい、実際上、ナノメートルスケールまで落とした長さスケールで、材料の赤外線光学特性の測定値を取得することに関する。これは、サンプル表面の温度に非常に敏感なコントラスト機構を使用して達成される。
【００２０】
本発明は、非常に厚い層を含むサブ表面層のＩＲ吸収に対して非常に敏感でないと同時に、高い表面感度を有するサンプルのナノスケール領域からの高感度ＩＲ吸収スペクトルを得る方法及び装置を説明する。図１Ａを参照すると、ＩＲ放射線ビーム１００は、はるかに厚い基板１０４上の対象の薄いサンプル１０２の領域に収束される。下部基板１０４のＩＲ吸収によって測定値が大きく汚染されることなく、薄い領域１０２のＩＲ吸収を測定することが好ましい。薄いサンプル１０６のＩＲ吸収特性を測定するために、ＡＦＭプローブ１０８の先端１０６を薄いサンプル１０６の表面と相互作用させる。プローブの先端１０６が薄いサンプル１０２の表面と相互作用するとき、カンチレバー１０８は、例えば図１Ｂの曲線１１０で示されるように、１つ以上の共振周波数を示す。このような共振は、プローブの先端とサンプルとの間の静的接触に関する共振（いわゆる接触共振）である場合もあり、動的動作、例えば、タッピング、間欠接触、又はチップとサンプルとの間の周期的な相互作用を含む他のスキームにおけるカンチレバーの共振と関連する場合もある。これらの共振周波数の全ては、サンプルの温度変化によってシフトし得る。本実施形態では、ＩＲビーム１００が図１Ａの薄いサンプル１０２の吸収にチューニングされるとき、吸収されたＩＲ放射線は、熱に変わってサンプル１０２の温度を上昇させる。このような温度上昇ΔＴは、カンチレバーの共振周波数の結果的なシフトをもたらし得る。例えば、曲線１１２に示すように、図１Ｂの共振１１０は、より低い周波数にシフトしてもよい。従って、温度変化ΔＴは、共振周波数のシフトΔｆをもたらし得る。次に、この共振周波数のシフトは、プローブの先端１０６と接触するサンプル１０２の領域に対するＩＲ吸収スペクトルを構成するために、ＩＲビーム１００の波長の関数として測定されてもよい。ＡＦＭプローブは、入射ＩＲビーム１００によって生成された電場を局所的に増強させることがあり、その結果、チップ先端の真下の表面層の局所的な温度上昇が大きくなる可能性がある。また、これは、フィールド強化チップ先端からさらに遠く離れた基板又は他の埋め込み層に対する表面層の相対的な影響の寄与を拡大させるのに役立つ。上記の実施形態を説明するためにＡＦＭカンチレバープローブが使用されたが、上で説明した表面検出技術は、別の形態の走査プローブ、例えば、音叉型プローブ又は先鋭プローブが取り付けられたＭＥＭＳ装置に適用されてもよい。チップとサンプルとの間の相互作用により、装置の１つ以上の共振がシフトし得る。
【００２１】
図２Ａ及び図２Ｂは、プローブ共振周波数の温度依存の変化をもたらし得る１つのメカニズムを示す。図２Ａは、温度の関数としての弾性Ｅの典型的な依存性、及び多くのポリマー材料についての対応する材料状態、ガラス状、ゴム状、及び液体状を示す図を示す。詳細な動作は、広い温度範囲とさまざまな材料相で非常に複雑になり得るが、小さな温度範囲では、一般に温度に応じて弾性係数が穏やかに変化する。弾性係数変化のスケールは、材料がガラス状、ゴム状、又は液体状のいずれであるかによって大きく変わるが、全ての領域で温度によって弾性が変化する。そのため、サンプルがＩＲ光を吸収してΔＴだけ加熱されると、サンプルの弾性特性に変化ΔＥが生じる。（材料の減衰／消散の変化を含む粘弾性特性の変化もあり得る。）図２Ｂを参照すると、サンプルのこのような弾性変化は、ＡＦＭカンチレバープローブの共振に相応の影響を与える可能性がある。プローブサンプルの接触の粘弾性は、プローブの先端がサンプルの表面と相互作用しているときに、カンチレバープローブの共振周波数に影響を与えるばね／ダッシュポットシステムとして機能する。サンプルの弾性係数ＥがΔＥだけ変化すると、共振周波数もΔｆだけ変化し得る。従って、一定量のＩＲ吸収の結果、温度が上昇し、一般に弾性が低下する。これにより、一般にサンプルと相互作用しながらカンチレバープローブの共振が減少する。プローブ共振周波数を測定するか、又はカンチレバー振動位相をプロキシ測定することにより、サンプル領域のＩＲ吸収を示す信号を生成することが可能である。そして、有利なことに、この共振周波数は、サンプルの表面又は表面付近にのみ敏感であり、サンプル表面の十分に下の材料の弾性にはほとんど影響を受けない。このため、下部層の吸収の実質的な汚染なしに、非常に厚いサンプルのＩＲ吸収スペクトルを得ることが可能である。
【００２２】
この技術が表面に非常に敏感な理由は、ＡＦＭカンチレバープローブの共振周波数の変化が、ＡＦＭプローブの先端から短い距離内の相互作用だけによって生じるためである。即ち、ＡＦＭカンチレバーの共振周波数の変化は、ＡＦＭプローブチップの数ナノメートル又は数十ナノメートル内でのみ、サンプル材料の粘弾性特性に依存する。従って、ＡＦＭカンチレバーの共振は、サンプル内部の材料の粘弾性特性に非常に敏感ではない。具体的には、カンチレバーの共振は、一般に表面に非常に近い材料特性に敏感であり、例えば、サンプルの場合、プローブチップの先端とサンプルとの間の接触領域の直径のオーダーである。プローブの接触は、プローブの鋭さ、接触力、及びサンプルの粘弾性によって、数ナノメートルから数十ナノメートルまでのスケールになり得る。
【００２３】
他の温度依存特性は、カンチレバーの共振周波数及び／又は位相にも影響を与え得る。例えば、温度の上昇は、摩擦、接着、及び減衰の変化も引き起こす可能性がある。このような特性は、どれもプローブ共振周波数のシフトをもたらし得る。また、サンプル及び／又はチップの熱膨張は、プローブ共振周波数及び／又は位相のシフトをもたらし得るプローブ負荷力の変化を引き起こすことがある。この技術が作動するように留意するものの、支配的な正確なメカニズムを知ることは厳密的に必要ではない。サンプル表面の温度変化がプローブの位相又は周波数の変化を誘発し得るサンプル特性の測定可能な変化をもたらすことで充分である。後述するように、温度変化を共振周波数及び／又は位相変化に変換する特定のメカニズムの非線形性を測定及び修正することもできる。
【００２４】
図３Ａ及び図３Ｂは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の厚膜上のナイロンの薄層のサンプルにおける表面感度ＡＦＭ−ＩＲ測定の例示的な測定を示す。図３Ａは、２５０マイクロメートルの厚さのＰＥＴの厚い層を含み、上部にナイロンの薄い層を有する、サンプル領域の光学顕微鏡像３００を示す。ナイロン層は、約３００ｎｍの厚さにミクロトーム加工され、さらに厚いＰＥＴ上に蒸着された。図３Ｂは、図３Ａの光学顕微鏡像３００に示した領域３０２及び領域３０４における、本実施形態で得られたＡＦＭ−ＩＲスペクトルを示す。サンプルを照射するＩＲレーザの波数（又は等価的には波長）を掃引しながら、ＡＦＭカンチレバーの接触モード共振の位相シフトを測定することによってスペクトルを得た。吸収された光の量に応じて接触モード共振が変化するため、位相変化を測定することによって、この共振変化の影響を早く記録することができる。その理由は、カンチレバーが固定周波数で振動するように駆動される場合、カンチレバーの共振周波数が吸収されたＩＲ光（及び、結果として生じる温度上昇及びサンプル機械的特性の変化）により変化すると、以下の図４と関連して説明するように、対応した位相変化がある。図３Ｂで注目すべき重要なことは、ナイロンのＩＲ吸収に関連する吸収ピーク３１０，３１２が、下部のＰＥＴ材料からのカルボニルピークの残留効果であるピーク３１４より約５倍大きいことである。従って、ＰＥＴ膜がナイロン層（２５０，０００ｎｍ対３００ｎｍ）より８００倍以上厚いという事実にもかかわらず、ナイロン吸収バンドは残留ＰＥＴピークより５倍大きい。スペクトル３０８のＰＥＴからの残留カルボニルピーク３１４もまた、ＰＥＴ上での直接の測定３０６から約８倍減衰される。このプロットは、「厚さ上の薄さ（ｔｈｉｎ ｏｎ ｔｈｉｃｋ）」測定、即ち、はるかに厚い下部層のＩＲ吸収の大きな潜在的背景にもかかわらず、薄い表面層の化学的分析を実行する本実施形態の能力を立証する。具体的には、表面膜より８００倍以上厚い厚膜上の表面層でＩＲスペクトルを取得できることを実証した。これは、厚い基板の表面コーティングなどのサンプルを測定する能力の大きな進歩を表す。
【００２５】
図３Ｂのスペクトルは、ＩＲ源の波数の関数としてカンチレバー振動の位相の測定値を含んでいる。次の説明では、位相信号がＩＲ吸収を示す信号として使用できる理由を説明する。カンチレバーの共振とカンチレバーの位相との関係の例が図４に示されている。プロット図４００は、ＩＲ吸収がない４０４、及びＩＲ吸収が共振ピークで温度誘導シフトを引き起こしたときの４０６の２つのカンチレバーの共振を示す。対応する位相曲線がプロット図４０２に示され、位相曲線４０８は吸収がない場合に対応し、プロットの４１０はＩＲ吸収誘導温度変化によって共振周波数がシフトした後のものである。システムが固定周波数４１２で振動するように駆動すると、ＩＲ吸収に関連する位相Δφ４１４の対応する変化がある。従って、この位相信号をＩＲ源の波長又は波数の関数としてプロットすると、局所的なＩＲ吸収スペクトルが得られる。この共振の位置は、プローブの先端からわずかな距離内にある表面材料の機械的特性にのみ依存するため、ＩＲ吸収の表面感度の高い測定値を得ることができる。
【００２６】
位相又は周波数信号は、１つ以上の方式で測定されてもよい。図３に示す測定では、カンチレバーの接触共振近くの周波数でＩＲ光を変調することにより位相を測定した。タッピング／間欠接触共振及び／又は側波帯周波数での測定も実行できる。また、位相又は共振周波数は、ＩＲビームの変調で測定する必要はない。代替的に、共振周波数及び／又は位相は、カンチレバーの機械的励起、例えば圧電素子で、又は、静電的に、磁気的に、超音波を介して、熱曲げ、バイメタル曲げを介して、カンチレバーの光熱励起を介して、又は、カンチレバーを振動状態に駆動する他の方法で測定されてもよい。例えば、短い熱拡散長さを生成するためにＩＲ源を非常に高い周波数に変調することが有利なこともあり、ただし、カンチレバーの位相及び／又は周波数のより高感度な検出を提供する異なる周波数でカンチレバーの共振特性を測定する。
【００２７】
位相シフトと周波数シフトとの関係は、小さな周波数シフトと小さな位相シフトの場合、ほぼ線形であるが、大きい周波数シフトの場合、非線形である。位相と周波数の間の非線形関係によって位相曲線をスケーリングすることにより、位相スペクトルを等価吸収スペクトルに変換することが好ましい場合がある。あるいは、必要に応じてデータチェーン全体を線形化することができ、即ちサンプル弾性による周波数シフト及び温度によるサンプル弾性の非線形性を補正してもよい。この線形化プロセスは、最初にキャリブレーションシーケンスを行って実行することができ、例えば、サンプルの温度を既知の量だけ、又は既知の増分で上昇させることにより、温度の関数としてサンプルの弾性変化を測定する。同様に、サンプル弾性を有するカンチレバーの共振の変化の非線形性は、既知の弾性係数を有する基準サンプルに対して、又は既知のサンプル温度の関数として接触共振の変化を測定することによってキャリブレーションできる。特定条件では、予想される非線形依存性は、分析的に又は有限要素法によって計算することができる。Ｒａｂｅ、Ｓｔａｒｋらによる出版物は、サンプル表面との相互作用における共振周波数のシフトに対する分析表現を提供する（例えば、Ｒａｂｅ，Ｕ．、Ａｒｎｏｌｄ，Ｗ．、Ｊａｎｓｅｒ，Ｋ．の自由及び表面結合原子間力顕微鏡カンチレバーの振動。理論と実験。１９９６；及び、Ｒａｂｅ，Ｕ．、Ｋｏｐｙｃｉｎｓｋａ，Ｍ．、Ｈｉｒｓｅｋｏｒｎ，Ｓ．、Ａｒｎｏｌｄ，Ｗ．の表面特性化の方法としての原子間力顕微鏡の接触共振周波数の評価（招待）、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  ２００２，４０（１−８），４９−５４；及び、Ｓｔａｒｋ，Ｒ．、Ｓｃｈｉｔｔｅｒ，Ｇ．、Ｓｔａｒ，Ｍ．、Ｇｕｃｋｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｒ．、Ｓｔｅｍｍｅｒ，Ａ．の原子間力顕微鏡における自由振動及び表面結合カンチレバー力学の状態空間モデル。Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ  ２００４，６９（８）を参照。）共振周波数のシフトを伴う位相の非線形シフトはまた、例えば、プローブを他のサンプル、又は他の温度のサンプル、及び／又はプローブを他の相互作用でサンプルと相互作用させることによってキャリブレーションすることができる。また、分析又は有限要素モデル、例えば単純な高調波振動モデル、オイラーベルヌーイタイプモデル、又はその他の分析技術を適用することができる。スペクトルを線形化するためにこれらの技術を適用することは、対象の吸収帯域が大きい動的範囲、例えば非常に強い吸収帯域から非常に弱い帯域にわたって発生する場合に非常に望ましい場合がある。この場合、ＡＦＭ−ＩＲスペクトルと材料スペクトルデータベースとの間のマッチングの改善及び／又は材料濃度の定量化のために、反応を線形化することが好ましい場合がある。しかし、例えば、温度のわずかな上昇、例えば数度以下のオーダーでは、サンプル表面が、例えばガラス転移又は融解などの材料転移が進む温度から特に離れている場合、このような線形化は必要でないこともある。
【００２８】
他の実施形態において、サンプル上の入射ＩＲビームパワーの関数としてプローブ応答を測定することにより、応答を線形化することも可能である。特定の吸収帯域で、サンプルの温度上昇は、ＩＲビームの入射パワーに比例して線形的に変化する。ＩＲビームパワーを変化させて結果的なプローブ応答（例えば、プローブ共振周波数及び／又は位相）を測定することによって、温度と位相又は周波数間のキャリブレーションを直接構築することができる。これにより、サンプル温度と測定されたプローブ応答との間の全ての非線形性をキャリブレーションするためのワンステッププロセスが提供される。
【００２９】
非線形性が十分に低い領域を自動的に選択することもできる。具体的には、レーザパワーは、複数の吸収帯域にわたるサンプルの温度上昇のありそうな動的範囲をシミュレーションするためにパワーの範囲が調整されてもよい。プローブ応答が、使用するＩＲレーザパワーの範囲にわたって十分に線形である場合、表面層のＩＲ吸収を適切に示す信号を生成するためにプローブ応答を線形化する必要はない。このテストを実行すると、例えば、ガラスからゴムへの転移又は溶融などの軟化転移を起こすのに十分なほどに材料温度が上昇することに起因する、非線形材料応答を引き起こす可能性のあるパワーレベルを回避するのにも役立つ。
【００３０】
図５は、表面感度ＡＦＭ−ＩＲシステムの実施形態の概略図を示す。走査プローブ顕微鏡のプローブチップ５０２は、サンプル５０４の領域５０６と相互作用する。一実施形態では、プローブは、信号発生器５１２によって駆動する少なくとも１つの周波数ｆ１でアクチュエータ５１０によって振動するカンチレバー５００を含む。アクチュエータは、最も一般には圧電素子であるが、磁気、静電気、熱、光力、又はカンチレバーに振動力を加えて振動させる他の方式を含む代替駆動機構を含むこともできる。一実施形態では、カンチレバー５００の共振に対応するように周波数ｆ１を選択してもよいが、他の実施形態ではこれは必要でない。チップ５０２の付近、及びサンプルの対応領域５０６で、サンプル５０４を照射するために赤外線光源５１４からの赤外線放射のビーム５１８が使用される。一実施形態では、プローブ応答は、例えば、カンチレバープローブの位置、たわみ、曲げ及び／又は運動を測定するために使用される光てこ方式などのたわみ検出システム５２０によって測定される。
【００３１】
プローブ応答のシフトを引き起こす可能性のある寄生効果から、ＩＲ吸収（目的の信号）からのプローブ応答の変化を区別することが好ましい場合がある。例えば、カンチレバーの共振周波数及び／又は位相は、環境温度変化、湿度変化、トラッキング力のドリフト、接触領域の変化、及びＩＲ照射中のカンチレバー自体の加熱及び曲げ／歪みなどのその他の要因によって変更され得る。スペクトルでノイズを誘発するこのような問題を除去するには、差動測定を行うことが好ましい場合がある。例えば、プローブ応答とＩＲ源のオン／オフを迅速に比較することができる。ＩＲ源をオフの状態で測定すると、ＩＲ吸収によるサンプルの温度上昇とは無関係のカンチレバー周波数／位相シフトでのドリフトに関する情報を提供することができる。１つの周波数でＩＲ源をパルス化又は変調し、代替的な駆動方式、例えばピエゾアクチュエータ又は他の方法で説明した１つ以上の方法でカンチレバーを他の周波数で振動するように駆動することもできる。この場合、非レーザ駆動共振を使用して、レーザがパルス化されていない又はオンになっていないときにプローブ共振周波数／位相でトラックドリフトを追跡してもよい。これにより、測定時間を測定プロセスに追加する必要はない。例えば、多くのパルスＩＲ源は、数パーセント以下の低デューティサイクルで動作する。そのため、レーザがオフ状態で、サンプルが緩和されて基本の熱状態に戻る間に、プローブ周波数／位相の別個の測定を実行するために、パルス間に十分な時間がある。次いで、ＩＲレーザパルスを使用して波長／波数の関数として測定されたプローブ応答からこのベースライン応答を差し引くことができる。
【００３２】
照射システムは、チップ−サンプル領域に到達する前に、ビームを誘導及び調整することができる、任意の数のレンズ、鏡、減衰器、偏光器、ピンホール、導波管（ファイバ）、ビームステアリング要素を含んでもよい。一般に、光はスポットに集束されるが、集束された光スポットは、チップ−サンプルの相互作用領域よりもはるかに大きくなる。集束光学系は、レンズ及び／又は反射性集束要素、例えば軸外放物面ミラーを含む放物面ミラーを含んでもよい。しかし、光は、多くの場合、プローブチップの形状及び／又は表面コーティングによって、さらに「ナノフォーカス」及び／又は強化された入射放射線の結果としてサンプルで感じられる電界が増強される。
【００３３】
サンプルに入射する放射線は、サンプルと相互作用して検出可能な応答を生成してもよい。例えば、ＩＲ放射線の波長がサンプル材料の吸収帯域にチューニングされている場合、入射放射線の一部が吸収される。吸収された放射線は、サンプル領域の加熱を引き起こし、結果的に吸収領域の温度上昇及び熱膨張だけでなく、サンプルの機械的特性の温度依存シフトも引き起こす。入射放射線はまた、熱膨張及び／又はプローブの電場とサンプルの電場の相互作用のいずれかを介して、プローブチップに力を誘発する可能性があり、及び／又はＡＦＭプローブの共振周波数のシフトを誘発する可能性がある。いずれの場合でも、プローブ応答は、走査プローブ顕微鏡の１つ以上の検出システムによって、サンプルに入射する放射線に応じて測定されてもよい。プローブ応答は、プローブの温度上昇、プローブのたわみ、振動、又は力、１つ以上の共振周波数、及び／又はプローブの振動位相を測定することによって誘導することができる。放射線源から放出される波長を他の材料成分によって吸収される波長に変更することによって、その成分の分布をマッピングすることができる。複数の波長（又は同等に波数）でプローブ応答を測定すると、サンプルの光学応答を示すスペクトル、又は特定の場合にはＩＲ吸収スペクトルが生成される。
【００３４】
一実施形態では、放射線ビーム５１８は、少なくとも１つの周波数ｆｍで変調される。この変調は、強度変調、角度変調、又はプローブチップの付近のサンプルに入射する放射線の強度の周期的変化を作り出す他の変調を含んでもよい。変調は、一連のパルスを含んでもよく、又は正弦波、又は周波数ｆｍの周期成分を有する他の任意の波形であってもよい。パルス源の場合、変調周波数ｆｍは、パルス源のパルス繰返し率を示すことができる。一実施形態では、変調は、例えば放射線ビームの強度を電子的に変調する変調信号、ゲーティングパルス、外部トリガー、又は同期パルスを光源５１４に提供することによって達成し得る。あるいは、この変調は、外部変調器、例えば、チョッパー、電気光学変調器、電気音響変調器、光弾性変調器、電子シャッター、ＭＥＭＳミラー、高速ガルボ、圧電駆動ミラー、又は変調器を通過する光ビームの強度及び／又は角度を周期的に調整できるその他の装置を介して達成される。光源はまた、アナログ変調信号を提供することにより、例えば量子カスケードレーザの光源に提供される電圧及び／又は電流を変調することによって変調されてもよい。
【００３５】
特定の実施形態では、ロックイン増幅器５２２は、プローブ５００の振動応答、例えば、変調周波数及び／又は１つ以上の側波帯周波数を含む１つ以上の周波数ｆｉでのプローブの振幅Ａ及び／又は位相□を測定してもよい。コントローラ５２４は、たわみ検出器５２０、ロックイン増幅器５２２、及び所望する他の補助信号からデータを読み込むことができる。コントローラ５２４は、光源５１４の変調、又は外部変調器にパルス５１６を出力してもよい。あるいは、単純にアナログ又はデジタル命令を送信して、光源の変調率を変更することもできる。コントローラ５２４はまた、相対チップ／サンプル位置を制御するために、スキャナ５２６の位置を制御することもできる。また、プローブの振動周波数（又は複数の周波数）及び振幅、振幅設定値、スキャン速度パラメータ、フィードバックパラメータなどを含む全てのプローブ相互作用パラメータを調整するのに使用される。そのようなシステムは、コントローラ５２４で示された１つ以上のプロセス要素を含むが、実際には、様々なアクチュエータ、センサ及びユーザインターフェース要素、ディスプレイ、出力装置及びネットワーク、有線及び／又は無線の一部又は全てに接続されたデジタルロジック及び／又はコンピューティングデバイスの任意の組み合わせを含む、様々なプロセス要素に分散できると理解される。本開示で説明されるシステム動作、データ取得、及びデータプロセスは、多くの場合、プロセス要素上でフォームメモリを実行する論理シーケンス及び／又はコンピュータプログラム／アプリケーションの結果である。
【００３６】
コントローラ５２４はまた、測定されたプローブ応答に基づいて組成マップ及び／又はスペクトル５２８を生成するために、任意の入力信号に対する計算及び分析を提供することもできる。組成マップは、異種サンプルの１つ以上の材料成分の分布のマップである。サンプル上の任意の位置で、ＩＲ吸収スペクトル（即ち、波長又は波数の関数としてプローブ応答の測定）を得ることもできる。表面に敏感なスペクトルが必要な場合、システムは、サンプル表面及び／又はカンチレバーの共振の位相と相互作用するプローブの共振周波数を測定するのに使用されてもよい。関数としての周波数及び／又は位相、又はＩＲ波長、又は波数は、図３に示すように表面感度スペクトルを生成してもよい。
【００３７】
カンチレバーの共振周波数及び／又は位相を決定する方法には様々なものがある。一実施形態では、周波数及び／又は位相は、ＡＦＭプローブの共振周波数に実質的に近い周波数ｆｍでＩＲ源５１４をパルス化又は変調することによって決定されてもよい。この場合、サンプル及び／又はプローブのＩＲ吸収は、プローブチップに力を誘導して振動させることができる。次に、検出器５２０は、共振周波数及び／又は発振位相を決定するために、カンチレバー５００の発振応答を記録することができる。あるいは、カンチレバーの共振及び／又は位相を測定するために、カンチレバーを振動に誘導するために他の手段を使用することが可能である。例えば、ピエゾアクチュエータ５１０は、カンチレバーの共振又は近くで発振駆動部５１２によって駆動してもよい。前述のように、代替の駆動方式、例えば静電気、磁気、超音波、熱曲げ、バイメタル曲げ、光熱励起、又はカンチレバーに振動力を加えることができる他の手法も使用され得る。共振周波数の温度依存の変化を動的に追跡するために、位相同期回路を実現してもよい。従って、入射放射線の波長又は波数の関数として共振周波数の変化を測定することにより、局部吸収スペクトルが生成することができる。
【００３８】
一実施形態では、プローブ応答は、チップとサンプル励起の周波数の和及び差周波数での力成分の生成をもたらすチップ−サンプル相互作用の領域における力の非線形混合によって発生する「側波帯周波数」で検出される。より具体的には、カンチレバーが周波数ｆ１で振動し、サンプルに入射する放射線が、周波数ｆｍで変調されている場合、非線形混合力の存在下では、「側波帯周波数」ｆｓｂ、つまり和と差の周波数である周波数成分が存在し、ここで、ｆｓｂ＝｜±ｆ１±ｆｍ｜である。（より一般的には、これらの周波数の整数高調波の線形結合。）
側波帯周波数でのプローブ応答の存在は、次のプロセスによって発生することができる。チップ−サンプル力が相対的なチップ−サンプルの分離に基づいて線形項及び非線形項の両方を有する状況を考える。例えば、２次項までだけでは、チップ−サンプル力は、次のように記述できる。
【００３９】
式１：  Ｆｔｓ＝  ｋ（ｚｓ  ｚｔ）＋γ（ｚｓ  ｚｔ）２
ここで、ｋｓはサンプルの線形接触剛性であり、ｚｓとｚｔは各々サンプル位置とチップ位置である。サンプル運動項ｚｓは波長に依存し、サンプルの光学特性及び／又はＩＲ吸収に関する情報が含まれる。ガンマ項は、チップ−サンプルの分離に対するチップ−サンプル力の２次依存性に対する比例定数であり、従って、非線形チップ−サンプルの相互作用を示す用語である。（これは、分離を伴うチップ−サンプル力の２次導関数にも比例する。）チップとサンプルの運動が周期的な場合、ｚｓ及びｚｔの項には、フーリエ成分を有する。
【００４０】
式２：  Ｚｓ１＝ａｓ  ｃｏｓ（２пｆｍｔ）  及び
式３：  Ｚｔ１＝ａｔ  ｃｏｓ（２пｆ１ｔ＋φｔｓ）
ここで、ａｓとａｔは、それぞれ変調周波数ｆｍ及びチップ振動周波数ｆ１でのチップ及びサンプル運動のフーリエ成分であり、φｔｓはチップとサンプル運動の間の相対位相である。（チップとサンプルの運動が非正弦波の場合、高調波周波数には他のフーリエ成分もあり得るが、現在の説明では簡略化のために省略する。）
ｚｓ１とｚｔ１の値を式１のｚｓ及びｚｔに代入する場合、２次項は次のようになる。
【００４１】
式４：  Ｆｔｓ２＝γ（Ｚｓ１  Ｚｔ１）２＝γ（ａｓ  ｃｏｓ（２пｆｍｔ）  ａｔ  ｃｏｓ（２пｆ１ｔ＋φｔｓ））２
乗算すると、式４のチップ−サンプル力は、クロスタームＦｔｓ＿ｓｂを含む。
【００４２】
式５：  Ｆｔｓ＿ｓｂ＝２γａｓ  ａｔｃｏｓ（２пｆｍｔ）ｃｏｓ（２пｆ１ｔ＋φｔｓ）
この２つのコサインの乗算により、チップ及びサンプル運動の和及び差の周波数、即ち側波帯周波数ｆｓｂでクロス項（即ち、ビート応答）が生成される。
【００４３】
式６：  ｆｓｂ＝｜±ｆ１±ｆｍ｜
カンチレバーの共振に対応するようにｆｓｂを選択すると、検出された振幅が優先的に強化される。代わりに、ｆ１及びｆｍの周波数が固定されているが、ＩＲ吸収によってサンプル温度が上昇してサンプルの材料特性が変化すると、カンチレバーの共振が変化する。従って、側波帯周波数のシフトを測定すれば、サンプルの表面層のＩＲ吸収を示す信号を生成することができる。代替的又は追加的に、側波帯周波数の位相がＩＲ照射波長の関数として測定されると、サンプルの表面層のＩＲ吸収スペクトルを構成することが可能である。
【００４４】
本明細書に記述された実施形態は、例示的である。変形、再配置、代替プロセス、代替要素などがこれらの実施形態に対してなされてもよく、本明細書に記載される教示内に依然として含まれる。本明細書に記述されたステップ、プロセス、又は方法の１つ以上は、適切にプログラムされた１つ以上のプロセス及び／又はデジタル装置によって実行されてもよい。
【００４５】
実施形態に応じて、本明細書で説明された任意の方法ステップの特定動作、イベント、又は機能は、異なる順序で実行することができ、追加、併合、又は完全に省略されてもよい。（例えば、アルゴリズムの実行に説明された全ての動作又はイベントは、必ずしも必要なことはない）。さらに、特定の実施形態では、動作又はイベントは、順次ではなく同時に実行されてもよい。
【００４６】
本明細書に開示される実施形態と関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、光学、及び制御要素、及び方法ステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はこれらの組み合せで実現してもよい。ハードウェア及びソフトウェアのこのような相互交換性を明確に説明するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、及びステップが一般にその機能の観点で説明された。このような機能が、ハードウェアとして実装されるか、又はソフトウェアとして実装されるかは、全体のシステムに課される特定アプリケーション及び設計制約の条件によって異なる。説明された機能は、それぞれの特定アプリケーションごとに様々な方式で実現され得るが、そのような実現の決定は、本開示の範囲を外れると解釈されるべきではない。
【００４７】
本明細書で開示される実施形態と関連して説明された様々な例示的な論理ブロック及びモジュールは、特定の命令で構成されたプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はその他のプログラマブルロジック装置、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、又は、本明細書に記述された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組み合せなどの機械によって実装又は実行され得る。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシン、それらの組み合せなどであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連する１つ以上のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実現されてもよい。
【００４８】
本明細書に開示される実施形態と関連して説明された方法、プロセス、又はアルゴリズムの要素は、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、又はこの２つの組み合せで直接実現されてもよい。
【００４９】
ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当技術分野で知られている任意の他の形態のコンピュータ可読記憶媒体に常駐することができる。
【００５０】
例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに接続されてもよい。代替的に、記憶媒体は、プロセッサに統合されてもよい。プロセッサ及び記憶媒体は、ＡＳＩＣに常駐することができる。ソフトウェアモジュールは、ハードウェアプロセッサに、コンピュータ実行可能命令を実行させるコンピュータ実行可能命令を含んでもよい。
【００５１】
特に具体的に言及していない、又は使用された文脈内で特に理解される場合を除き、「できる」、「し得る」、「してもよい」、「例えば」などのような本明細書で使用される条件付き言語は、一般に他の実施形態は含まないが、特定の実施形態が特定の特徴、要素、及び／又は状態を含むことを伝えるものである。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素、及び／又は状態がどのような方式にも１つ以上の実施形態に必要であるか、又は１つ以上の実施形態が作者の入力又はプロンプトなしで決定する論理を必ず含むことを意味するのではなく、これらの特徴、要素、及び／又は状態が任意の特定の実施形態に含まれるか、又は実行されるかである。「含む」、「備える」、「有する」、「関する」等の用語は、同義語であり、包括的に無制限に使用され、追加の要素、特徴、行為、作動などを排除しない。また、「又は」という用語は、包括的な意味で（かつ排他的な意味ではなく）使用され、例えば、要素リストを接続するために使用される場合、「又は」という用語は、リスト内の要素の１つ、一部、又は全てを意味する。
【００５２】
特に明記していない限り、「Ｘ、Ｙ、又はＺのうち少なくとも１つ」というフレーズのような選言的言語は、一般に文脈、項目、用語などがＸ、Ｙ、又はＺ、又はこれらの任意の組み合せであり得ることを示すのに使用される文脈と理解される。（例えば、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺ）。従って、このような選言的言語は、一般に特定の実施形態が、Ｘのうち少なくとも１つ、Ｙのうち少なくとも１つ、又はＺのうち少なくとも１つを必要とすることを意図するものではなく、又暗示してはいけない。
【００５３】
「約」又は「略」などの用語は同義語であり、用語によって変更された値がそれに関連する理解された範囲を有し、この範囲は、±２０％、±１５％、±１０％、±５％、又は±１％であり得ることを示すのに使用される。「実質的に」という用語は、結果（例えば、測定値）が目標値に近いことを示すために使用され、近いとは、例えば、結果が値の８０％以内、値の９０％以内、値の９５％以内、又は値の９９％以内である。
【００５４】
別に明示されない限り、「１つ（ａ）」又は「１つ（ａｎ）」などの用語は、一般に１つ以上の説明された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「構成された装置（a device configured to）」などのフレーズは、１つ以上の言及された装置を含むことを意図している。このような１つ以上の引用された装置は、また言及された説明を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「説明Ａ、Ｂ、及びＣを行うように構成されたプロセッサ」は、説明Ｂ及びＣを行うように構成された第２プロセッサと連携して作動する説明Ａを行うように構成された第１プロセッサを含むことができる。
【００５５】
上記の詳細な説明は、例示的な実施形態に適用されるような新規の特徴を示し、説明し、指摘したが、例示の装置又は方法の形態及び詳細事項の様々な省略、置換、及び変更が本発明の思想を逸脱することなくなされ得ることを理解するであろう。認識されるように、本明細書に記載の特定の実施形態は、一部の特徴が他とは個別に使用又は実行できるため、本明細書で説明された特徴及び利点の全てを提供しない形態で実現してもよい。特許請求の範囲と同等の意味及び範囲内にある全ての変更は、その範囲内に含まれるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2021534370.tif 000012
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