(57)【要約】【課題】  走査型プローブ顕微鏡装置によって、従来の走査型プローブ測定に加えて分光学的測定および近視野測定を行うことができる装置を提供すること。【解決手段】  対象を検査するための走査型プローブ顕微鏡装置であって、鋭い先端を備えたチップを有するプローブと；前記チップと前記対象との非光学的相互作用を誘導および検出するための手段と；前記チップに光を与えるために、前記チップに光学的に結合された光源と；前記チップは、前記放出された光が前記対象と光学的に相互作用するように、前記与えられた光を前記鋭い先端で放出する形状であることと；前記放出された光が前記対象と光学的相互作用して生じた光を検出するための光検出器とを具備した装置。【選択図】      図１
2005062197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象を検査するための走査型プローブ顕微鏡装置であって：
鋭い先端を備えたチップを有するプローブと；
前記チップと前記対象との非光学的相互作用を誘導および検出するための手段と；
前記チップに光を与えるために、前記チップに光学的に結合された光源と；
前記チップは、前記放出された光が前記対象と光学的に相互作用するように、前記与えられた光を前記鋭い先端で放出する形状であることと；
前記放出された光が前記対象と光学的相互作用して生じた光を検出するための光検出器とを具備した装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記プローブが前記チップに結合されたカンチレバーを含んでおり；
前記非光学的相互作用を誘導および検出する手段が、前記チップと前記対象との間の原子間力相互作用を誘導する手段と、前記原子間力相互作用に起因する前記カンチレバーの偏位を検出するための手段とを含んでいる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記非光学的相互作用を誘導および検出する手段は、前記チップと前記対象との間のトンネル電流を誘導および検出する手段を含んでいる装置。
【請求項４】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
更に、前記生じた光の分光測光測定を行うための、前記光源と前記光検出器とを含んだ分光光度計を具備している装置。
【請求項５】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記チップがベースを有しており；
前記操作型プローブ顕微鏡装置は更に、前記与えられた光を前記チップの前記ベースに焦点を合わせるために、前記チップの上に配置され且つ前記光源と前記チップとの間に光学的に結合されたレンズを具備している装置。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記レンズがフレネルレンズである装置。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記フレネルレンズが前記チップ上の前記プローブに形成されている装置。
【請求項８】
請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記レンズが屈折レンズである装置。
【請求項９】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記チップは前記生じた光を捕捉する形状に成形されており；
前記光検出器は、前記捕捉された光を検出するために、前記チップに光学的に結合されている装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記チップはベースを有しており；
前記走査型プローブ顕微鏡装置は更に、前記与えられた光を前記チップの前記ベースに焦点を合わせるために、前記チップの上に配置され且つ前記光源と前記チップとの間に光学的に結合されたレンズを具備しており、該レンズは前記捕捉された光を前記光検出器により検出するために、前記チップと前記光検出器との間に光学的に結合されている装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、更に、前記与えられた光を前記レンズへと方向を向けるための手段と、前記焦点を結んで捕捉された光を前記光検出器へと方向を向けるための手段とを具備した装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記方向を向けるための手段が、前記光源と前記レンズとの間、および前記光検出器と前記レンズとの間に光学的に結合された光ファイバー製の光ガイドを含んでいる装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記チップは、前記与えられた光に対して透明なコア材料と、少なくとも前記鋭い先端の前記コア材料の上に形成された、前記与えられた光に対して透明な剛直層とを含んでいる装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層は、前記コア材料の表面に対して直角に配向したダイアモンドを含んでいる装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層は炭化シリコンを含んでいる装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記炭化シリコンは導電性にするためにドープされている装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層は窒化炭素を含んでいる装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層はタングステンを含んでいる装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記チップは、前記与えられた光に対して透明なコア材料と、前記鋭い先端で前記コア材料を覆う発光性コーティングとを含んでいる装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記チップは、前記与えられた光に対して透明なコア材料と、前記鋭い先端で前記コア材料を覆う周波数倍増コーティングを含んでいる装置。
【請求項２１】
請求項９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光検出器は、前記捕捉された光を検出するために、前記チップに形成されたホトダイオードを含んでいる装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記チップは、前記チップの中のドープされた第一のシリコン領域と；
前記ドープされた第一の領域に対して逆にドープされ且つ第一の領域に接触している、ドープされた第二のシリコン領域と；
前記ドープされた第一の領域に接触している第一の導電性領域と；
前記ドープされた第二の領域に接触している第二の導電性領域とを具備しており、
また、前記光検出器は更に、前記ホトダイオードによって検出された前記捕捉光の測定をおこなうために、前記第一および第二の導電性領域を横切って結合されたホトダイオード測定回路を具備している装置。
【請求項２３】
対象を検査するための走査型プローブ顕微鏡装置であって：
鋭い先端を備えたコア材料と、前記コア材料の少なくとの一部分を覆う光放出性層と、前記光放出性層を覆うけれども前記鋭い先端の前記コア材料を覆わない導電性層とを備えたチップを有するプローブと；
前記光放出性層が前記プローブ内に光を放出し、この光が前記プローブを通して伝搬して前記鋭い先端で放出され、その際に放出された光は前記対象と光学的に相互作用するように、前記導電性層と前記コア材料との間に電圧を印加するための手段と；
前記放出された光が前記対象と光学的に相互作用して生じた光を検出するための、光検出器とを具備した装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって：
前記プローブは、前記チップに結合されたカンチレバーを含んでおり；
前記走査型プローブ顕微鏡装置は更に、前記チップと前記対象との間の原子間力相互作用を誘導するための手段と、前記原子間力相互作用による前記カンチレバーの偏位を検出するための手段とを具備している装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、更に、前記チップと前記対象との間にトンネル電流を誘起し、且つこれを検出するための手段を具備している装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出性層は窒化ガリウムを含んでいる装置。
【請求項２７】
請求項２３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出性層はガリウム砒素を含んでいる装置。
【請求項２８】
請求項２３に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出性層は光放出性になるようにドープされた炭化シリコンを含んでいる装置。
【請求項２９】
走査型顕微鏡プローブであって：カンチレバーと；
鋭い先端を有するチップ形状のコア材料と、少なくとも前記鋭い先端で該チップ形状のコア材料を覆う剛直層とを含む、前記カンチレバーに固定されたチップとを具備したプローブ。
【請求項３０】
請求項２９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層が、前記コア材料の表面に対して直角に配向したダイアモンドを含んでいる装置。
【請求項３１】
請求項２９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層が炭化シリコンを含んでいる装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記炭化シリコンは導電性になるようにドープされている装置。
【請求項３３】
請求項２９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層が窒化炭素を含んでいる装置。
【請求項３４】
請求項２９に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記剛直層がタングステンを含んでいる装置。
【請求項３５】
ホトダイオードを備えた走査型顕微鏡プローブであって：
鋭い先端を有するチップ形状のシリコン材料と；
前記チップの中の第一のドープされたシリコン領域と：
前記第一のドープされたシリコン領域に対して逆にドープされ且つこれに接触した、前記チップの中の第二のドープされたシリコン領域と；
前記第一のドープされた領域に接触した第一の導電性領域と；
前記第二のドープされた領域に接触した第二の導電性領域とを具備したプローブ。
【請求項３６】
走査型顕微鏡プローブであって：
鋭い先端を有するチップ形状のコア材料と；
前記コア材料の少なくとも一部を覆う光放出層と；
前記光放出層を覆うが、前記コア材料の鋭い先端は覆わない導電性層とを具備したプローブ。
【請求項３７】
請求項３６に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出層が窒化ガリウムを含む装置。
【請求項３８】
請求項３６に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出層がガリウム砒素を含む装置。
【請求項３９】
請求項３６に記載の走査型プローブ顕微鏡装置であって、前記光放出層は、光放出性になるようにドープされた炭化シリコンである装置。
【請求項４０】
顕微鏡システムであって：
対象を顕微鏡的に走査して、前記対象の少なくとも一部の顕微鏡画像を表すデータを発生する顕微鏡装置と；
前記発生されたデータに応答して、顕微鏡画像を表示するディスプレーと；
前記顕微鏡画像のデータ点の高さの特定の範囲に対して、特定の範囲の色彩をマッピングするための色彩マップツールとを具備したシステム。
【請求項４１】
顕微鏡装置は、
走査および測定手段と、
ポインティング装置と、
制御装置と、
表示装置とを備えており、
走査および測定手段は
（ａ）対象を検査し、
（ｂ）対象が走査されている間に対象の測定を行い、
（ｃ）測定結果を表す測定データを生成し、
制御装置は以下のように機能するべく構成され、すなわち、
（ａ）対象を走査し、その測定を行う際に走査および測定手段を制御し、
（ｂ）測定データに応じて、対象と関与している画像を表している画像データと関連している対象を生成し、画像データと関連している対象としては、測定結果に対応する値を有しているデータ点があり、
（ｃ）（１）画像データに関連している対象に応じて、色彩マッピングツール画像データを生成し、色彩マッピングツール画像データは色彩マッピングツールの画像を表しており、色彩マッピングツールとしては、
（ｉ）値のヒストグラムと、
（ｉｉ）値範囲同定カーソルと、
（ｉｉｉ）各色の色彩ストリップと、
（ｉｖ）色彩範囲同定カーソルとがあり、
（２）色彩ストリップの特殊な範囲の色から、ヒストグラムの特殊な範囲の値への色彩マッピングを生成し、これが生成されるのは、
（ｉ）値範囲同定カーソルがポインティング装置を用いて操作されて、特殊な範囲の値を同定した場合で、かつ、
（ｉｉ）色彩範囲同定カーソルがポインティング装置を用いて操作されて、特殊な範囲の色を同定した場合であり、
（ｄ）（１）表示用の色彩マッピングツール画像データをフォーマットし、さらに、
（２）色彩マッピングに従って画像データに関連している対象のデータ点に各色を割り当てることにより、表示用の画像データに関連している対象をフォーマットし、
表示装置は以下のように機能するべく構成されており、すなわち、
（ａ）フォーマットされた色彩マッピングツール画像データに応じて、色彩マッピングツールの画像を表示し、更に、
（ｂ）画像データに関連しているフォーマットされた対象に応じて、割り当てられた色で着色された対象に関与している画像を表示する、顕微鏡装置。
【請求項４２】
前記色彩ストリップは拡大色彩ストリップであり、前記色彩範囲同定カーソルは拡大色彩範囲同定カーソルであり、
色彩マッピングツールとしては、
（ｅ）各色の範囲の基本色彩ストリップと、
（ｆ）基本色彩範囲同定カーソルとが更にあり、
基本色彩範囲同定カーソルがポインティング装置を用いて操作されて、基本色彩ストリップの特殊な範囲の色を同定した場合には、色彩マッピングツールのルーチンは基本色彩ストリップの特殊な範囲の色を拡大色彩ストリップの色として使用する、請求項４１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４３】
前記色彩ストリップは、小範囲の暗色から等距離に位置する大範囲の明色を含んでいる、請求項４１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４４】
色彩ストリップの個々の色は、個々の色の明色化されたバージョンよりも低い階層にある別な色よりも低い階層にある個々の色の暗色化されたバージョンである、請求項４１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４５】
前記制御装置は、
メモリと、
中央処理装置とを備えており、
メモリは、
（ａ）前記走査および測定手段を制御する走査ルーチンと、
（ｂ）画像データと関連する対象を生成する分析ルーチンと、
（ｃ）色彩マッピングツール画像データと色彩マッピングとを生成する色彩マッピングツールルーチンと、
（ｄ）色彩マッピングツール画像データと、画像データに関与する対象とをフォーマットするデータフォーマットルーチンとを記憶し、
中央処理装置は、走査ルーチン、分析ルーチン、色彩マッピングツールルーチン、および、データフォーマットルーチンを実行する、請求項４１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４６】
顕微鏡装置は、
走査および測定手段と、
ポインティング装置と、
制御装置と、
表示装置とを備えており、
走査および測定手段は
対象を検査し、
対象が走査されている間に対象の測定を行い、
測定結果を表す測定データを生成し、
制御装置は以下のように機能するべく構成され、すなわち、
対象を走査し、その測定を行う際に走査および測定手段を制御し、
測定データに応じて、対象と関与している原画像を表している原画像データを生成し、
原画像データを変換して変換画像データにし、
変換画像データから変換画像データ群を生成し、
変換画像データ群を個々に逆変換して逆変換データ群にし、
第１の逆変換データ群の第１アスペクトを変化させて、第１の変更逆変換データ群を形成し、
第１の変更逆変換データ群と第２の逆変換データ群とを一緒に線形加算して、原画像の変更画像を表している第１の和の画像データを形成し、
第１の和の画像データをフォーマットして、変更画像を表示するための第１の定様式和の画像を形成し、
表示装置は、
第１の定様式和の画像データに応じて、変更画像を表示するように構成されている、顕微鏡装置。
【請求項４７】
前記顕微鏡装置は、
ポインティング装置と、
フォーマットルーチンと、
変換ルーチンとを更に備えており、
フォーマットルーチンは制御装置と協働し、以下のように機能するべく構成され、すなわち、
変換画像データをフォーマットして、原画像の変換画像を表示するための定様式変換画像を形成し、更に、
制御パネルデータをフォーマットして、ポインティング装置を用いて操作することのできる制御パネルを表示するための定様式制御パネルデータを形成し、
前記表示装置は、更に以下のように機能するべく構成され、すなわち、
定様式変換画像データに応じて変換画像を表示し、更に、
定様式制御パネルデータに応じて制御パネルを表示し、
変換ルーチンは制御装置と協働し、以下のように機能するべく構成され、すなわち、
制御パネルデータを生成し、
変換画像データの第１領域がポインティング装置を用いて示された場合は、変換画像データから少なくとも１つの変換画像データ群を生成し、更に、
ポインティング装置を用いて制御パネルをユーザーが操作したのに応じて、第１の逆変換データ群の第１アスペクトを変更する、請求項４１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４８】
付加的情報は、前記第１領域の少なくとも１つの変換画像データ群に対応する原画像の各要素と関連しており、更に、
前記変換ルーチンは、前記制御パネルが操作されて対応する情報を変更した場合には、前記逆変換データ群の前記第１アスペクトを更に変更するように構成されている、請求項４７に記載の顕微鏡装置。
【請求項４９】
前記原画像データは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を利用して変換されており、変換画像データ群は逆ＦＥＴで逆変換されており、これらに対応する情報として周波数がある、請求項４８に記載の顕微鏡装置。
【請求項５０】
前記顕微鏡装置は、変換ルーチンと、
フォーマットルーチンとを更に備えており、
変換ルーチンは前記制御装置と協働し、かつ、少なくとも２組の逆変換データ群を一緒に線形加算して、逆変換データ群の第１アスペクトが変更される前に、原画像を表している第２の和の画像データを形成するように構成されており、
フォーマットルーチンは前記制御装置と協働し、かつ、第２の和の画像データをフォーマットして、原画像を表示するための第２の定様式和の画像データを形成するように構成されており、
前記表示装置は、第２の定様式和の画像データに応じて原画像を表示するように更に構成されて、原画像から変更画像への変化が表示されるようにした、請求項４６に記載の顕微鏡装置。
【請求項５１】
コンピュータを利用して原データを処理する方法であって、該方法は、
原データを変換して変換データにする工程と、
変換データから変換データ群を生成する工程と、
変換データ群を個々に逆変換して逆変換データ群にする工程と、
第１の逆変換データ群の第１アスペクトを変更して、第１の変更逆変換データ群を形成する工程と、
第１の変更逆変換データ群と第２の逆変換データ群とを一緒に線形加算して、原データから第１の和のデータを形成する工程とを含んでいる、原データの処理方法。
【請求項５２】
表示装置およびポインティング装置に接続されたコンピュータを利用して第１画像を表している第１の画像データを処理する方法であって、該方法は、
第１画像の第２画像と、第１の画像データに応じて第１画像上に投影された測定ツールとを表している第２の画像データを生成する工程を含んでおり、測定ツールとしては、ポインティング装置を用いて操作することで測定ツールを位置決めすることのできる端点カーソルがあり、これにより、測定ツールの端点カーソル同士の間で第１画像の断面を選択することができるようにしており、
測定ツールの端点カーソル同士の間で選択された断面についての断面情報を表している断面データを生成する工程と、
第２画像を表示するための第２の画像データをフォーマットする工程と、
断面情報を表示するための断面データをフォーマットする工程と、
第２の定様式画像データに応じて、表示装置に第２画像を表示する工程と、
定様式断面データに応じて、表示装置に断面情報を表示する工程とを更に含んでいる、画像データの処理方法。
【請求項５３】
前記第１画像としては３次元（３Ｄ）画像があり、前記測定ツールとしては選択された断面に沿った切断面が含まれる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記３次元（３Ｄ）画像としては３次元立体画像があり、前記切断面は、該切断面と３次元立体画像との選択された断面に沿った交差部分と認識される、請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には分光学、近視野顕微鏡法(near-field microscopy)および走査型プローブ顕微鏡に関する。より詳しくは、走査型プローブ顕微鏡装置、並びに従来の走査型プローブ測定に加えて分光学的測定および近視野測定を行うための対応の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、米国特許第4,604,520号に記載されているような近視野の光学顕微鏡には、試験すべき検体の組成に関する情報を得るために、分光器が組み込まれている。しかし、これらは、検体領域を走査できる速度が極めて遅いという問題がある。この問題によって、近視野光学顕微鏡および分光計は、生物学分野および産業分野における商業的に重要な応用に使用することを厳しく制限されてきた。加えて、近視野光学顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡の解像度を達成することができない。
【０００３】
他方、走査型トンネル顕微鏡および原子間力顕微鏡のような従来の走査型プローブ顕微鏡は、観察下に、対象の成分の制限された測定のみを行うことが可能であった。更に、これら従来の走査型プローブ顕微鏡は、対象の表面下の構造を決定することができず、また、プローブチップの末端が対象に対して充分に接近するのを妨げるような孔、壁、突起および他の構造は、従来の走査型プローブ顕微鏡を用いて高精度で定義し、正確に観察することができない。
【０００４】
米国特許第5,319,977号には、プローブチップを利用して正確な顕微鏡測定と共に、その同じ走査シーケンスの間に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定または走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）測定の何れかを行う走査型プローブ顕微鏡が記載されている。しかし、音波顕微鏡の解像度は、ＡＦＭ、ＳＴＭまたは近視野光学顕微鏡に比較して低い。更に、従来の走査型プローブ顕微鏡のように、米国特許第5,319,977号に記載の走査型プローブ顕微鏡は、プローブチップの末端が正確な観察のために充分に接近するのを妨げるタイプの構造を定義することはできない。
更に、多くの対象は、組成および導電性が変化する領域を呈する。例えば、半導体の表面は、当該位置の機能に従って、導電性から絶縁性にまで変化し得る。
しかし、このような対象を適切に画像化し且つ同定するために、同一の走査シーケンスの間に、ＳＴＭ測定、ＡＦＭ測定、近視野光学顕微鏡測定、および分光学的測定を行うことができる走査型プローブ顕微鏡は存在しない。
【０００５】
更に、共焦点型(Confocal)または走査型のプローブ顕微鏡のための従来の顕微鏡システムでは、それらが形成する２Ｄ画像、３Ｄ画像および体積画像の特性を操作するのに有用な器具の点で制限されていた。加えて、それらはｘ、ｙおよびｚ方向での正確な測定を行う能力において制限されていた。特に、走査プローブの位置決めおよび再位置決めにおける制御ループを閉じるためには、走査型プローブ顕微鏡を走査するときに、正確な位置フィードバックを得ることが有用である。
更にまた、体積共焦点型顕微鏡における断面データの収集にはかなりの時間を必要とし、これにより、時間的に変化する検体(time varying specimen)の測定の幾つかは困難または不可能になる。
【発明の開示】
【０００６】
上記の問題は、対象を試験するためのＡＦＭモード、ＳＴＭモード、近視野分光測光モード(near-field spectrophotometry mode)、近視野光学モード(near-field optical microscopy mode)および硬度試験モードを有する走査型プローブ顕微鏡装置によって解決される。
この走査型プローブ顕微鏡装置には、ベースを有するプローブが含まれている。また、該プローブには、前記ベースに接続されたカンチレバーと、該カンチレバーに連結されたチップと、前記ベースに連結されたクランプとが含まれている。
この走査型プローブ顕微鏡装置は、チップと測定対象との間の原子間力相互作用を誘発して、ＡＦＭの際に原子間力相互作用によるカンチレバーの偏位を検出するように構成されている。
【０００７】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡装置は、ＳＴＭモードの際に、チップと測定対象との間のトンネル電流を誘発および検出するように構成されている。このＳＴＭモードに際して、カンチレバーはベースに対して固定された状態で保持される。
本発明の走査型プローブ顕微鏡には、前記チップに光学的に結合された光源を有する分光光度計が含まれている。この光源は、分光測光モードに際し、前記チップに対して光を与えるように制御される。チップは、この与えられた光を該チップの尖端で放出するような形状になっている。分光光度計には、放出され且つ対象と光学的に相互作用した光に由来した光を検出するための光検出器が含まれており、検出された光の分光光度計による測定が行われる。
【０００８】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、近視野モードの際に、分光光度計の光源により与えられる光を回転偏光させる(rotationally polarize)ように構成されている。この走査型プローブ顕微鏡装置は、光検出器によって検出された光に基づいて、深い表面の特徴を同定する。この検出される光は、チップによって放出され且つ対象と光学的に相互作用する回転偏光された光に由来する。
本発明の走査型プローブ顕微鏡装置はまた、特定の点において、前記チップが予め定義された既知の力で対象に貫入するように構成されている。光源は、チップが対象に貫入する際またはそれ以前の硬度試験モードの際に、チップに光を与えるように制御される。前記光検出器は、チップが対象に貫入する前および最中に放出され、且つ対象と相互作用した光に由来する光を検出する。走査型プローブ顕微鏡装置は、チップが対象に貫入する前に検出された光を、チップが対象に貫入している最中に検出された光と比較する。
【０００９】
〔第一の実施例の説明〕
図１を参照すると、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置１００の第一の実施例の概念図が示されている。
プローブ１０２は、以下で手短に述べる種々の測定モードで、対象１０４の表面を走査するために用いられる。好ましい態様においては、従来の圧電ＸＹ並進器１１０を用いて対象１０４をＸ軸およびＹ軸に沿って移動させ、また従来の圧電Ｚ並進器を用いてプローブ１０２をＺ軸に沿って移動させることにより、対象１０４の表面をプローブ１０２によって走査する。しかしながら、当業者は、代わりに圧電ＸＹＺ並進器を用いて対象１０４をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動させる一方、プローブを静止したままにしてもよいことを容易に理解するであろう。或いは、対象１０４を静止したままで、圧電ＸＹＺ並進器を用いてプローブ１０２をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動させてもよい。
走査は、制御端末１１６からの入力に基づいて、コントローラまたはコンピュータ１１４により制御される。走査している間、コントローラ１１４は測定データを分析し、測定情報を表示モニター１１８に表示する。
【００１０】
原子間力顕微鏡モード
走査型プローブ顕微鏡１００は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を行うように構成されている。後で説明するように、ＡＦＭモードは、使用者が制御端末１１６を用いてＡＦＭモードを選択し、また制御端末１１６を用いて、ＣＰＵ１２０が受け取るべき対象１０４の高倍率スキャンのための高倍率ズーム制御信号を発したときに実行される。次いで、メモリー１２４に保存され且つＣＰＵ１２０で実行される走査制御ルーチン１２２が、ＣＰＵ１２０によって出力される制御信号を発生し、ＸＹおよびＺ並進器１１０および１１２を制御して、プローブ１０２をＡＦＭ測定の対象１０４の表面上で位置決めする。
プローブ１０２は、Ｚ並進器１１２に結合されたベース１２８と、ベース１２８に一体的に結合されたカンチレバー１３０と、カンチレバー１３０に一体に結合された鋭い突出したチップ１３２とを含んでいる。走査制御ルーチン１２２によって発生された走査制御信号は、チップ１３２と対象１０４との間の所望の相互作用力のタイプに応じて、チップ１３２が対象１０４に近接し又は接触して位置付けられるように、ＸＹおよびＺ並進器１１０および１１２を制御する。その結果、カンチレバー１３０は、チップ１３２と対象１０４との間の原子間力のために偏位するであろう。当業者は、この原子間力相互作用がファン・デル・ワールス力、磁力、静電気力、傍系力(lateral forces)または他の関連した力によるものであり得ることを知っている。
【００１１】
チップ１３２と対象１０４との間の原子間力相互作用に対応するカンチレバー１３０の偏位は、従来の光学系１３４によって光学的に検出される。従来の偏位測定回路１３８が、光学系１３４に結合されている。それは、光学的に検出された偏位を測定し、また測定された偏位を表すデータを含んだ偏位測定信号を出力する。ここで測定された偏位は、対象の形態にも対応している。従って、光学系１３４および偏位測定回路１３６は、カンチレバー偏位測定器として働く。当業者は、カンチレバー１３０の偏位を測定するために他の種類のシステムを用いてもよいことを理解するであろう。
【００１２】
この偏位測定信号はＣＰＵ１２０に与えられる。この信号に含まれるデータはＡＦＭ分析ルーチン１３７によって分析および処理され、対象１０４のトポロジーの高倍率（またはナノビュー）画像を表すＡＦＭ画像データが作製される。次いで、後で説明する方法を用いて、表示ルーチン１３６がＡＦＭ画像データをフォーマットし、ＣＰＵ１２０はこれを表示モニター１１８に与えて表示する。これらルーチン１３６および１３７は、両者共メモリー１２４に保存されてＣＰＵ１２０で実行される。
【００１３】
走査型トンネル顕微鏡モード
図１の走査型プローブ顕微鏡装置１００は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を実施するようにも構成されている。ＡＦＭモードと同様に、ＳＴＭモードは、使用者が制御端末１１６を用いてＳＴＭモードを選択し、また制御端末１１６を用いて、ＣＰＵ１２０が受け取るるべき、対象１０４の高倍率スキャンのための高倍率ズーム制御信号を発したときに実行される。この走査に際して、走査制御ルーチン１２２は、ＣＰＵ１２０によって出力されるＸＹおよびＺ並進器１１０および１１２を制御するための制御信号を発生し、ＳＴＭ測定の対象１０４の表面上でプローブ１０２を位置決めする。
【００１４】
図２ａを参照すると、プローブ１０２にはベース１２８に加えて、カンチレバー１３０、チップ１３２、およびベース１２８に一体に結合されたクランプアーム１４０の形のクランプが含まれている。プローブ１０２のレンズ系１７４およびレンズ系支持体１７６（図２ｃに示されており、また以下で説明する）は、図示を容易にするために図２ａには示していない。クランプアーム１４０はＬ字形であり、ベース１２８から延出して、カンチレバー１３０の自由末端を通過して近接している。このクランプアーム１４０はスロット１４４を有しており、これはバイスロット１４４の閉鎖末端において動作ジョイント(action joint)１４６を形成している。
【００１５】
一つの実施例では、図２ａに示すように、動作ジョイント１４６の位置でクランプアーム上１４０上に加熱素子１４８が配設される。図１を参照すると、使用者が制御端末１１６を用いてＳＴＭモードを使用するときに、走査制御ルーチン１２２は、クランプ制御回路１５０が受け取るクランプ制御信号を発生する。これに応答して、クランプ制御回路１５０は、図２ａに示した加熱素子１４８に与えられるクランプアーム移動信号を発生する。加熱素子１４８は、クランプアーム移動信号に応答して動作ジョイント１４６を加熱し、その結果、クランプアーム１４０は動作ジョイント１４８において熱的に膨張し、クランプアーム１４０の自由末端が内側に移動して、カンチレバー１３０の自由末端１５４に対して確実に押圧される。その結果、以下で概説する如くＳＴＭが行われるように、ＳＴＭモードにおけるカンチレバー１３０は固定され、且つクランプアーム１４０に対して堅く保持される。
【００１６】
或いは、図２ｂに示すように、クランプアーム１４０に電極１５６を固定してもよい。図１のクランプ制御回路１５０により与えられるクランプアーム移動信号に応答して、電極１５６は静電気チャージをクランプアーム１４０に適用する。図２ａの実施例と同様に、クランプアーム１４０が動作ジョイント１４８において膨張するので、クランプアーム１４０の自由末端１５２は内側に移動して、カンチレバー１３２の自由末端１５４を押圧する。
図３ａは別のクランプを示しており、これはベース１２８と一体に形成され、且つカンチレバー１３０を取り囲んだクランプ構造１４１の形態を有している。
該クランプ構造１４１はスロット１４５を有しており、該スロット１４５はその閉鎖末端で動作ジョイント１４７を形成する。
【００１７】
図２ａの実施例と同様に、動作ジョイント１４７におけるクランプ構造１４１には加熱素子１４９が設けられている。使用者がＳＴＭモードを選択したときに、クランプ制御回路１５０は、加熱素子１４９にクランプ構造移動信号を与える。加熱素子１４９が動作ジョイント１４７を加熱する結果、クランプ構造１４１は動作ジョイント１４７において膨張するので、クランプ構造１４１のクランプアーム１５３は内側に移動し、カンチレバー１３０の側壁に確実に押し付けられる。
或いは、図３ｂに示すように、電極１５７をクランプ構造１４１に固定してもよい。図２ｂの実施例と同様に、クランプ制御回路１５０によって与えられるクランプ構造移動信号に応答して、電極１５７はクランプ構造１４１に静電気チャージを適用する。図４の実施例と同様に、クランプ構造１４１は動作ジョイント１４７において膨張し、クランプアーム１５３は内側に移動して、カンチレバー１３０の側壁に押し付けられる。
【００１８】
図３ｃに示すように、図３ａおよび３ｂのクランプ構造１４１はレンズ１７４のための棚および支持体として作用する。該レンズ１７４はクランプ構造１４１とは独立していてもよく、或いは一体に形成されてもよい。レンズ１７４の光学的作用については後述する。
図４ａおよび４ｂを参照すると、レンズ１７４は、単独または図３ａおよび３ｂの実施例と組み合わせて、カンチレバー１３０のクランプを与えるために用いることができる。図４ａおよび４ｂに示すように、二酸化ケイ素のような光学的に透明な絶縁層１７７が、レンズ１７４（もしくは同様の支持部材）の下面またはカンチレバー１３０の上面に形成される。ＳＴＭモードにおいて、クランプ制御回路１５０は、レンズ１７４とカンチレバー１３０との間に適切な電圧を印加して、カンチレバー１３０の移動を静電気的にクランプする容量構造(capacitive structure)を形成する。当業者はこの構造が更に、走査型プローブ顕微鏡１００がここに記載する何れの運転モードを用いるかに応じて、カンチレバー１３０の移動を抑制、駆動または検出するために使用できることを理解するであろう。
【００１９】
或いは、図５に示すように、光学的に透明かつ導電性のコイルパターン１７９および１８１が、レンズ１７４の下面およびカンチラバー１３０の上面に夫々形成される。コイルパターン１７９および１８１は、酸化インジウム錫で形成される。ＳＴＭモードにおいて、クランプ制御回路１５０は、コイルパターン１７９および１８１に対して、それらの電流が逆向きになるように電圧を印加する。その結果、引力磁場が作用してカンチレバー１３０を固定（即ちクランプ）する。
当業者は、一方のコイルパターン１７９または１８１を、サマリウムコバルトまたは他の永久磁化可能な材料の薄膜で形成された永久磁石に置き換えてもよいことを理解するであろう。更に、この構成はまた、走査型プローブ顕微鏡１００がここに記載する何れの運転モードを用いるかに応じて、カンチレバー１３０の移動を抑制、駆動または検出するために使用してもよい。
【００２０】
図１に戻って説明すると、ＳＴＭモードにおいて、走査制御ルーチン１２２により発生された走査制御信号は、チップ１３２が対象１０４に近接して位置決めされるように、ＸＹおよびＺ並進器１１０および１１２を制御する。次いで、操作制御ルーチン１２２は、トンネル電流測定回路１５８に与えられるトンネル制御信号を発生する。これに応答して、トンネル電流測定回路１５８は、プローブ１０２のチップ１３２に印加される電圧信号を発生する。
チップ１３２は導電性の層でコーティングされているから、チップ１３２と対象１０４の間にトンネル電流が発生する。対象１０４におけるこのトンネル電流は、トンネル電流測定回路１５８によって検出および測定される。これに応答して、トンネル電流測定回路１５８は、測定されたトンネル電流を表すデータを含んだ、トンネル電流測定信号を出力する。この測定されたトンネル電流は、対象の形態（トポグラフィー）に対応している。
或いは、当業者は、Ｚ軸並進器１１２を用いてチップ１３２の位置を変化させることにより、トンネル電流を固定した値に維持してもよいことを理解するであろう。トンネル電流を一定に維持するために必要とされる位置の変化量は、当該表面のトポグラフィーの尺度である。
【００２１】
トンネル電流信号はＣＰＵ１２０に与えられる。該信号に含まれているデータは、ＳＴＭ分析ルーチン１３８によって分析および処理されて、対象１０４のトポグラフィーの高倍率（またはナノビュー）画像に対応したＳＴＭ画像データを生じる。次いで、後述する方法で、表示ルーチン１３６がＳＴＭ画像データをフォーマットし、それをＣＰＵ１２０が表示モニター１１８に与えて表示させる。
ルーチン１３８はメモリー１２４に保存されており、ＣＰＵ１２０で実行される。
【００２２】
低倍率光学顕微鏡モード
図１を再度参照すると、走査型プローブ顕微鏡装置１００は、従来の共焦点スポット走査型、または共焦点走査ディスク型の光学顕微鏡を与える。後で説明するように、光学顕微鏡モードは、使用者が制御端末１１６を用いて、ＣＰＵ１２０が受け取る対象１０４の低倍率走査のための低倍率ズーム制御信号を発したときに生じる。この走査に際して、走査制御ルーチン１２２は、ＸＹ並進器を制御して、プローブ１０２を低倍率光学顕微鏡測定の対象１０４の表面上に位置決めするための、ＣＰＵ１２０によって出力される走査制御信号を発生する。後で説明するように、この低倍率光学顕微鏡モードは、高倍率ＡＦＭモードまたはＳＴＭモードおよび中倍率光学顕微鏡モード（後で述べる）と組み合わせて用いられ、表示モニター１１８上に対象１０４の画像の連続的なズーム表示を与える。
【００２３】
低倍率可視光学顕微鏡を実行するために、走査型プローブ顕微鏡装置１００には、従来の共焦点スポット走査型、または共焦点走査ディスク型の可視光学顕微鏡１６０および可視光型カメラ１６２が含まれている。顕微鏡１６０の可視光源は、対象１０４を可視光で照らす。次いで、顕微鏡１６０の視野内にある可視光、並びに対象１０４およびプローブ１０２によって反射された光の一部が、顕微鏡１６０に受け取られる。反射された可視光は、ビームスプリッタ１６６を通過して顕微鏡１６０のフィルターに到達し、該フィルターは不可視光成分を除去する。フィルターされた可視光は、次いで顕微鏡１６０のアイピース（即ち、集光レンズ）によってカメラ１６２に集められる。顕微鏡１６０の対物レンズは、対象１０４の低倍率可視画像（即ち、マクロビュー）のための、略0.1−0.2の範囲の多くの孔を与えるように選択される。
【００２４】
次に、カメラ１６２は集光された可視光を、集光された可視光に対応するデータを含んだデータ信号に変換する。この信号に含まれるデータは、低倍率光学顕微鏡分析ルーチン１３９によって分析および処理され、対象１０４のトポグラフィーの低倍率（マクロビュー）可視画像を生じる。表示ルーチン１３８は、次いで後述する方法で可視画像データをフォーマットし、ＣＰＵ１２０はこれを表示モニター１１８に与えて表示させる。
【００２５】
中倍率光学顕微鏡モード
図１の走査型プローブ顕微鏡装置１００は、更に、中程度の倍率の赤外線顕微鏡または可視光顕微鏡を与えるように構成されている。この中倍率顕微鏡モードは、後で説明するように、使用者が制御端末１１６を用いて、ＣＰＵ１２０が受け取るべき対象１０４の中倍率走査のための中倍率ズーム制御信号を発したときに生じる。この走査に際して、走査制御ルーチン１２２は、ＸＹ並進器を制御して、中倍率光学顕微鏡測定の対象１０４の表面上にプローブ１０２を位置決めするための、ＣＰＵ１２０によって出力される走査制御信号を発生する。先に示唆したように、この中倍率光学顕微鏡モードは、高倍率のＡＦＭモードまたはＳＴＭモードおよび低倍率光学顕微鏡モードと組み合わせて用いられ、表示モニター１１８上に対象１０４の画像の連続的なズーム表示を与える。
【００２６】
チップ１３２がシリコンのような光に対して不透明な材料でできている場合には、操作制御ルーチン1２２は光源１８０を制御するための制御信号を発生して、赤外光の広いビームを与える。分光光度計１８２の光源１８０は、それによって与えられる光の波長（周波数）およびビーム寸法が、当業者に周知の方法で変化され得るように構成されている。好ましい態様において、この光源１８０の波長は略６ミクロン〜200ｎｍの範囲で変化することができ、またビームの幅をチップ１３２のベースと同程度に狭くでき（１ミクロンまで）、且つ該システムの最大の対物レンズと同程度に広くできるように（２ｃｍまで）、1000〜１のビーム寸法変化率を有している。
【００２７】
赤外光の広いビームは、ビームスプリッタ１８６および１８８によって、ビームスプリッタ１６６に向けられる。ビームスプリッタ１６６は、この赤外光の広いビームを反射してレンズ系１７４へ向ける。図６に示すように、このレンズ系１７４は、チップ１３２のベース１２８に結合されたカンチレバー１３０の一部を覆って配設されている。図２ａ，２ｂの実施例の場合、図２ｃに示すように、レンズ系１７１は薄いレンズ系支持体１７６によって保持され、支持されている。このレンズ系支持体１７６は可視光に対して透明であり、プローブ１０２のベース１２８に結合されて、レンズ系１７４を保持および支持している。説明を簡単にするために、図２ｃでは、図２ａおよび２ｂに示したクランプアーム１４０を図示していない。
【００２８】
レンズ系１７４は、適切なチューブ長を形成し、或いはレンズ設計者に周知の方法で好ましい超高感度補正長(infinity corrected tube length)を与えるように、一以上のレンズの標準的な対物レンズ配置とすればよい。部分的または完全な孔を有する装着バレル（鏡筒）を薄い支持構造体に与えることによって、二つのレンズ系を作製してもよい。更に、当業者が認めるように、レンズ系１７４は、図１１ａおよび１１ｂに示したフレネルレンズ２５０と同様に構成されたフレネルレンズの構成にしてもよい。
【００２９】
レンズ系支持体１７６は可視光に対して透明であり、可視光学顕微鏡１６０の全視野を横切って延出し得る。それは、レンズ系１７４の中央領域を除いて赤外光を遮断する一方、可視光のみを通過させるように、カットオフフィルターを含んでいてもよい。なお、レンズ系１７４の中央領域において、それはフィールドストップ(field stop)（標準の対物レンズ設計プラクティスの一部で、当業者には周知である）と同様に作用して、中倍率光学モードでのコントラストを低下させる無関係な光を排除する。
レンズ系支持体１７６はまた、電気光学的に調節可能な虹彩絞り、機械的な虹彩絞り、光学的に実効性を付与された虹彩絞りであってもよい。光学的に実効性を付与された虹彩絞りは、例えばレンズ系１７４以外の全てにドーブされたガラスでできたガラスアセンブリーであり、これは光源１８０からのＵＶ光に曝されると不透明になり、またフィールドストップとして使用され得る。これは、レンズ系１７４が図１２ａおよび１２ｂに示したようなフレネルレンズ装置であるときにも言えることである。
【００３０】
図３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂおよび５の実施例については、レンズ系１７４およびクランプ構造１４１は図３ｃに示されている。このクランプ構造１４１はレンズ系１７４の支持棚として働く。
図６を再度参照すると、レンズ系１７４は、ビームスプリッタ１６６から受け取る赤外光の広いビームについて、対象の表面（およびチップ１３２の尖端）に焦点が合うような焦点距離を有するように、カンチレバー１３０から離間している。焦点距離は、レンズ系１７４が0.7〜0.9の範囲に多くのアパーチャを有し、対象１０４の中倍率（即ちミクロビュー）画像を与えるように選択される。典型的には、レンズ系１７４はカンチレバー１３０の略40〜4000ミクロン上方に配置される。
【００３１】
更に、レンズ系１７４は、顕微鏡１６０の可視光視野の小さい領域を占めるに過ぎない。特に、レンズ系１７４は、図１に示した顕微鏡１６０の対物レンズよりも実質的に小さいが、図６に示すように、対象１０４の表面に集光される赤外光の広いビームを可能にするには十分に大きい直径を有している。レンズ系１７４の直径は、カンチレバー１３０のために適切なものでなければならず、典型的には２ｍｍ未満、略100〜500ミクロンの範囲である。
【００３２】
更に、図１は、レンズ系支持体１７６を通過するがレンズ系１７４は通過しない、カンチレバー偏位光学系１３４の光学経路を示している。しかし、当業者は、この光学系がレンズ系１７４を通過する光学経路を有するように構成してもよいことを理解するであろう。
レンズ系１７４によって対象１０４の表面に焦点を合わせた赤外光の広いビームは、図６に示すように、対象１０４に反射されてレンズ系１７４に戻る。図１を参照すると、ビームスプリッタ１６６および１８８は、反射された赤外光を光学系１６８へと向かわせる。光学系１６８のフィルタは、反射された赤外光の広いビームのみを通過させ、次いで、
アイピース（即ち、集光レンズ）によってカメラ１７８上に焦点を結ばせる。
【００３３】
カメラ１７８は、集光された赤外光を、集光された赤外光に対応したデータを含む赤外光データ信号に変換する。この信号に含まれるデータは、中倍率光学顕微鏡分析ルーチン１４１によって分析および処理され、対象１０４のトポグラフィーの中倍率（ミクロビュー）画像に対応した赤外画像データを発生する。次いで、表示ルーチン１３６が後述する方法で可視画像データをフォーマットし、これを表示するために、ＣＰＵ１２０がこれを表示モニター１１８に与える。このルーチン１４１はメモリー１４１に保存されており、ＣＰＵ１２０上で実行される。
或いは、チップ１３２が窒化シリコンのような可視光に対して透明な材料で作製されるときには、レンズ系１７４は、顕微鏡１６０の可視光源によって与えられる可視光１６４の一部１６５が対象の表面（およびチップ１３２の尖端）に焦点が合うような焦点距離を有するように構成され、チップ１３２の方法に配置されてもよい。ここでも、焦点距離は、レンズ系１７４が0.7〜0.9の範囲に多くのアパーチャを有し、対象１０４の中倍率（即ちミクロビュー）画像を与えるように選択される。
【００３４】
レンズ系１７４によって対象１０４の表面に焦点を結んだ可視光の一部１６５は、対象１０４によって反射されて、レンズ系１７４に戻る。そこから、ビームスプリッタ１６６および１８８によって光学系１６８に向けられる。この場合、光学系１６８のフィルターは可視光部分のみを通過させ、光学系１６８のアイピースによってカメラ１７８上に焦点を結ばせる。
カメラ１７８は、集光された可視光１６５を、焦点を結んだ可視光に対応したデータを含む可視データ信号に変換する。上記と同様にして、中倍率光学顕微鏡分析ルーチン１４１は、対象１０４のトポグラフィーの中倍率（ミクロビュー）画像に対応した可視画像データを発生する。このデータは、次いで表示ルーチン１３６によってフォーマットされ、表示モニター１１８に表示される。
【００３５】
近視野分光測光モード
図１を参照すると、走査型プローブ顕微鏡装置１００はまた、近視野分光測光モードをも実行するように構成されている。後述するように、近視野分光測光モードは、使用者が制御端末１１６を用いてこのモードを選択し、且つ制御端末１１６を用いて先に述べた高倍率ズーム制御信号を発生したときに生じる。近視野分光測光測定は、高倍率走査の際に、ＡＦＭおよびＳＴＭ測定と組み合わせて行われる。
近視野分光測光測定が行われるとき、走査制御ルーチン１２２は、ＸＹおよびＺ並進器１１０および１１２を制御して、チップ１３２を近視野分光測光測定の対象１０４の表面上に位置決めするための、ＣＰＵ１２０によって出力される走査制御信号を発生する。好ましい実施例において、チップ１３２の尖端１８８は、近視野分光測光モードの光源により与えられる光の波長の半分よりも対象１０４から遠くならないように配置される。
【００３６】
加えて、走査制御ルーチン１２２は、光源１８０を制御する制御信号を発生させて、プローブ１０２およびレンズ系１７４に対して透明な赤外光または可視光１８５の狭いビームを与える。これは種々のチョッピング周波数で行われて、分光光度計の光検出器１９２および１９４が、光１８５による励起に起因した光エネルギーと、ロックイン増幅(lock-in amplification)および当業者に周知の他のノイズ拒否および増幅法を介して検出されたバックグラウンドエネルギーとを区別することを可能にする。その結果、分光光度計１８２は、吸収、ラマン、二次高調波、蛍光、および対象１０４の他の周知の分光測光測定器であり得る。
【００３７】
近視野分光測光モードにおいて、機械的な回転面偏光器１８４は静止して保持される。光源１８０からの光は、偏光器１８４によって面偏向され、ビームスプリッタ１８６および１８８を通過して、鏡１７２によりレンズ系１７４へと向けられる。
図６に示すように、光１８５はチップ１３２のベース１７８内に集光される。
チップ１３２は、ベース１７８に集光した光１８５がチップ１３２を通過して伝搬し、該チップ１３２の尖端１８８で放出されるように、導波管に結合されたアンテナと同様に作用する。放出された光１８５は、対象１０４と光学的に相互作用する。チップ１３２はアンテナとして作用するから、チップ１３２の尖端１８８は、放出された光と対象１０４との光学的相互作用により生じた光を捕捉する。この光はチップ１３２を通して伝搬し、レンズ系１７４へと戻る。
【００３８】
先に示唆したように、チップはアンテナと同様に作用する。ピラミッド形状のアンテナにおけるエネルギーの伝搬、放出および捕捉は、円錐または四面体の形状とした場合にも同様である。ピラミッド形状のアンテナにおけるエネルギーの伝搬、放出および捕捉は、R.B.Watsonによる「誘電体ロッドの放射パターン・実験および理論(The Radiation Patterns of Dielectric Rods - Experiment and Theory)」および「R.B.Watson and C.W.Horton,Journal of Applied Physics，volume 19，p.861(1984)」に記載されており、これらの文献は参照として本願に組み込まれることを明示しておく。
【００３９】
詳細に言えば、チップ１３２のベース１７８における電界および磁界は、ピラミッド形状のアンテナのベースでの電界および磁界を定義する下記の式に類似している。
【数１】
2005062197.tif 000003
ここで、ａおよびｂはピラミッド形アンテナのベース側部の寸法を表し、ｋは真空中での波数を表し、ｋ′は当該アンテナに結合された導波管における波数を表す。
【００４０】
WatsonおよびHortonが用いた方法は、ピラミッド形アンテナの二つの電界面サイドでの磁界流と、二つの磁界面サイドでの電流とを規定している。放出され捕捉された光エネルギーは、次いでFresnel-Huygens法を適用することによって発見され、これらの流れによって発生した放射場(radiation fields)が得られる。球の幾何学を適用することにより、θ＝０に対応するｚ軸について、下記の場が得られる。
【００４１】
【数２】
2005062197.tif 000004
ここで、ｎ＝ｋ／ｋ′であり、１はｚ方向でのピラミッド形アンテナの長さである。
【００４２】
上記の議論から、これら式によって記述されるエネルギーの伝搬、放出および捕捉は、チップ１３２において生じるそれと類似していることが明らかである。
図７ａおよび７ｂは、上記式に従った、チップ１３２による光エネルギー放出の電界面および磁界面の極性プロットを与えている。
再び図１を参照すると、レンズ系１７４、捕捉された光１８５は鏡１６６によって、ビームスプリッタ１８８および１６６を通って単色光分光器１９０へと向けられる。好ましい実施例において、単色光分光器１９０は通常、捕捉された光を一連の成分波長に分離するように構成されている。光検出器１９２には、種々の波長での放出光を検出するために、一連のホトダイオードまたはホトマルチプライヤーが含まれている。或いは、単色光分光器１９０は、捕捉された光の波長を連続的に分離するように構成してもよく、また光検出器１９２は、波長のスペクトルを連続的に走査するように構成してもよい。
【００４３】
光検出器１９２は、検出された光エネルギー（即ち、検出された波長）を、検出された光エネルギーを表すデータを含む検出信号に変換する。この信号を含むデータは、近視野分光測光分析ルーチン１４３によって分析および処理され、対象１０４の組成に関する情報を表すデータが作成される。光源１８０によって与えられる光１８５の特定の波長に応じて、チップ１３２と対象との間の光学的相互作用には、反射、吸収、光放出（蛍光、ラマン、および二次高調波を含む）および／または他のタイプの周知の相互作用が含まれる可能性がある。
先に指摘したように、走査制御ルーチン１２２は、光源１８０により与えられた光の波長を変化させるための制御信号を発生する。その結果、上記の相互作用は光検出器１９２によって検出され、また分析ルーチン１４３によって分析されて、対象１０４の組成に関する情報を表すデータが作成される。次いで、このデータは、表示ルーチン１３６によって後述する方法でフォーマットされ、当該情報を表示するために表示モニター１１８に与えられる。
【００４４】
上記の近視野分光測光装置の代わりに、またはこれと組み合わせて、図１の走査型プローブ顕微鏡装置１００はまた、チップ１３２から多くの波長分だけ離れた距離にある光検出器１９４用いて近視野からの光エネルギーを検出することにより、近視野分光測光法を実施してもよい。この構成には、先に説明してのと同じ方法で誘導された、チップ１３２と対象１０４との間の光学的相互作用が含まれている。しかし、得られた光放出エネルギー（例えば蛍光、ラマンおよび二次高調波）は、単色光分光器１９０が光放出性の光をその成分波長に分離した後に、光検出器１９４によって検出される。単色光分光器１９０と同様に、単色光分光器１９６は、好ましくは、光放出性の光を一連のその成分波長に分離するように構成され、また光検出器１９４には一連の波長を検出するための一連のホトダイオードまたはホトマルチプライヤーが含まれる。
【００４５】
光検出器１９４は、検出した光エネルギーを、検出された光エネルギーを表すデータを含む検出信号に変換する。検出信号に含まれるデータはＣＰＵ１２０に与えられ、近視野分光測光分析ルーチン１４７によって分析および処理されて、対象１０４の組成に関する情報を表すデータが作成される。このデータは、後述する方法で表示ルーチン１３６によりフォーマットされ、該情報を表示するために表示モニター１１９に与えられる。
【００４６】
近視野光学顕微鏡モード
再び図１に戻ると、走査型プローブ顕微鏡装置１００はまた、ＡＦＭまたはＳＴＭモードでは検出できない対象１０４の深い表面の特徴を定義するための、近視野光学顕微鏡を実施するように構成されている。近視野分光測光モードと同様に、この近視野光学顕微鏡モードは、使用者が制御端末１１６を用いてこのモードを選択し、且つ制御端末１１６を用いて先に述べた高倍率ズーム制御信号を発したときに生じる。近視野光学顕微鏡測定は、高倍率走査の際に、ＡＦＭ、ＳＴＭおよび分光測光測定と組み合わせて行われる。
上記で示唆したように、このモードは、チップ１３２が対象１０４の構造の上に直接存在せず、孔、壁または突起のような深い表面の特徴の上に直接存在していることが、ＡＦＭまたはＳＴＭ測定によって示されたときに用いられる。この事態が起きたときは、当該モードに際し、走査制御ルーチン１２２が回転可能な面偏向器１８４を制御して回転させるための制御信号を発生することを除いて、近視野分光測光モードについて先に説明したのと同じ方法で、チップ１３２と対象１０４との間の光学的相互作用が含められる。その結果、この近視野光学モードに際して、光は回転面偏向される（即ち、光源１８０によって与えられる光の偏向状態は連続的に変化される）。
【００４７】
次いで、ルーチン１５１は、記録された光学的エネルギーパターンを、メモリー１２４のデータベース１９８に保存された、種々のタイプの深部表面の特徴に対応する予め定義された光学的エネルギーパターンと比較する。この比較は、チップ１３２の直下または近くに何があるかを決定するために行われる。次いで、分析ルーチン１５１は、決定された深部表面の特徴の画像を表す画像データを発生し、また表示ルーチン１３８は、この画像を表示モニター１１８に表示するために、該データをフォーマットする。
【００４８】
更に、このタイプの近視野顕微鏡は、チップ１３２をチップ試験モードで試験するために使用してもよい。これは、対象における均一かつ既に定義された孔の上にチップ１３２を置くことによって行われる。光検出器１９２または１９４によって検出された光エネルギーパターンを、データベース１９８に保存されている無欠陥チップのための予め定義された光エネルギーパターンと比較することによって、分析ルーチン１５１は、チップ１３２が欠陥品であるか否かを決定することができる。
或いは、当業者は、回転可能な線形偏光器１８４を利用する代わりに、このモードに際して、面偏光器１８４は静止させる一方、プローブ１０２についてはＺ並進器１１２を従来の方法で回転させることによって回転するように、走査型プローブ顕微鏡装置１００を構成してもよいことを認識するであろう。或いは、このモードに際し、ＸＹ並進器１１０を従来の方法で回転させることによって対象１０４を回転させてもよい。その結果、このような回転の間に光検出器１９２または１９４によって検出された光エネルギーパターンを、データベース１９８に保存されている予め定義された光エネルギーパターンと比較することができる。
【００４９】
硬度試験モード
図１の走査型プローブ顕微鏡装置はまた、対象１０４の硬度試験を実施するように構成されている。この硬度試験モードは、使用者が制御端末１１６を用いてこのモードを選択し、且つ制御端末１１６を用いて高倍率ズーム制御信号を発したときに生じる。硬度試験測定は、高倍率走査の際にＡＦＭ、ＳＴＭ、分光測光、および近視野光学測定と組み合わせて行われてもよい。
【００５０】
この硬度試験モードにおいて、走査制御ルーチン１２２は、対象１０４の特定の位置で、先に説明した方法で近視野分光測定の実施を制御する。検出信号は、光検出器１９２または１９４によってＣＰＵ１２０に与えられ、また硬度試験分析ルーチン１９５は、データベース１９８の中に、光検出器１９２または１９４によって検出された光エネルギーを表す検出信号を記録する。該ルーチン１９５はメモリー１２４に保存され、ＣＰＵ１２０で実行される。
【００５１】
次いで、走査制御ルーチン１２２は、近視野分光測光測定が行われたばかりの同じ位置において、既知の力でチップ１３２が対象１０４の表面に直接接触し、貫入して変形させるように、Ｚ並進器１１２を制御するための走査制御信号を発生する。次いで、チップ１３２が対象の表面に貫入する間に、走査制御ルーチン１２２は、同じ位置における他の近視野分光測光測定の実行を制御する。
【００５２】
光検出器１９２または１９４によって与えられた検出信号に含まれるデータは、先に記録されたデータと共に、硬度試験分析ルーチン１９５によって分析および処理されて、対象１０４の硬度に関する情報を表すデータを生じる。これは、二つの測定の際に検出された、チップ１３２の貫入深さの尺度を提供する光エネルギーの比率変化を測定することによって行われる。貫入の深さはまた、対象１０４の局部的な結合強度（硬度）の尺度である。バルク材料において、この尺度は結晶欠陥等のような局部的変化を反映する。半導体のようなパターン化された材料において、この尺度は基板構造の情報を与える。このデータは、後述する方法で表示ルーチン１３６によってフォーマットされ、硬度情報を表示するために表示モニター１１９に与えられる。
【００５３】
或いは、硬度試験モードにＳＴＭ測定が含まれてもよい。この変形において、走査制御ルーチン１２２はトンネル電流測定回路１５８を制御して、ＳＴＭ測定について先に述べたのと同じ方法で、対象１０４の特定の位置において対象１０４の導電性測定を行う。回路１５８によって測定された導電性を表す導電性測定信号の中のデータは、硬度試験分析ルーチン１８５によって、データベース１９８の中に記録される。
先に述べたのと同様に、走査制御ルーチン１２２はＺ並進器１１２を制御する走査制御信号を発生して、同じ位置において、チップ１３２を既知の力で対象１０４に直接接触させ、貫入させて変形させる。次いで、チップ１３２が対象１０４の表面に貫入する間に、走査制御ルーチン１２２は同じ位置で対象１０４の導電性測定の実施を制御する。
貫入の前および最中の期間に亘る導電性信号に含まれるデータが、硬度試験分析ルーチン１９５によって記録、分析および処理され、対象１０４の硬度に関する情報を表すデータが作成される。この場合、貫入の前および最中の期間に亘って測定された変化は、チップ１３２の貫入の深さの尺度であり、また対象１０４の硬度の尺度である。ルーチン１９５により作成されたデータは表示ルーチン１３６によってフォーマットされ、硬度情報の表示のために表示モニター１１９に与えられる。
【００５４】
加えて、光学系１３４および偏位測定回路１３６によって測定されたチップの実際の偏位または移動は、当該表面の硬度の尺度を与えるために、硬度試験ルーチン１９５によって公知の力と組み合わせて使用することができる。先に説明した硬度試験の実施例と同様、ルーチン１９５によって作成されたデータは表示ルーチン１３６によってフォーマットされ、硬度情報を表示するために表示モニター１１９に与えられる。
【００５５】
プローブおよびレンズの組成
図１の実施例に関する上記の全ての特徴を与えるために、図２ａ〜２ｃの実施例および図３ａ〜３ｃの実施例におけるプローブ１０２は、シリコンウエファー、窒化シリコンまたは可視光または赤外光に対して透明な他の幾つかの材料で形成される。特に、中倍率光学顕微鏡、近視野光学顕微鏡および分光測光モードに赤外光が用いられる場合、プローブは、赤外光に対して透明なシリコンのような材料から形成される。
【００５６】
プローブ１０２のベース１２８、カンチレバー１３２、およびクランプアーム１４０またはクランプ構造１４１は、当業者に公知の従来技術を用いて、ウエハーからエッチングされる。
上記で説明したモードのために赤外光または可視光の何れを用いるかに応じて、レンズ系１７４もまた、シリコン、窒化シリコン、または赤外光または可視光に対して透明な幾つかの他の材料で形成される。同様に、赤外光または可視光の何れを用いるかに応じて、図２ａ〜２ｃの実施例のレンズ系支持体１７８は、シリコン、ガラス、または赤外光または可視光に対して透明な他の幾つかの材料で形成される。
【００５７】
図８ａに示すように、チップ１３２のコア材料（シリコン、窒化シリコンまたは他の材料）は、チップの寿命を長くするために、図８ａに示すようにダイアモンド、タングステン、炭化シリコン、または窒化炭素のような極めて硬い材料３０１でコーティングしてもよい。硬いコーティング３０１は、略５オングストローム〜１ミクロンの範囲の厚さを有していればよい。
ＳＴＭモードで動作させ、および／またはチップ１３２内に光エネルギーを含ませるために、チップ１３２は従来の技術を用いて、アルミニウム、タングステンまたは金のような導電性材料の薄層３０４でコーティングされてもよい。この層３０８は、コア材料３００または何等かの剛直なコーティング３０１を覆って、略１オングストローム〜１ミクロンの範囲の厚さで形成される。
【００５８】
チップ１３２の尖端では、少なくとも導電性層３０４がチップ１３２を通ってて伝搬する光に対して不透明でない点まで、導電層３０４の小部分を従来の技術を用いて除去または擦り落とす。更に、尖端１８８から略５〜10ｎｍの点で導電性コーティング３０４が終端するように、導電性コーティング３０４が除去または擦り落とされる。その結果、略５〜100ｎｍの範囲の直径を有する孔が、尖端１８８に形成される。
【００５９】
或いは、図８ｂおよび８ｃを参照すると、チップ１３２のコア材料３００およびチップ１３２上のカンチレバー１３０のコア材料３００（図８ａに示す）を従来の技術を用いてエッチング除去し、カンチレバー１３０に孔３０３を形成して、チップ１３２として剛直なコーティング３０１および導電性コーティング３０４のみを残す。図８ａのチップのように、チップ１３２の尖端１８８から導電性コーティング３０４が除去または擦り落とされて、尖端１８８の近くに孔が形成される。動作に際して、このチップ１３２は極めて広い範囲の波長（0.1〜20ミクロン）に対して実質的に透明である（ダイアモンドの場合）。
【００６０】
更に、図８ａ〜８ｃの剛直なコーティング３０１が炭化シリコンまたは窒化シリコンのコーティングであるときは、導電性を与えるために、従来の技術を用いてドーピングを行ってもよい。この場合、導電層３０４は省略されるであろう。
図８ａおよび８ｂの剛直性コーティングがダイアモンドである場合、ダイアモンド結晶は、チップ１３２に対して直角に配向するように成長される。これは次のようにして行われる。
【００６１】
先ず、プローブ１０２を含むウエハーを、炭素を含んだ真空チャンバーの中に配置する。チップ１３２と、該チップのベース１７８周囲のカンチレバー１３０の領域のみが露出するように、プローブ１０２の上にマスクを載置する。約１×１０−７〜１×１０−１１の圧力で、炭素を略2100℃〜3000℃の温度に加熱する。炭素は、コア材料３００またはその上を覆うタングステン層、炭化シリコン層または窒化シリコン層の表面に凝縮する。
【００６２】
次いで、化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いてダイアモンド層３０１をコア材料３００の表面に成長させるために、プローブ１０２をメタン・水素の雰囲気に配置する。凝縮した炭素が種として働くので、成長したダイアモンド層３０１は、コア材料３００またはその上を覆う層の表面に対して直角に配向した多結晶ダイアモンド層になる。
剛直層３０１が窒化炭素である場合は、上記と同じ種付け（シーディング）プロセスが用いられる。次いで、プローブ１０２は単原子窒素の雰囲気中に配置される。単原子窒素は、窒素ガスを、電流が流れる中空タングステン構造からなる中空タングステンヒータに通すことによって得られる。このタングステンヒータは、2100℃〜3000℃の温度に維持される。一実施例において、タングステンヒータは、冷コア材料３００の表面（800℃）での炭素凝縮に際し、化学的に結合して窒化炭素層３０１を形成するのに充分な量の炭素を含んでいる。このプロセスは、窒素ガスを導入することなく開始される。数原子の炭素が蒸着した後に、窒素原子がタングステン電極の中に導入され、多結晶窒化炭素の堆積および成長が開始される。
【００６３】
図８ｄは、尖端１８８の部分のコア材料３００を覆う剛直性のダイアモンド層３０１を有するチップ１３２を示している。図８ａ〜８ｃのチップ１３２のように、導電性コーティング３０４はチップ１３２の尖端１８８から除去または擦り落とされて、尖端１８８に孔が形成される。
尖端１８８におけるコア材料３００またはその上を覆うタングステン層、炭化シリコン層または窒化シリコン層を、微粒子ダイアモンドを含む表面（ラップ盤または多結晶ダイアモンドで被覆した表面）に押し付けまたは擦り付ける。尖端１８８にはダイアモンドの種結晶が付着する。次いで、尖端１８８の回りの種付け部位で多結晶ダイアモンド層３０１を成長させるために、プローブ１０２をＣＶＤ環境に置く。
【００６４】
走査シーケンスフォロー
図９に示される走査シーケンスフローは、走査制御ルーチン１２２によって制御される。
最初に、使用者は制御端末１１６を用いて、対象１０４の低倍率可視光顕微鏡走査を指令するために、低倍率可視光顕微鏡ズーム制御信号を発する。これに応答して、走査制御ルーチン１２２はＸＹ並進器１１０を制御し、低倍率ズーム制御信号によって特定された領域に対象を位置決めし、次いで、これらの領域において、先に説明した方法で低倍率可視光顕微鏡測定が行われる（ブロック２００）。これは、使用者が、先に説明した他のモードを用いてより近接した観察のためにズームインすべき対象１０４の領域を見つけることができるように行われる。
【００６５】
図２０を参照すると、低倍率共焦点顕微鏡走査を行うに際し、走査制御ルーチン１２２は先ず、ｚ方向における対象１０４の上部境界５０２および下部境界５０４を決定する。上部および下部境界５０２および５０４は、（図１に示した制御端末１１６を用いて）使用者によって定義されるか、設計者によって固定されるか、或いは走査制御ルーチン１２２によって定義され得る。これらの方法は、例えば上部／下部境界が定義され、且つ下部／上部境界が決定されるように組み合わせてもよい。
【００６６】
上部および下部境界５０２および５０４が走査制御ルーチン１２２によって決定される場合、走査制御ルーチン１２２は、ｚ方向の低レベルおよび高レベルにおける対象１０４のサンプル共焦点顕微鏡測定の実行を制御する。これを行うために、走査制御ルーチン１２２は、対象をｘ，ｙ面で位置決めするために、並進器１１０を制御する制御信号を発生し、またｚ方向における共焦点領域（焦点面）を調節するために、顕微鏡１６０の光学系を制御する制御信号を発生する。しかし、当業者は、ｘ、ｙおよびｚ方向の夫々において対象を位置決めする並進器もまた使用し得ることを理解するであろう。次いで、走査制御ルーチン１２２はサンプル測定から、対象１０４の上部および下部境界５０２および５０４（ｚ２およびｚ１）を決定し、またサンプル測定を用いて検出された最小特徴物の平均直径（ｎ）を決定する。
【００６７】
上部および下部境界ｚ２およびｚ１、並びに最小特徴物の平均直径に基づいて、走査制御ルーチン１２２は、バイナリーツリーにおいて、共焦点顕微鏡測定が行われるべきｚ方向における共焦点領域を決定する。即ち、走査制御ルーチン１２２は、対象１０４の共焦点領域が、z1、z2、(z2-z1)/2、(z2-z1)/2＋(z2-z1)/4、(z2-z1)/2−(z2-z1)/4、…(z2-z1)/2＋(z2-z1)/4＋…(z2-z1)/2n、(z2-z1)/2＋(z2-z1)/4−…(z2-z1)/2nであろうことを決定する。こうして、走査技術の解像度および走査されるべき共焦点領域の数は、(z2-z1)/2nに最も近い全数である。次いで、これらのｚ値は図１に示したデータベース１９８の表に記録される。
【００６８】
図２１を参照すると、走査制御ルーチン１２２は次に、多くの共焦点領域５０２、５０３および５０４（ｚ方向）において、ｘ，ｙ面における対象１０４の境界を決定する。これもまた、丁度説明した方法で、走査制御ルーチンの制御下に行われたサンプル測定で達成される。これが行われる表中の決定された共焦点領域の数は、上記で説明したばかりの走査作技術の解像度と同等またはそれ以下である。ｘｙ境界値が決定された表中の各共焦点領域について、走査制御ルーチン１２２は、対応するｘ，ｙ境界値を表中のそれに割り当てる。もし、ｘ，ｙ面において境界を決定すべき共焦点領域の数が走査技術の解像度より少なければ、走査制御ルーチン１２２は内挿法を用いて、表中のｘ，ｙ境界値を、ｘ，ｙ面における境界が特異的に決定されなかった共焦点領域に割り当てる。
【００６９】
顕微鏡１６０がスポット走査型共焦点顕微鏡である場合、走査制御ルーチン１２２は次に、表中の各共焦点領域（しかし、表が特定するｘ，ｙ面における境界領域内のみ）での共焦点顕微鏡測定を行うために、表を用いて並進器１１０および顕微鏡１６の光学系を制御する制御信号を発生する。更に、顕微鏡１６０が走査ディスク型共焦点顕微鏡であるときは、走査制御ルーチンは、表中の各共焦点領域で共焦点顕微鏡測定を行なうように顕微鏡１６０の光学系を制御し、また表が特定するｘ、ｙ面の限定された領域について測定データを取得するように、カメラ１６２を制御するための制御信号を発生する。
【００７０】
こうして、対象１０４の殆どが存在する領域に共焦点顕微鏡走査を限定するために、表が用いられる。これによって、三次元共焦点画像を得るために必要な時間、ハードウエア、および保存の必要性は実質的に低減される。
当業者は、説明された走査技術を変更して、ｚｘ面もしくはｚｙ面に整列した限定されたセクション、または限定された球状もしくは他の非デカルトセクション(non-cartesian section)の情報を訂正できることが分かるであろう。特に、高い数字の単純な球状の孔光学系（反射または屈折における）を用いて作業するとき、画像は、適合性の球状の孔（スポットまたは走査型ディクス共焦点顕微鏡）または光学系の実質的被覆の球状収差に適合する球形表面をもった画像センサを用いることによって、実質的な球形（或る場合には円筒形）収差で形成され、また性能利益(performance benefite)が得られる。
【００７１】
低倍率共焦点顕微鏡走査を用いて観察すべき領域の位置が決定されたら、使用者は次に、制御端末１１６を用いて、対象１０４の中倍率光学顕微鏡走査をこの領域に向けるための中倍率ズーム制御信号を発する。走査制御ルーチン１２２は、ＸＹ並進器１０を制御して、チップ１３２を、ズーム制御信号によって特定された領域内の対象１０４の上に位置決めし、次いで、この領域内での低倍率光学顕微鏡測定が先に説明した方法で行われる（ブロック２０２）。これは、近接観察のためにズームインすべきより小さい領域を見いだすために行われる。
【００７２】
この小さな観察領域を突き止めた後に、使用者は制御端末１１６を用いて、この領域内における対象１０４の高倍率走査を指令するための高倍率ズーム制御信号を発生する。そうするに際し、走査制御ルーチン１２２は、走査に際してチップ１３２が対象１０４上の多くの走査点に連続的に位置決めされるように、ＸＹ並進器１１０を制御する。
図９を参照すると、低倍率可視光学顕微鏡走査を用いて観察すべき領域をつきとめたら、使用者は、この領域における対象１０４の中倍率光学顕微鏡走査を指令するために、制御端末を用いて中倍率ズーム制御信号を発する。走者制御ルーチン１２２はＸＹ並進器１１０を制御して、ズーム制御信号によって特定された領域においてチップ１３２を対象１０４の上に位置決めし、次いで先に説明した方法で、中倍率光学顕微鏡測定がこの領域で行われる（ブロック２０２）。これは、近接観察のためにズームインすべきより小さい領域を見いだすために行われる。
【００７３】
この小さな観察領域を突き止めた後、使用者は制御端末１１６を用いて高倍率ズーム制御信号を発生し、この領域内において、先に説明した種々の高倍率走査型プローブ顕微鏡モード（ＡＦＭ、ＳＴＭ、分光測光、近視野光学、硬度試験）を用いた対象１０４の高倍率走査を指令する。そうするに際し、走査制御ルーチン１２２は、走査に際してチップ１３２が対象１０４上の多くの走査点に連続的に位置決めされるように、ＸＹ並進器１１０を制御する。
使用者が、制御端末１１６を用いてＡＦＭモードを主要な高倍率モードとして選択したとき、データベース１９８の中にこれを示すフラッグがセットされる。
このフラッグに応答して、走査制御ルーチン１２２は、先に説明した方法で各走査点でのＡＦＭ測定を行うために、Ｚ並進器１１０に命令してチップ１３２を対象１０４の上に位置決めする。ＡＦＭ分析ルーチン１３７によって処理されたこれらのＡＦＭ測定を表すデータは、次いでデータベース１９８に記録される。
【００７４】
或いは、対象１０４が導電性金属であれば、使用者は、主要な高倍率モードとしてＳＴＭモードを選択することができる。この場合、走査制御ルーチン１２２は、ＳＴＭモードが主要な高倍率モードであることを示すデータベース１９８に保存されたフラッグに応答してＺ並進器１１０に命令を与え、チップ１３２を各走査点で対象１０４の上に位置付け、夫々の走査点でＳＴＭ測定を行う（ブロック２０６）。これらのＳＴＭ測定は先に説明した方法で行われ、それを表す結合データ(combined data)は、ＳＴＭ分析ルーチン１３８によって処理され、データベース１９８に保存される。結合されると、対象１０４の記録されたデータは基本的な高倍率画像データを与える。
【００７５】
走査点での主要な高倍率測定が行われた後に、走査制御ルーチン１２２は、この同じ走査点において二次高倍率ＳＴＭ測定（主要な高倍率モードがＡＦＭモードの場合）または二次ＡＦＭ測定（主要な高倍率モードがＳＴＭの場合）を行うべきか否かを決定する。走査制御ルーチン１２２は、最後の二次ＳＴＭ測定（主要な高倍率モードがＡＦＭモードの場合）または二次ＡＦＭ測定（主要な高倍率モードがＳＴＭの場合）以来、予め定義された走査の数Ｎが生じたか否かを決定することによってこれを達成する（判断ブロック２０８）。この予め定義された数Ｎは、使用者が制御端末１１６を用いて選択する。
【００７６】
走査制御ルーチン１２２が、走査は最後の二次高倍率ＳＴＭまたはＡＦＭ測定からＮ個の走査点だけ増加したことを決定したら、それは先に説明した方法でこのような測定を制御する。この測定を表すデータは、ＳＴＭまたはＡＦＭ分析ルーチン１３７または１３８によって処理され、データベース１９８に保存される。このデータは、現在の走査点における組成および導電性の局所的変化に関して、追加の情報または画像データを与える。
現在の走査点において二次測定が行われた後に、または走査制御ルーチン１２２がこのような測定はこの走査点で行うべきでないことを決定した後に、もし現在の走査点に異常構造が存在することが決定されていなければ、主要な高倍率ＡＦＭまたはＳＴＭ測定に基づいて、チップ１３２の直下に深部表面の特徴が存在するか否かを決定する（判断ブロック２１２）。これは、異常が検出される方法と同様に、カンチレバー偏位測定回路１３５（ＡＦＭモードが主倍率モードのとき）、またはトンネル電流測定回路１５８（ＳＴＭが主倍率モードであるとき）から受け取った信号に含まれるデータを分析し、これをメモリー１２４に保存された深部表面の特徴に対応するデータと比較することによって行われる。
【００７７】
走査制御ルーチン１２２が、受け取ったデータは保存データに匹敵しないことを決定したならば、チップ１３２の直下には構造があり、また深部表面特徴は存在しない旨を決定する。この場合、近視野光学顕微鏡測定は行われない。
しかしながら、受け取ったデータが保存データに匹敵するときは、走査制御ルーチン１２２は、現在の走査点において、深部特徴がチップ１３２の下に存在すると判断する。この場合、走査制御ルーチンは先に説明した方法で、この走査点での近視野光学顕微鏡測定を行う（ブロック２１４）。近視野光学分析ルーチン１５１によって作成されたデータは、深部表面構造を同定する画像データを与え、データベース１９８に保存される。
【００７８】
現在の走査点での近視野光学測定が行われた後に、或いはこのような測定を行わないことが決定されたときは、走査ルーチン１２２は、現在の走査点には表面構造のジャンクションまたは表面構造の局所的な変化が存在すると判断する（判断ブロック２１６）。上記の深部表面特徴の測定と同様に、走査制御ルーチン１２２は、カンチレバー偏位測定回路１３５（ＡＦＭモードが主倍率モードのとき）またはトンネル電流測定回路１５８（ＳＴＭモードが主倍率モードのとき）から受け取る信号に含まれるデータを分析することによってこれを決定し、またメモリー１２４に保存された既知タイプの構造ジャンクションに対応する予め定義されたデータと比較して、チップ１３２の直下に構造ジャンクションが存在するか否かを決定する。
【００７９】
走査制御ルーチン１２２が、チップ１３２の直下に構造のジャンクションまたは構造の変化が存在すると判断したならば、先に説明した方法により、近視野分光測光測定および／または硬度試験測定の特性を制御する（ブロック２１８）。
分析ルーチン１４３，１４９および１９５によって作成されたデータは、現在の走査点における組成の局所的変化に関する更に多くの情報または画像データを与え、データベース１９８に記録される。
【００８０】
近視野分光測光測定および／または硬度試験測定が行われた後に、或いは走査制御ルーチン１２２が、現在の走査点ではチップ１３２の下に構造ジャンクションまたは構造の局所的変化があると判断したときには、走査制御ルーチン１２２は走査が完結したか否かを判断する。これは、現在の走査点が、制御端末１１６を用いて使用者が全体の走査のために選択した数の走査点Ｍのうちの最後の走査点であるか否かを決定することによって行われる。
【００８１】
ファスナ現在の走査点が第Ｍ番目の走査点でなければ、走査は次の走査点へと増加され、Ｍ番目の走査点に到達するまで上記プロセスが繰り返される。しかし、現在の走査点がＭ番目の走査点であるときは、表示ルーチン１３６は、ルーチン１３７，１３８，１５１，１４３，１４９および１９５によって処理されたデータを、後述の方法で、対象の一つの高倍率画像に組み合わせる（ブロック２２０）。
【００８２】
当業者が理解するように、使用者は、走査に際して上記の測定の何れを行うべきかを示すフラッグをデータベース１９８に選択的に設定することにより、全体の操作時間を増加させることができる。これに応答して、走査制御ルーチン１２２はこれらタイプの測定の実行を制御する。
更に、当業者は、異なる条件および観察材料について異なったタイプの測定を行うために、走査制御ルーチン１２２を変更できることを理解するであろう。
例えば、近視野光学モード、近視野分光測光モードまたは硬度試験モードを主倍率モードとしてもよい。
【００８３】
或いは、もし走査制御ルーチン１２２が、主高倍率ＡＦＭもしくはＳＴＭ測定に基づいて、現在の走査点に異常が存在することを決定したならば、走査制御ルーチン１２２はまた、二次的なＳＴＭまたはＡＦＭ測定、近視野光学測定または硬度試験測定が行われるべきことを決定してもよい。これは、深部表面の特徴を判断するのと同様にして行われる。即ち、走査制御ルーチン１２２は、カンチレバー偏位測定回路１３５（ＡＦＭモードが主倍率モードのとき）またはトンネル電流測定回路１５８（ＳＴＭモードが主倍率モードのとき）から受け取る信号に含まれるデータを分析することによってこれを決定し、またメモリー１２４に保存された既知タイプの構造および表面特徴に対応する予め定義されたデータと比較して、チップ１３２の直下に異常が存在するか否かを決定する。
【００８４】
更に、上記の種々のタイプの測定を行うための基準は、検体の平坦性に基づくものであってもよい。こうして、走査制御ルーチン１２２は、チップ１３２下の領域に適切な倍率および測定モードでの測定の実行を制御するであろう。例えば、走査制御ルーチン１２２は、迅速に変化するトポグラフィー（例えば２〜３ミクロン）のための低倍率光学モードの測定から、局部的に平坦な、原子的および／または導電性であると思われる領域（例えばａサイドでのｎ）のための高倍率ＡＦＭおよび／またはＳＴＭモードの測定への移行を制御する。
【００８５】
表示制御
図１０ａは、中倍率光学顕微鏡モードが先に説明した赤外光測定に基づく場合における、中倍率光学顕微鏡モードの表示ルーチン１３６によって制御される表示制御シーケンスを示している。
表示ルーチン１３８は先ず、使用者によって望ましいズーム（即ち倍率）レベルを得る（ブロック２３０）。使用者は、望ましいズームレベルを表すデータを含んだズームレベルコマンド信号を発する制御端末１１６を用いて、ズームレベルを要求する。この信号はＣＰＵ１２０に受け取られ、これに応答して表示ルーチン１３６が望ましいズームレベルを取得する。
表示ルーチン１３８は、次いで、受け取ったズームレベルコマンド信号に含まれるデータから、望ましいズームレベルを決定する（ブロック２３２）。
【００８６】
望ましいズームレベルが低倍率ズームレベルであれば、表示ルーチン１３６は、可視光顕微鏡分析ルーチン１３９によって与えられる可視光画像データをフォーマットする（ブロック２３４）。次いで、このフォーマットされたデータは、表された画像を表示するために表示モニターに与えられる（ブロック２３６）。
【００８７】
望ましいズームレベルが中倍率または高倍率のズームレベルであれば、表示ルーチン１３６は先ず、可視光顕微鏡分析ルーチン１３９によって与えられる低倍率可視光画像データの色相(hues)を得る（ブロック２３８および２４０）。
中倍率ズームレベルの場合には、表示ルーチン１３６は可視光画像の色相を用いて、可視光画像に一致した色を有するように、光学顕微鏡分析ルーチン１４１により与えられる赤外光画像データをフォーマットする（ブロック２４２）。次いで、このフォーマットされたデータは、表された画像を表示するために表示モニター１１８に与えられる（ブロック２４２）。
【００８８】
高倍率ズームレベルの場合は、先に示唆したように、表示ルーチン１３６は従来のデータ処理技術を用い、高倍率走査の際に行われた種々の測定を表す記録されたデータを重ね合わせて組み合わせ、対象１０４の単一の高倍率画像にする（ブロック２４６）。この方法において、ＡＦＭまたはＳＴＭ分析ルーチン１３７または１３８によって作成された主要な高倍率測定を表すデータが、基本的な画像データを与える。この基本的な画像データに対して、近視野光学分析ルーチン１５１によって作成された深部表面の特徴に関する画像データが付加される。また、ＳＴＭまたはＡＦＭ分析ルーチン１３８または１３７によって作成された、二次高倍率測定を表し且つ対象１０４の組成または導電性の局部的変化に関する画像データが追加される。更に、この基本的な画像データには、分光測光および硬度試験分析ルーチン１４３、１４９および１９５によって作成された、対象１０４の組成の局部的変化に関する更なる画像データが追加される。
【００８９】
単一の高倍率画像が表示ルーチン１３６によって作成された後に、可視光画像に一致した色彩パターンを有するように、可視光画像の色相を用いてこの単一の画像をフォーマットする。可視光画像色彩の相違が赤外光画像の灰色スケールの相違よりも小さいところでは、可視光画像の色彩を変化の中心として用いることにより、表示ルーチン１３６によって可視光画像の回りに中間の色彩が作成される。このフォーマットされたデータは、次いで、表された画像を表示するために、表示モニター１１８に与えられる（ブロック２５０）。
図１０ｂは、先に述べたように中倍率光学顕微鏡モードが可視光測定に基づいている場合の、表示ルーチン１３８によって制御される表示制御シーケンスを示している。ここでは、この画像は必然的に同じ色相を有することになるから、中倍率可視光画像をフォーマットするために低倍率可視光画像の色相を得る必要はない（ブロック２４３）。更に、この色彩の相違はより顕著であり、これによってより多くの色相情報が与えられるから、高倍率画像をフォーマットするための色相は中倍率可視光画像から得られるであろう（ブロック２４１）。
【００９０】
走査型プローブ顕微鏡装置１００は、一致した色彩パターンをもった高倍率、中倍率および低倍率の画像を生成するように構成されるから、使用者には連続的な単一の画像ズームが与えられる。
図２２に示すように、表示ルーチン１３６には表示フォーマット器５２０が含まれている。表示ルーチン１３６は、使用者が所望するズーム（即ち倍率）レベルおよび画像のタイプを得る。使用者は、望ましいズームレベルおよび画像タイプを指示するコマンド信号を発生させる制御端末１１６を用いて、ズームレベルおよび画像タイプをリクエストする。この信号はＣＰＵ１２０に受け取られて、表示フォーマット器５２０に与えられる。
【００９１】
ズームレベルが低倍率共焦点顕微鏡モードまたは中倍率光学顕微鏡モードを特定するとき、データフォーマット器５２０は、低倍率分析ルーチンまたは中倍率分析ルーチン１４１が与えるデータをフォーマットする。使用者が制御端末１１６を用いてリクエストしたズームレベルおよび画像タイプに応じて、データフォーマット器５２０は、少なくとも対象１０４の一部の３Ｄまたは２Ｄ画像として表示するためにデータをフォーマットする。
同様に、ズームレベルが高倍率顕微鏡モードを指定するとき、データフォーマット器２５０は、高倍率走査の際に行われた種々の測定を表す記録された画像データを一つに重ね合わせて、使用者がリクエストした所望の画像タイプに応じ、対象１０４の少なくとも一部の高倍率３Ｄ画像または２Ｄ画像にする。これは、先に示唆したように、従来のデータ処理技術を用いて行われる。この方法においては、ＡＦＭまたはＳＴＭ分析ルーチン１３７、１３８によって処理された主要な高倍率測定を表すデータが、基本的な画像データを与える。この基本的な画像データに対して、近視野光学分析ルーチン１５１によって作成された深部表面の特徴に関する画像データが付加される。また、ＳＴＭまたはＡＦＭ分析ルーチン１３８または１３７によって作成された、二次高倍率測定を表し且つ対象１０４の組成または導電性の局部的変化に関する画像データが追加される。更に、この基本的な画像データには、分光測光および硬度試験分析ルーチン１４３および１９５によって作成された、対象１０４の組成の局部的変化に関する更なる画像データが追加される。
【００９２】
次いで、表示モニター１１８はＣＰＵ１２からフォーマットされた画像データを受け取り、これに応答してフォーマットされた画像データを表示する。
再び図２２を参照すると、表示ルーチン１３８には色彩マッピング（または色彩付与）ツール５２１が含まれている。この色彩マッピングツール５２１を実行するために用いるプログラムは、付表Ａに掲載されている。使用者は、端末１１６を用いて適切なコマンドを発することにより、色彩マッピングツール５２１を選択し、動作させる。色彩マッピングツール５２１は、使用者が特定範囲のデータ要素を特定の色彩範囲にマップできるように、使用者が端末１１６を用いて発したコマンドに応答する。
即ち、図２３ａに示すように、使用者が色彩マッピングツール５２１を選択したとき、表示モニター１１８によって現在表示されている対象１０４の画像５２２ａの色彩マップが発生する。図２３ａに示されている画像５２２ａは２Ｄ画像であるが、当業者は、表示モニターによって表示される対象１０４の画像が３Ｄ画像でもあり得ることを理解するであろう。色彩マップ５２３ａを表すデータは、データフォーマット器５２０によって表示のためにフォーマットされ、ＣＰＵ１２０から表示モニター１１８に与えられて、該モニターは色彩マップ５２３ａを表示する。画像５２２ａおよび色彩マップ５２３ａは、端末１１６を用いた使用者の指令によって、それらが同時かつ一緒に、または別々に表示されるようにウインドウ式で表示されてもよい。
【００９３】
この発生された色彩マップ５２３ａには、画像５２２の画像データの棒グラフ５２４ａが含まれている。棒グラフ５２４ａは、ｚ方向の高さ（即ちｚ値）によって、画像データの全てのトポグラフィーデータ点を区分する。棒グラフ５２４ａの垂直軸は、最大および最小値５２５ａによって拘束された線形範囲内のｚ値である。
この色彩マップ５２３はまた、色彩の範囲を同定する垂直の色彩ストリップ（またはバーもしくはパレット）５２６ａを含んでいる。色彩マップ５２３ａは最初は（デフォルト状態で）、棒グラフ５２４ａの中の夫々のｚ値を、色彩ストリップ５２６ａにおける所定の色範囲に亘って対応する色彩ストリップ５２６ａの中にマップする。色彩ツール５２１はデータフォーマット器５２０に対して色彩アサインメントを提供し、該フォーマット器は画像５２２ａの表示のための画像データをフォーマットする。
【００９４】
図１に示すように、端末１１６にはマウス、ジョイスティック、トラックボールまたは他の多軸装置のようなポインティング装置１１７が含まれている。色彩マップ５２３ａには、ｚ値範囲同定カーソル５２７ａおよび色彩範囲同定カーソル５２８ａが含まれている。色彩マッピングツール５２１は、使用者がポインティング装置１１７を用いてカーソル５２６ａおよび５２７ａを操作することにより、色彩ストリップ５２６ａの特定の範囲の色にマップすべき、棒グラフ５２４ａの中の特定のｚ値範囲を同定できるように、ポインティング装置１１７を用いて発せられたコマンドに応答する。使用者がポインティング装置１１７を用いて色彩マップ５２３ａの再マップボタン５２７ａを選択すると、棒グラフ５２４ａは棒グラフ５２４ａ新しい色彩アサインメントに更新される。また、色彩ツール５２１は、画像データをフォーマットするためのデータフォーマット器５２０に新しい色彩アサインメントを与えて、新しい色彩アサインメントで画像３００ａを更新する。このように、使用者は色彩マッピングツール５２１を用いることにより、大きな範囲または小さい範囲の色彩をｚ値の範囲に対して線形にマップして、ｚ方向の変化を視覚的に増幅または縮小することができる。
【００９５】
従来の２４ビット表示は１６００万色を表示できるけれども、図２３ａの色彩ストリップ５２６ａは、これらの色彩の特定の範囲しか含んでいない可能性がある。従って、図２３ｂに示すように、１８００万色の全体のセットから色彩範囲を選択できるように、色彩マッピングツール５２１は、１６００万色の全てを同定する基本色彩ストリップ５３０を有する色彩マップ５２３ｂを含んでいてもよい。加えて、色彩マップ５２３ｂには、色彩ストリップ５２６ａと同様の拡大色彩ストリップ５２６Ｂが含まれている。次いで、使用者は、ポインティング装置１１７を用いて基本色彩範囲同定カーソルを操作することにより、拡大色彩ストリップ５２６Ｂにより拡大された基本色彩ストリップ５３０の中の色彩範囲を選択して、選択された範囲の種々の色彩を示すことができる。次に、使用者はカーソル５２７ｂおよび５２８ｂを用いて、先に説明した同じ方法で、拡大された色彩の特定の範囲を特定の範囲のｚ値に対してマップする。
【００９６】
更に、基本色彩ストリップ５３０は、個々の夫々の色が、明るいバージョンの色彩の下に暗いバージョンの色彩がくるように、色彩ストリップ５３０の中で連続的に層配列すべく構成されている。これによって、画像５２２ｂが対象１０４の表面のトポグラフ画像を形成する暗色および明色の一連のバーで構成されるように、夫々が対応したｚ値を有する色彩バーが形成される。夫々の色彩バーは、それに対応する線形に増加した特定のｚ値を有しているから、画像５２２ｂのｚ方向の変化の正確な尺度になる。
【００９７】
或いは、図２３ｃに示すように、色彩ストリップ５２６ｃは、大きな範囲の明色の間に同じ小領域の暗色が存在するように構成されてもよい。明色の範囲はｚ方向で同じ長さであり、画像５２２ｃが小さい範囲の暗色によって分離された大きな範囲の明色で構成される。暗色の範囲は大きな範囲の明色を等間隔で分離しているから、これは対象１０４のトポグラフィー画像を与え、また画像５２２ｃのｚ方向の変化の正確な尺度を与える。
【００９８】
再び図２２に戻ると、表示ルーチン１３６はまた、対象１０４の３Ｄ表面画像がディスプレー１１８によって表示されるときに使用することができる、３Ｄ表面測定ツール５３２を含んでいる。このような３Ｄ表面画像５３３は図２４に示されており、使用者が高倍率顕微鏡モード（即ち、ＡＦＭ測定、ＳＴＭ測定、近視野光学測定および硬度試験測定）を選択したときに生じる。使用者は、端末１１６を用いて適切なコマンドを発することにより、３Ｄ測定ツール５３２を選択し、操作することができる。従って、この３Ｄ測定ツール５３２は、画像５３３の表面関連測定を行うために、使用者が端末１１６を用いて発したコマンドに応答する。
【００９９】
即ち、図２４に示すように、使用者が３Ｄ表面測定ツール５３２を選択すると、画像５３３の上に突出した長方形によって形成される切断面（またはルーラ）５３４を生じる。画像５３３は内部の画像化データ点を含んでいないから、切断面５３４は、３Ｄ表面画像５３３が画像５３３の見えていない部分を含む切断面と交差する部分を描いた単一の線５３６を含んでいる。切断面５３４を表すデータは、データフォーマット器５２０によってフォーマットされてＣＰＵ１２０からディスプレー１１８に与えられ、該ディスプレーは、画像５３３の上に突出するようにこの切断面を表示する。
【０１００】
３Ｄ表面測定ツール５３２はポインティング装置１１７を用いて発せられたコマンドに応答する結果、使用者は、切断面５３４の終端点５３６を選択および操作して、画像５３３に対して切断面を位置決めすることができる。選択されたときの切断面の終端点５３６は、切断面５３４の端部５３６を正確に位置決めするための、十字線を備えた円形の拡大カーソル（図２７に示したのと同様）である。カーソルの拡大は、使用者が端末１１６を用いることによって選択される。従って、３Ｄ表面測定ツール５３２は、３Ｄ表面画像５３３をリアルタイムでスライスして描写するから、使用者に対して、対象１０４の何れかの表面特徴をプロービングするための非常に迅速な方法を与える。
【０１０１】
使用者がポインティング装置１１７を用いて切断面６３４を位置決めした後、３Ｄ表面測定ツール５３２は、切断面６３４と画像５３３との交差線に沿った画像５３３の断面に対応した断面データを生じさせる。図２５を参照すると、断面データ５３７は、データフォーマット器５２０によって表示のためにフォーマットされ、ＣＰＵ１２０によってディスプレー１１８に送られて表示される。３Ｄ表面画像５３３および断面データ５３７は、これらが端末１１６を用いた使用者のコマンドで同時にかつ一緒に、または別々に表示され得るように、ウインドウ形式で表示されるようにしてもよい。
【０１０２】
断面データ５３７には、切断面５３４と画像５３３との交差線に沿った２Ｄ断面画像５３８が含まれる。断面データ５３７には、切断面５３４の終端点５３６における表面高さの差５３９、ｘｙ面における切断面５３４の絶対長さ５４０、および画像５３８の終端点における断面画像５３８の表面点間に延出する線のｘ，ｙ，ｚ座標で表した長さ５４１が含まれている。
更に、断面データ５３７には、表面点の交差または内部点の分離および角度の絶対的および相対的測定を行うカーソル５４２および５４３が含まれている。３Ｄ表面測定ツール５３３は、使用者がカーソル５４２を操作して、ｚ値の差、ｘｙ面における分離、および画像５３８の表面点間の角度の絶対的および相対的測定を行うことができるように、ポインティング装置１１７を用いて発せられたコマンドに応答する。
【０１０３】
３Ｄ表面測定ツール５３２は、カーソル５４２を用いて行われた測定を表す断面カーソルデータ５４３を発生する。断面カーソルデータ５４３は、データフォーマット器５２０によって表示のためにフォーマットされ、カーソル５４２を用いて行われた測定５４８を表示するために、ＣＰＵ１２０によってディスプレー１１８に送られる。断面カーソルデータ５４３はまた、３Ｄ表面画像５３３および断面データ５３７と共にウインドウ形式で表示されてもよい。
【０１０４】
再び図２２に戻ると、表示ルーチン１３６にはまた、対象１０４の３Ｄ体積画像５４５がディスプレー１１８によって表示されるときに使用できる、３Ｄ体積測定ツール５４４が含まれている。このような３Ｄ体積画像５４５は図２６に示されており、使用者が低倍率または中倍率の顕微鏡モード（即ち、共焦点測定または赤外光測定）を選択したときに生じる。３Ｄ体積測定ツール５４４は３Ｄ表面測定ツールに類似しており、これと同様に、使用者は端末１１６を用いて画像５４５の３Ｄ体積関連測定を行うために、適切なコマンドを発することによって３Ｄ体積測定ツール５４４を選択および操作する。
【０１０５】
３Ｄ体積測定ツール５４４の切断面５４６は、３Ｄ表面測定ツール５３２のときと同じ方法で、使用者がポインティング装置１１７を用いることによって位置決めされる。切断面５４６が位置決めされた後に、使用者の視点と切断面５４６との間の画像５４５の点は、その表面のシルエットのみが使用者に見えるように透明にされる。更に、切断面５４６が位置決めされた後に、３Ｄ体積測定ツール５４５はまた、切断面５４６と画像５４５との交線での画像５４５の断面に対応した断面データを発生する。しかしながら、この場合には、断面データは断面の内部データ点に関する情報を含んでいる。図２７を参照すると、断面データはデータフォーマット器５２０によって表示のためにフォーマットされ、２Ｄ断面画像５４７として表示するために、ＣＰＵ１２０によってディスプレー１１８に与えられる。３Ｄ体積画像５４５および２Ｄ断面画像５４７は、端末１１８を用いた使用者のコマンドにより、それらが同時にかつ一緒に、または別々に表示されるようにウインドウ形式で表示されてもよい。
【０１０６】
図２２に示すように、表示ルーチン１３６には、２Ｄ断面画像５４７並びにディスプレー１１８によって表示される対象１０４の何れかの、他の２Ｄ画像について使用できる２Ｄ測定ツールが含まれている。使用者は、端末１１６を用いて画像５４７の２Ｄ関連測定を行うための適切なコマンドを発生することによって、２Ｄ体積測定ツール５４８を選択および操作する。ルーラ５４９を表すデータは、データフォーマット器５２０によってフォーマットされ、ＣＰＵ１２０によりディスプレー１１８に与えられ、次いで、該ディスプレーはルーラ５４９を画像５４７の上に突出するように表示する。
【０１０７】
３Ｄ測定ツール５３２および５４４の切断面５３４および５４６と同様に、ルーラ５４９の終端点５５０は、使用者がポインティング装置１１７を用いて選択したときに、十字線を備えたカーソルを拡大している。こうして、ルーラーは切断面５３４および５４６について説明したのと同じ方法で位置決めされ得る。ルーラーが位置決めされた後に、２Ｄ測定ツール５４８は、ルーラー５４９の内部領域５５１に沿った画像５４７の断面に対応する断面データを発生する。この断面データは、図２５に示した断面データ５３７について先に説明したのと同じ方法で発生され、表示され、測定される。
【０１０８】
また、表示ルーチン１３６には、２Ｄ画像における点間の角度を測定するための、２Ｄ角度測定ツール５５２が含まれている。図２８に示すように、使用者が２Ｄ角度ツール５５２を選択したときに、終端点５５４の一方で結合されて画像５４７の上に突出した、二つの平坦なルーラ（先に説明したルーラ５４９に類似）により形成された角度測定器５５３が発生する。角度測定器を表すデータはデータフォーマット器５２０によってフォーマットされ、ＣＰＵ１２０からディスプレー１１８に与えられ、次いで該ディスプレー１１８は画像５４７の上に突出するように角度測定器５５３を表示する。
【０１０９】
ルーラ５４９については、使用者がポインティング装置１１７を用いて選択したときに、ルーラ５４９の終端点５５４は十字線を備えたカーソルを拡大している。従って、終端点５５４は、ルーラー５４９の終端点５５０について説明したのと同じ方法で位置決めすることができる。終端点５５４が位置決めされた後、２Ｄ感度ツール５５３は、角度測定器５５３の二つのルーラーの内側領域の間に形成された角度を表す角度データを発生する。この角度データは、図２５のカーソルデータ５４３と同様に発生され、表示される。当業者は、角度測定器の一方のルーラーを２Ｄ測定ツール５４８のルーラー５４９として使用できることが分かるであろう。３Ｄ表面測定ツール５３２、３Ｄ体積測定ツール５４４、２Ｄ測定ツール５４８、および２Ｄ角度ツール５５２を実行するために使用されるプログラムは、付表Ｂに掲載されている。
【０１１０】
表示ルーチン１３６は更に、図２４または１６に示した画像５３３または５４５のような３Ｄ画像をフィルターするための、迅速フーリエ変換（ＦＦＴ）ツール５６０を含んでいる。ＦＦＴツール５６０を実行するために用いるプログラムは、付表Ｃに掲載してある。使用者は、端末１１６を用いて適切なコマンドを発することによって、ＦＦＴツール５６０を選択および操作する。
図２９を参照すると、使用者がＦＦＴツール５６０を選択したときに、該ツールはディスプレー１１８によって現在表示されている３Ｄ画像５６１の２Ｄ・ＦＦＴ、および２Ｄ・ＦＦＴの３Ｄ突起を発生する。２Ｄ・ＦＦＴおよび３Ｄ突起を表すデータはデータフォーマット器５２０によってフォーマットされて、ＣＰＵ１２０からディスプレー１１８に与えられる。該ディスプレーは、図３０に示すＦＦＴ画像５６２として２Ｄ・ＦＦＴを表示し、また図３１に示す３Ｄ・ＦＦＴ画像５６３として３Ｄ突起(3D projection)を表示する。表示されたＦＦＴ画像５６２および５６３は、３Ｄ画像５６１の構造要素の空間的周波数(spacial frequency)のマッピングを与える。３Ｄ画像５６１、２Ｄ・ＦＦＴ画像５６２および３Ｄ・ＦＦＴ突起画像５６３は、端末１１６を用いたコマンドでそれらが同時かつ一緒に、または別々に表示されるように、ウインドウ形式で表示されてもよい。
３Ｄ・ＦＦＴ画像５６３において、２Ｄ・ＦＦＴの夫々のＦＦＴノードは、その高さ（ｚ方向の）がその大きさ（または強度）に直接関連するピークである。
【０１１１】
次いで、３Ｄ画像５８３は、先に説明した色彩マッピングツール５２１を用いて彩色される。この方法において、床の上の方は元の空間ドメイン画像５６１の主ピーク（ＦＦＴノード）であるような床を樹立するように、低倍率は大きい倍率よりも暗く着色される。次いで、ＦＦＴツール５６０は、この床の上の夫々の明色ピークの個別的な逆変換を行う。これらは全て、図３３び３Ｄ画像５８７を形成する床より下の全ての暗色領域の、単一の逆変換と一緒に線形的に総合される。
【０１１２】
ＦＦＴツール５６０は、コントロールパネルを表すデータを発生する。このデータはデータフォーマット器によってフォーマットされ、図３２に示すように、コントロールパネル５６４はディスプレー１１８によって表示される。次に、使用者はポインティング装置１１７を使用して、３Ｄ・ＦＦＴ画像５６３の特定のピークを選択し、次いで制御バー５６５を操作して、選択されたピークおよび制御バー５６６の大きさを増大または減少させて、選択されたピークの相を変化させる。これによって、使用者は得られた画像５６７の変化を見ながら、オンスクリーン制御を用いて、夫々のピークの大きさおよび位相を変えることが可能になる。適切な性能のコンピュータプラットホームでは、非常に複雑な画像でも、この手段を用いることによって、リアルタイムで（使用者が制御を操作できるように迅速に変化させて）試験することができる。
【０１１３】
加えて、ポインティング装置１１７を用いて、使用者は、領域内の空間的周波数の構造を使用者がフィルタリングおよび増幅のために選択できるように、特定の空間周波数をカバーする２Ｄ・ＦＦＴ画像５８２の領域（またはマスク）を選択または作成することができる。この２Ｄ・ＦＦＴツールは領域を表すデータを発生し、またデータフォーマット器５２０は、領域５６５がディスプレー１１８によって２Ｄ・ＦＦＴ画像５６２の上に突出するように、当該データをフォーマットする。使用者は、次いでポインティング装置１１７を用いてコントロールパネル５８４の制御バー５６５を操作し、作成された領域内の空間要素および制御バー５６５をの大きさを増大または減少させて、作成された領域内の空間要素の位相を変化させる。こうして、使用者は何れかの形状または数の領域を２Ｄ・ＦＦＴに作成することができ、その中では大きさおよび位相を連続的に変化させることができる。加えて、２Ｄ・ＦＦＴは、特定の周波数の構造を選択して他の全てを無視または排除できるように、２Ｄ・ＦＦＴの次に表示される夫々の空間周波数に換算することができる。
【０１１４】
更に、作成された領域は、他の画像（ここでは新しい画像の空間的特徴に一致するように、自動的にそれ自身の大きさを決定する）と共に再使用するために、使用者がデータベース１９８に保存し、置換できる別のＦＦＴマスクを形成する。
即ち、マスクを形成する領域は、それらが形成される特定の空間周波数情報、および適用される画像の範囲に従った尺度を有している。従って、もし一つの領域が１０単位の画像上の２単位の区画に広がっていれば、それは１００単位の画像については線形のスケールダウンになり、５単位の画像については線形のスケールアップになるであろう。従って、これらの領域は、ＦＦＴの鏡面対称に直接関連した半径方向の鏡面対称性を有している。
図３４は、特定のＦＦＴ画像を作成するために用いられた一連のマスクおよび画像７０４ａ〜７１２ａを示している。夫々のマスクは、得られた画像の次に配置されている。画像７０４ａは関連のＦＦＴ７０５ａのマスキングを有していない。加えて、インバース７１０ａ（マスクは７１１ａ）は、得られた総画像７１２ａが青色のマスク７１１ａに関連した空間成分を示すように、再着色される。
【０１１５】
図３５は、別々の色７１４ａ〜７１７ａの描画ツールで描かれる領域を用いることにより、２Ｄ・ＦＦＴディスプレー上に多領域マスクを作成する別の方法を示している。ここでも、夫々の領域は選択することができ、またコントロール７０３ａは全インバース画像をユーザーリアルタイムで変化させるために用いられる。
【０１１６】
スケーリング表示画像(Scaling Display Image)
再び図１を参照すると、対象１０４の構造の縁部での可視光の回折は、表示ルーチン１３６により低倍率光学顕微鏡モードで作成され、表示モニター１１８により表示されたた対象１０４の画像によって不正確に表されたこれら縁部を生じるであろう。しかし、これらの縁部は、表示ルーチン１３６による高倍率の走査型プローブ顕微鏡モードで作成される対象１０４の画像において正確に表される。これは、走査型顕微鏡（特にＡＦＭおよび／またはＳＴＭ）での走査に際して行われる測定は、対象１０４の縁部を正確に解像し、または同定するからである。従って、対象１０４の光学画像の特定の部分は、走査型プローブ画像の特定の部分を用いることによってスケーリングすることができる。
【０１１７】
即ち、これを行うために、走査制御ルーチン１２２は、対象１０４の一以上（即ち、１〜Ｎ）の断面走査に沿った走査型プローブ顕微鏡測定を行う。夫々の断面走査は、種々の走査点において、異なったタイプの走査型プローブ顕微鏡測定の組み合わせを用いて先に説明した方法で行うことができ、或いはこれら走査型プローブ顕微鏡測定の他の組み合わせ、またはＡＦＭもしくはＳＴＭ測定のみを用いて行うことができる。実際、ＡＦＭ測定は、対象１０４の縁部を正確に解像する上で特に適している。
【０１１８】
走査型プローブ測定から、適切な一つの走査型プローブ顕微鏡分析ルーチン１３７，１３８，１４３および１５１はデータを発生し、該データは表示フォーマット器５２０によってフォーマットされて、走査型プローブ顕微鏡測定によってカバーされる対象の部分の走査プローブ画像データが作成される。この走査画像データから、表示フォーマット器５２０は、対象１０４の選択された構造について、走査型プローブ顕微鏡測定によって正確に解像される構造の特徴的なパラメータ（印(indicia)またはディメンジョン）を計算する。例えば、中心断面走査に沿った構造の縁部から縁部までの幅または長さ、並びに全ての断面走査に亘る縁部から縁部までの平均の幅または長さおよび標準偏差を計算することができるであろう。同様に、中心断面走査に沿った構造の頂部から底部までの高さ、並びに全ての断面走査に亘る平均高さおよび標準偏差を計算することができるであろう。
【０１１９】
同時に、走査制御ルーチン１２２は、対象１０４の全体の低倍率光学顕微鏡モード走査の実行を制御する。分析ルーチン１３９は、光学顕微鏡測定からデータを発生し、これは表示フォーマット器５２０によって光学画像データにフォーマットされる。次いで、表示フォーマット器５２０はこの走査の際に行われた測定を用いることにより、走査型プローブ顕微鏡測定を用いて計算されたのと同じ構造について、同じパラメータを計算する。次に、データフォーマット器５２０は、計算されたパラメータの二つのセットを比較して、スケーリング（即ち、較正、訂正または調節）のためのスケール（較正、訂正、または調節）因子、これら構造の光学画像を計算する。
【０１２０】
一つのアプローチにおいて、スケール因子は対象１０４の数の大きい構造について計算される。次に、データフォーマット器が対応して、訂正された因子に基づいて、夫々の構造の光学画像データをスケールする。
或いは、一定の領域における対象１０４の最も高い構造のみについてスケール因子が計算されるように、予め定義された最小高さを設定することができるであろう。次いで、データフォーマット器５２０は、複数の断面走査に亘る走査型プローブ顕微鏡測定を用いて、これらの構造を含み且つ同じ全体の概略表面粗さを有する領域の境界を同定することができるであろう。表面粗さは表面の反射率の尺度である（即ち、両者は相関する）から、計算されたスケール因子を使用して、夫々の領域（スケール因子が計算された領域内の対応する構造を含む）についての光学画像データを対応してスケールすることができる。
【０１２１】
勿論、これら二つのアプローチの何れかを、これぞれの領域について選択された所定の最小高さが異なるように、対象１０４について局部的に用いることができる。更に、これらのアプローチは、一方のアプローチが幾つかの領域について用いられ、他方のアプローチが他の領域について用いられるように組み合わせて、局所的に使用することができる。
走査型プローブ顕微鏡を光学顕微鏡と共に使用することは、対象の走査を行うために必要な全体の時間を実質的に減少させるように用いることができる。即ち、対象全体の共焦点光学顕微鏡走査には約１／３０〜１／６０秒を要するが、対象全体の典型的なＡＦＭまたはＳＴＭ走査には約１〜２分を要する。従って、上記のような方法で、共焦点光学測定で得られた対象の全体画像を正確にスケールするために、ＡＦＭおよび／またはＳＴＭ測定で得られた対象の選択された部分の走査プローブ画像を用いることによって、対象を走査して対象の正確な画像を得るために必要な全体の走査時間を顕著に減少させることができる。
【０１２２】
更に、先に示したように、ＡＦＭおよびＳＴＭのみだと、当該領域の正確な観察を得るためにプローブチップ１３２の先端が充分に対象に近づくことを妨げるような構造の壁を、高精度の解像度で定義することができない。その結果、ＡＦＭおよび／またはＳＴＭ測定のみを用いるときは、対象１０４の走査型プローブ画像では対象１０４の壁の角度は正確に表されない可能性がある。しかし、走査に際して光学顕微鏡を用いて行われた測定によって、対象１０４の壁は正確に解像または同定されるので、当該壁の角度は対象１０４の光学画像に正確に表される。従って、対象１０４の走査型プローブ画像の特定の部分は、光学画像の特定の部分を用いることによってスケールすることができる。
【０１２３】
詳細に言えば、光学画像データの中の壁の角度は、壁の角度がテーパしたチップ１３２の予め定められた角度に近いかまたはこれを越えるときは何時でも、走査プローブ画像における壁の角度を置き換えるために直接用いればよい。このような事態は、例えば、孔の底部がチップ１３２の直径に近い直径を有するとき、または構造（即ち、壁）の高さの変化がチップ１３２の予め定められた角度に近いかまたはこれを越える角度を定義するときに起きる。これによって、ＡＦＭおよび／またはＳＴＭが用いられるときに、走査端プローブ顕微鏡におけるチップ角度／壁角度の相互作用を充分に排除することができる。
【０１２４】
走査において、データフォーマット器５２０は、テーパしたチップ１３２の角度に近いか又はこれを越える角度を定義するのに充分に迅速に高さが変化する構造について、光学画像データから壁の角度を計算する。これらの構造について計算された角度は、次いで、走査プローブ画像データ対応の角度をスケールまたは訂正するために用いられる。
更に、走査プローブ画像データの構造の高さで表した解像度は、非常に正確である。しかし、ヒステリシスによるＺ圧電式並進器１１２でのドリフト、実際には円弧であるチップ１３２の運動、温度、および湿度に起因して、これら高さの精度はそれほど正確ではない。
【０１２５】
こうして、先に説明したマッハツェンダー(Mach Zender)装置を用いたＺ方向高さの光学的干渉測定は、同じ表面領域から直接得られた走査型プローブ顕微鏡での高さをスケールする参照として用いることができる。即ち、データフォーマット器５２０は、これらの領域に亘る走査型プローブ顕微鏡走査の際に、走査制御ルーチン１２２によって決定された高さを受け取り、二つの領域の間の平均高さを計算する。次いで、データフォーマット器５２０は、この平均高さを、走査型プローブ画像データを用いてこれら同じ領域の間で計算した平均高さと比較して、スケール因子を計算する。次に、走査プローブ画像データの全構造の高さをスケールするために、このスケール因子が全ての走査プローブ画像データに対して適用される。
【０１２６】
ＡＦＭおよび／またはＳＴＭ走査のための安全な高さの確定
加えて、対象１０４の問題の領域または全体の光学画像は、安全な測定非実行高さ(safe non-measurement making height)、または走査形プローブ顕微鏡の走査に際して実際には対象１０４の測定が行われないときにチップが対象１０４と機械的干渉なしに移動し得る高さの、既知の高さマップを作成するために用いることができる。即ち、走査制御ルーチン１２２は、光学顕微鏡モードの際に発生した光学画像データを受け取って、高さマップを構築する。次いで、走査型プローブ顕微鏡の走査に際して測定を行わないときのチップ１３２の位置を、対象１０４の表面に対してこれと干渉することなく、常に合理的にできるだけ近接するように制御する。チップ１３２を測定非実行高さで動作させることによって、チップ１３２を安全な高さから、走査型プローブ顕微鏡モードの際にチップ１３２を用いて実際に測定を行うための測定実行高さまで下げることができる。こうして、通常は表面に近接するようにチップを下げるための実質的な時間を含んだ何れかの操作の合計時間を、実質的に減少させることができる。
【０１２７】
閉鎖フィードバック走査
図３６に示すように、走査型プローブ顕微鏡装置１００は、チップ１３２の位置を測定するためにマッハ-ツェーンダー干渉計を含み得る。この構成において、レーザを含み得るレファレンス光源４０５〜４０７は、異なった可視波長または赤外波長（即ち異なった色）で動作し、チップ１２３において夫々Ｘ，ＹおよびＺ方向に光を放つ。光ファイバー製の光ガイド４０２〜４０４は、それぞれ光源４０５〜４０７からの光の一部を取り出す。光源４０５〜４０７がチップ１３２を照らした光は、先に述べた方法でチップ１３２によって捕捉または収集され、レンズ１７４によって光学顕微鏡１６０に与えられる。鏡１６６は光を二つのの検出器４０１へと向ける。
【０１２８】
検出器４０１は、採集された光を適切なフィルタを用いてレーザの成分色の光ビームに分ける。次いで、分かれた各光ビームを対応する一つの光ガイド４０２〜４０４からの光と組み合わせて、夫々の組み合わされた複合光ビームを独立した光ゲインの光検出器（例えばホトマルチプライヤー）に与える。光検出器のデータ出力は走査制御ルーチン１２２に与えられ、該ルーチンは、光検出器によって与えられるデータで表される複合光ビームの干渉計的特徴（即ち強度）に基づいて、チップ１３２のＸ，ＹおよびＺ方向の位置を計算する。
【０１２９】
或いは、光源４０５〜４０７のうちの一つだけ用いて、光源により与えられる光がＸ，Ｙ及びＺ方向に異なった時間で光りを放出するように、鏡を設置することができる。夫々の時間におけるチップ１３２で捕捉された光は、対応する一つの光ガイド４０２〜４０４によって引き出された光と結合されて、Ｘ，ＹおよびＺ位置の干渉計的測定を与える。
何れかの場合において、走査制御ルーチン１２２は、チップ１３２のサーボ制御された位置決めを与えるように、チップを再位置決めすることができる。
【０１３０】
図１に戻ると、別の実施例において、光学顕微鏡１６０を倒立型生物学的共焦点光学顕微鏡として使用して、対象１０４およびＸ，Ｙ並進器１１０の下に位置させてもよい。次いで、走査制御ルーチン１２２は、先に説明した方法または後述する方法で、チップ１３２からの光の放出を制御し得る。この光は、検出および増幅におけるロックについて先に説明したタイプの、チョッピング周波数で放出されるであろう。対象１０４を支持しているＸ，Ｙ並進器１１０の部分は、光が対象１０４およびＸ，Ｙ並進器１１０の部分を通過して、光学顕微鏡１６０によって検出されるように、透明である。
【０１３１】
次に、カメラ１６２は顕微鏡１６０によって集光された全ての光を、集光された光の画像を表すデータを含んだデータ信号に変換する。この信号に含まれるデータは、走査型制御ルーチン１２２によって分析および処理されて、チップ１３２のＸおよびＹ方向の位置が決定される。チップ１３２の位置はカメラ１６２の特定の画素に対応しているから、チップ１３２によって放出された光は、チョップ周波数と共に画素の中にロックされ、従って走査制御ルーチン１２２によって同定することができる。その結果、走査制御ルーチン１２２は、チップ１３２のＸおよびＹ位置を計算することができ、従って、チップ１３２のＸおよびＹでの位置決めをフィードバックループ形式で制御することができる。更に、当業者が理解するように、これが行われ得るのは、光学顕微鏡１６０が従来のスポット走査型または回転ディスク型の共焦点光学顕微鏡である場合である。
【０１３２】
或いは、チップ１３２は光吸収性（または着色した）チップであってもよく、或いは（ローダミンＳのような周知の色素を用いることにより）特定の波長で蛍光を発するように色素を付与されたものであってもよい。こうして、光学顕微鏡１６０が共焦点顕微鏡である場合、チップは、共焦点顕微鏡１６０によって特定の波長の光がチップ１３２に照射されたときに蛍光を発するようにすることができる。光は、チップによって放出される光に対応した波長を除く全ての光を遮蔽するフィルタと、光を検出する光検出器の使用によって検出される。或いは、共焦点顕微鏡は、チップ１３２によって吸収される特定の波長の光をチップ１３２に照射することができる。この光の吸収は、フィルタおよび光検出器を用いて検出される。従って、何れの場合においても、チップ１３２の位置は、光検出器によって走査制御ルーチン１２２に与えられたデータから計算することができる。
【０１３３】
更に、光学顕微鏡１６０がスポット走査型または回転ディスク型の共焦点顕微鏡であるときは、走査制御ルーチンで制御してチップ１３２に焦点を合わせることにより、チップ１３２のＺ方向の位置を決定するために用いることができる。
【０１３４】
こうして、カメラ１６２から与えられるデータ信号から、走査制御ルーチン１２２はＺ方向でのチップ１３２の位置を計算することができる。従って、この場合、今や走査制御ルーチンは、Ｘ，ＹおよびＺ方向でのチップ１３２の位置決めをフィードバックループ形式で制御することができる。例えば、光学顕微鏡１６０は可視スペクトル下で半導体のマスクまたはウエハーを画像化するために用いれよく、またウエハーまたはマスクの頂部にあるチップ１３２によって放出された赤外光は、ウエハー上のチップ１３２の正確な位置を測定するために用いればよい。
【０１３５】
一致した表面走査(Coincidental Surface Scan)
加えて、光学顕微鏡１６０が倒立した生物学タイプのスポット走査型または回転ディスク型の共焦点光学顕微鏡である場合は、走査型プローブ顕微鏡モードでのチップ１３２で走査された対象１０４の表面と一致した、対象１０４の表面の光学マップを作成することができる。これは、対象１０４の表面のＸ，ＹおよびＺ方向での光学マップが、走査型プローブ顕微鏡走査に際して、先に述べた正確なフィードバックループでの位置決めを用いて分析ルーチン１４１により発生される点を除き、チップ１３２をフィードバックループ形式で位置決めするための上記で述べたのと同様の方法で行われる。これは、チップ１３２の下の焦点の収集が、走査型プローブ顕微鏡走査の際にチップ１３２によってプローブされた表面と一致した、表面の共焦点マップを作るからである。
【０１３６】
次いで、データフォーマット器５２０は、共焦点光学顕微鏡走査の際に得られた光学画像データの表面マップを、上記で述べた一致した共焦点光学表面マップで置き換える。同様にして、上記の一致した共焦点表面から置き換えられた幾つかのＺ点を収集することによって、正確なオフセット表面をプロットしてもよい。就中、このような一致した共焦点表面は、ＡＦＭモードの際にチップ１３２によって生じた表面の変形に関する重要な情報を提供し、ＡＦＭまたは硬度試験モードに際して、チップ１３２を表面に挿入する特定の距離についての手引きを与える。
【０１３７】
第二の実施例の説明
図１１を参照すると、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置１００の他の実施例の概念図が示されている。この実施例において、走査型プローブ顕微鏡装置１００には、光源１８０によって与えられる光１８５をプローブ１０２へ案内するための光ファイバー製の光ガイド２４４が含まれている。
【０１３８】
図１２ａおよび１２ｂに示すように、光ガイド２４４は、電気／光学モード切替器２４６に光学的に結合されている。図１２ａを参照すると、モード切替器２４６は、プローブ１０２のベース１２８に結合された薄い支持体２４８によって保持および支持されており、カンチレバー１３０に形成された微細フレネルレンズ２５０を覆って配置されている。支持体２４８は可視光に対して透明である。
【０１３９】
電気／光学モード切替器２４６は、波プレート(wave plate)に結合された液晶の頂部上に設けられ、且つ光学セメントで光ガイド２４４に結合された面偏光器であり得る。モード切替器２４８の面偏光器は、光ガイド２４４から受け取った光を面変更させる。同時に、走査制御ルーチン１２２はモード切替駆動回路２４７を制御するための制御信号を発生して、可変電圧を液晶に印加する。印加された電圧に応答して液晶は分極し、また応答した波プレートは、交互に円形、楕円形およびフレネルレンズ２５０に与えられた左円偏光した光を発生する。換言すれば、モード切替器２４６は、近視野光学モードの際に光源１８０から与えられた光の偏光状態を連続的に変化させる。
【０１４０】
或いは、図１の偏光器１８４のような機械的に回転可能な面偏光器は、光源１８０によって与えられた光を回転偏光させるために使用し得る。この構成において、モード切替器２４６には波プレートのみが含まれる。走査制御ルーチン１２２が偏光器１８４を制御するための制御信号を発生して、モード切替器２４６に与えられる光を回転面偏光させると、近視野光学モードに際して、モード切替器２４６の波プレートによって、円形、楕円形および左円形の光が交互に生じる。
【０１４１】
しかし、当業者は、近視野光学モードに際して、光１８５の偏光状態を回転または連続的に変化させるための他の構成を採用し得ることを理解するであろう。
例えば、図１の構成について説明したように、光１８５が回転偏光されているならば、モード切替器２４８は全体として省略してもよい。また、モード切替器２４６は、（波プレートは省略して）電界によって励起されて偏光状態を変化させる強光学液晶(ferro-optic liquid crystal)を含んでいてもよい。または、モード切替器は、（波プレートは省略して）電界で励起されて偏光状態を変化させるポッケルスセルであってもよい。更に、機械的に回転可能なグランプリズム(Gran prism)を用いてもよい。
【０１４２】
図１２ｂを参照すると、光ガイド２４４によってモード切替器２４６に与えられる光１８５は、フレネルレンズ２５０を通過して、フレネルレンズ２５０によってチップ１３２のベース１７８内に焦点を結ぶ。先に示したように、ベース１７８内に集光された光１８５は、チップ１３２を通って伝搬し、チップ１３２の先端１８８で放出される。この光はチップ１３２を通ってフレネルレンズ２５０に戻り、該レンズによってモード切替器２４６に与えられる。光はそこから光ガイド２４４に与えられ、該ガイドは、先に説明したのと同じ方法で分光分析測定を行うために、分光分析器１８０へと光を戻す。更に、光学的相互作用による光放出エネルギーは、図１の実施例の場合と同様に、光検出器１９４によって検出される。
この実施例には、中倍率モードを除いて、図１の実施例について上述した全てのモダリティーが含まれる。
【０１４３】
第三の実施例の説明
図１３と図１４の組合せは、図１および図１１の実施例の変形例を与える。
この実施例では、先に説明したのと同様の近視野分光分析測定を行うために、ホトダイオードがチップ１３２の中に取り付けられている。図１４を参照すると、チップ１３２のバルクシリコン部分３０６はＮまたはＰ型にドープされ、次いで厚い二酸化シリコン層３０８を有するように酸化されている。シリコンチップ１３２の尖端１８８における小さい領域３０７（例えば略１０ｎｍ）は、バルクシリコン部分３０６とは逆にドープ（ＰまたはＮにドープ）されて、酸化エッチングされる。
【０１４４】
次に、全体のチップ１３２をドープされた炭化シリコン、アルミニウム、タングステン、金または他の適切な導電体のような導電性材料で軽くオーバーコートし、次にエッチングを行って導電性コンタクト３０４ａおよび３０４Ｂを形成する。図８ａ〜８ｄのチップ１３２と同様に、導電性コーティング３０４ａはチップ１３２の尖端１８８から除去または擦り落とされる。或いは、導電性コーティング３０４ａが充分に薄い金属層であれば、除去しなくても十分な量の光を通過させ得る。更に、導電性コーティング３０４ａが、ドープした炭化シリコンのような導電性で且つ光学的に透明な材料であれば、全く除去する必要はない。
【０１４５】
何れの場合にも、これは、全て当業者に公知の従来の技術によって行われ、尖端１８８でチップ１３２の非常に小さい領域に限定されたＰＮまたはＮＰ接合を生じる。この小さな接合領域は、チップ１３２の効果的な孔を形成する。
【０１４６】
図１３を参照すると、動作において、外部の光源２５２は、感光性接合ダイオードを用いて行われる光分析測定のために、対象１０４のチップ領域を照明する。或いは、先に説明した方法で、チップ１３２に赤外光１８５を与えてもよい。
光１８５はチップ１３２により放出されて、チップ１３２の下の対象１０４の表面において、ラマン、二次高調波放射、蛍光または他の光放出モードを誘導する。
何れの場合も、ホトダイオードによって検出された光エネルギーは、図１４の金属コンタクト３０４ａおよび３０４Ｂを横切る電圧によって表され、感光性測定回路２６４に与えられる。この回路は光エネルギーを測定して、測定された光エネルギーを表すデータを含んだ信号をＣＰＵ１２０に与える。次いで、このデータは、光検出器１９２から受け取ったデータについて、先に述べたのと同じ方法で近視野分光測光分析ルーチン１４３により分析および処理される。
【０１４７】
図１および１３を参照すると、別の実施例においては、先に説明したように、光学顕微鏡１６０を倒立型の生物学的共焦点顕微鏡として用いてもよい。走査制御ルーチン１２２は光学顕微鏡を制御して、チップ１３２を照明する。
次に、ホトダイオードチップ１３２は光を検出し、またホトダイオード測定回路２５４は、光の強度を示す信号を走査制御ルーチン１２２に与える。その結果、チップ１３２のＸ位置およびＹ位置は、走査制御ルーチン１２２によってこのデータ信号から計算することができ、従って、チップ１３２のＸ位置およびＹ位置をフィードバックループ形式で制御することができる。
【０１４８】
更に、先に述べたように、光学顕微鏡１６０がスポット走査型またはディスク型の共焦点顕微鏡であるときは、操作制御ルーチン１２２によりチップ１３２に焦点が合うように制御されることによって、チップ１３２のＺ位置を決定するために用いることができる。従って、この場合にも、走査制御ルーチンはチップ１３２のＸ、ＹおよびＺ方向での位置決めをフィードバックループ形式で制御することができる。
加えて、この実施例においても、一致した共焦点光学表面マップを発生させることができる。このようなマップは、先に説明したのと同じ方法で作成し、使用することができるであろう。しかし、この場合には、チップ１３２のＸ位置およびＹ位置（従ってマップ）は、上記で述べた方法で、チップ１３２のホトダイオード構成を用いて計算される。
【０１４９】
第四の実施例の説明
図１５は、図１および図１１の実施例のための、チップ１３２の他の変形例を示している。この場合、窒化ガリウム若しくはガリウム砒素のような光放出性材料、またはニオブ酸カリウム若しくはチタン酸リチウムのような非線形周波数倍増材料のコーティング３１０が、チップ１３２の尖端１８８で、コア材料３００の小領域を覆ってコートされる。コーティング３１０は、略数オングストロームから１０オングストロームだけ尖端１８８から延出しており、略0.5〜500オングストロームの範囲の厚さを有している。
【０１５０】
チップ１３２のコア材料３００を覆う導電性コーティング３０４は、チップ１３２の尖端１８８から略数１０ｎｍだけ離間している。従って、この構成の近視野の空間解像度は、チップ１３２上のコーティングの電気磁気的コンファインメントまたはチップ１３２の平滑性ではなく、この材料の寸法によってのみ制限される。換言すれば、チップ１３２の尖端１８２における孔はコーティング３１０によって形成される。
【０１５１】
光１８５は、図１および１１について説明した方法で、チップ１３２に与えればよい。この光はチップ１３２を下方に伝搬して、コーティング３１０と相互作用し、尖端１８８で放出される。この光は、チップ１３２の下の対象１０４の表面において、近視野分光測光モードのためのラマン、二次高調波、放射、蛍光、または他の光放出モードを誘発させてもよく、或いは、先に説明した方法で近視野光学モードのために使用してもよい。対象１０４との光学的相互作用から得られる光は、光検出器１９４によって検出される。
【０１５２】
第五の実施例の説明
図１６を参照すると、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置１００の、更に別の実施例の概念図が示されている。この実施例において、走査型プローブ顕微鏡装置１００は、青色光および／または紫外光を含む光がチップ１３２によって放出されるように、プローブ１０２に対して電界を印加するための電界発生器２６０を含んでいる。
図１７Ａに示すように、ベース１７８におけるチップ１３２のコア材料、およびベース１７８の周囲にあるカンチレバー１３０のコア材料３００は、先ず、窒化ガリウム若しくはガリウム砒素のような光放出性材料３１１で、略10〜200ｎｍの厚さまでコートされる。次に、チップ１３２は、厚さが略１〜10ｎｍのダイアモンド、炭化シリコン、窒化炭素または二酸化シリコンのような絶縁材料３１２でコートされる。光放出性材料３１１を覆うコーティング３１２の一部は、従来の技術を用いて除去され、次いで、アルミニウム、金、タングステンまたは他の導電体の導電層３０４が、光放出性材料３１１およびコーティング３１２の上に略20〜200ｎｍの厚さで形成される。図８ａ〜８ｄのチップ１３２と同様に、チップ１３２の尖端１８８から導電性コーティング３０４が除去または擦り落とされて、尖端１８８の近くに孔が形成される。
【０１５３】
図１６に戻って参照すると、先に説明した近視野分光測光モードに際し、走査制御ルーチン１２２は電界発生器２６０を制御して電界（電圧）を発生させる。
これは、図１７Ａに示す外側の導電性層３０４と、プローブ１０２のコアシリコン材料３００との間に印加される。その結果、略４ボルトの印加電圧であれば、「Deposition Caracterization，and Device Development in Diamond，Silicon Carbide，and Gallium Nitride Thin Film，By Robert F．Davis，Journal of Vacuum Science and Technology，Volume A 11(4)(July/August 1993)」に記載されているように、青色光（４２３ｎｍ）および紫外光（３７２ｍ）が光放出性コーティング３１０によって放出される。この光はチップ１３２を通過して、該光の波長よりも実質的に小さい小領域であるチップ１３２の尖端１８８で放出される。
【０１５４】
或いは、図１７ｂに示すように、光放出性コーティング３１１を覆う炭化シリコンのコーテイング３２２をドープして導電性としてもよい。その結果、導電性コーティング３０４は省略され、また電圧は、光放出性コーティング３１１が青色光および紫外光を発生するように、コアシリコン材料３００および炭化シリコンコーティング３１２を横切って電界発生器２６０により印加されるであろう。
【０１５５】
更に、図１７ｃに示すように、カンチレバー１３０およびチップ１３２のコア材料３００は、先ず炭化シリコン層３１２でコートされる。炭化シリコンは、次いで発光性にするために、「Deposition Caracterization，and Device Development in Diamond，Silicon Carbide，and Gallium Nitride Thin Film」に記載されているようにしてドープされる。次に、アルミニウム、金、タングステンまたは他の導電体からなる導電性層３０４が、炭化シリコン層３１２を覆って形成される。図８ａ〜図８ｄのチップ１３２と同様に、導電性コーティング３０４はチップ１３２の尖端１８８から除去または擦り落とされて、尖端１８８の近傍に孔が形成される。導電層３０４とコアシリコン材料３００との間に印加された電圧によって、「Deposition Caracterization，and Device Development in Diamond，Silicon Carbide，and Gallium Nitride Thin Film」に記載されているように、炭化シリコン層３２２による青色光の放出が生じる。この光エネルギーはチップ１３２を通過して、チップ１３２の尖端１８８で放出される。上記で説明した夫々の構成では、近視野分光測光および光学モードにおける光学的相互作用による発光エネルギーは、図１の実施例について説明したのと同じ方法で、光検出器１９４によって検出される。
【０１５６】
第六の実施例の説明
図１８を参照すると、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置１００の更に他の実施例の概念図が示されている。この実施例において、走査型プローブ顕微鏡装置１００には、プローブ１０２のベース１２８に赤外光２７３を与えるための、赤外光源２７０および鏡２７２が含まれている。或いは、プローブ１０２のベース１２８に光２７３を与えるために、図１１に示したような光ファイバー製の光ガイドを用いてもよい。
図２０ａに示すように、チップ１３２のベース１７８近傍のカンチレバー１３０のコア材料３００は、先ず、ニオブ酸カリウムまたはチタン酸リチウムのような非線形周波数倍増材料でコートされる。次いで、チップ１３２はダイアモンド、炭化シリコン、二酸化シリコンのような剛直材料または絶縁体３１２でコートされる。周波数倍増材料３１３を覆うコーティング３１２の一部は、従来の技術を用いて除去され、次にアルミニウム、金、タングステンまたは他の導電体からなる導電層３０４が、発光材料３１０およびコーティング３１２を覆って形成される。図８ａ〜８ｄのチップ１３２と同様に、導電性コーティング３０４は、チップ１３２の尖端１８８から除去または擦り落とされて、尖端１８８の近くに孔が形成される。
【０１５７】
図２０ｂに示すように、長いピラミッド形状のトレンチ（または同様の反射構造）２６８をベース１２８の底までエッチングして、反射表面が形成される。このトレンチ２６８は、赤外光２７３をカンチレバー１３０の中に向け、そでは周波数倍増材料３３０によって周波数が倍加される。周波数を倍増された光エネルギーは、チップ１３２を通って伝搬し、チップ１３２の尖端１８８で放出される。
この実施例において、光学的相互作用による発光エネルギーは、図１の実施例で説明したのと同じ方法で、光検出器１９４によって検出される。また、この実施例には近視野分光測定および光学モードは含まれないが、図１の実施例について上述した他のモダリティーはこの実施例にも含まれる。
【０１５８】
第七の実施例
図３７は、ＡＦＭモード走査にいて、ガラス半導体マスク検体６００上の圧電励起ストリップ６０３によって発生した、右方向に伝搬する音波を感知するためのチップ１３２を示している。走査制御ルーチン１２２は、音波６０２の発生を制御する。一つの動作モードにおいて、音波は連続的に発生され、また検体の縁部からの反射と組み合わされて、表面に音波の定在波（音波の励起波長で）を形成する。
ラインを走査した後に、分析ルーチン１３７によって発生された画像データは、表示ルーチン１３６によってフーリエ変換され、該変換の励起周波数成分はマスクされ、増幅され（振幅が増大する）、また色をコード化されて（この波長にのみ別の色が付与される）、最終的な検体画像における正確な参照が与えられる。或いは、音波信号を夫々の走査点でパルス化して各走査点について異なった信号を与え、また参照音波によって測定された置き換えに従って、チップの位置を調節するようにしてもよい。明らかに、両者の技術は連続的に用いてもよく、或いは走査の選択された部分に用いてもよい。
【０１５９】
また、点（または平衡波６０２を発生する線、楕円または矩形領域の形状の適当なビームを用いて）での検体６００上に音波を生じさせて、円形波６０６を発生するために、調節されたレーザ６０５を用いてもよい。円形波６０６の発生は検体の走査領域に近接して起こさせることができ、これによって非常に小さい波長での減衰を克服することができるであろう。更に、オングストロームの波長領域の音波を発生することができる、ピコ秒のパルスを発生させるための技術は当業者に周知である。
【０１６０】
較正制御システム６０７〜６１１は、圧電式の波発生器６０３または音波励起レーザおよびモジュレータ６０５を、ロックされた周波数から参照光学周波数まで駆動するために用いることができる。操作において、レーザ６０７のようなチョップされた単色光源は、検体６００上で、音波６０２または６０６を離れて、感受性検出器６０８の線形アレイ（または平方アレイ）へと光を反射する。音波６０２または６０６によって形成された格子構造の回折効果に起因して、回折角度は、光の波長および音波格子距離によって制限された感度になるであろう。制御回路６０９（これは信号を光源のチョップ周波数にロックインするように作用し、従って外部の光源を拒絶する）音波駆動信号発生器６１０によって出力される音波駆動周波数を増加および減少させて、それを何れかの与えられた回折角度で参照光周波数にロックする。検出器６０８の中の多重センサーは、回折角度の面内に整列されて、異なった角度（および、音波波長）を選択し、且つ参照光学周波数に対してロックすることを可能にする。加えて、バーニヤ音波励起（音波におけるビート周波数を励起する）を使用することは、如何なる音波波長をも光学周波数に参照ロックすることを可能にする。
【０１６１】
（結論）
幾つかの特別の実施例を参照して本発明を説明してきたが、この説明は本発明の例示であり、発明を限定するものと解釈してはならない。更に、当業者は、添付の請求の範囲に定義された本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、他の種々の変形を着想し得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】図１は、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置の概念図を示している。
【図２ａ】図２ａは、走査型トンネル測定（ＳＴＭ）モードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡のプローブのカンチレバーを固定して保持するためのクランプ構造の態様を示している。
【図２ｂ】図２ｂは、走査型トンネル測定（ＳＴＭ）モードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡のプローブのカンチレバーを固定して保持するためのクランプ構造の態様を示している。
【図２ｃ】図２ｃは、図２ａおよび２ｂの走査型プローブ顕微鏡装置のプローブを、該プローブのチップの上に取り付けた屈折レンズと共に示している。
【図３ａ】図３ａは、ＳＴＭモードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のカンチレバーを固定して保持するための、クランプ構造の他の態様を示している。
【図３ｂ】図３ｂは、ＳＴＭモードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のカンチレバーを固定して保持するための、クランプ構造の他の態様を示している。
【図３ｃ】図３ｃは、図３ａまたは３ｂの走査型プローブ顕微鏡装置のプローブを、該プローブのチップ上に取り付けた屈折レンズと共に示している。
【図４ａ】図４ａは、ＳＴＭモードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のカンチレバーを固定して保持するための、クランプ装置の更なる態様を示している。
【図４ｂ】図４ｂは、ＳＴＭモードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のカンチレバーを固定して保持するための、クランプ装置の更なる態様を示している。
【図５】図５は、ＳＴＭモードの際に、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のカンチレバーを固定して保持するための、クランプ装置の更に他の態様を示している。
【図６】図６は、図２ｃまたは３ｃのレンズの作用を示している。
【図７ａ】図７ａは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のチップによって放出される光エネルギーの、電界面極性プロット(electrical field plane polar plots)および磁界面極性プロット(magnetic field plane polar plots)を与えている。
【図７ｂ】図７ｂは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置のチップによって放出される光エネルギーの、電界面極性プロット(electrical field plane polar plots)および磁界面極性プロット(magnetic field plane polar plots)を与えている。
【図８ａ】図８ａは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置におけるチップの種々の態様を示している。
【図８ｂ】図８ｂは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置におけるチップの種々の態様を示している。
【図８ｃ】図８ｃは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置におけるチップの種々の態様を示している。
【図８ｄ】図８ｄは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置におけるチップの種々の態様を示している。
【図９】図９は、図１の走査型プローブ顕微鏡装置の動作における典型的な走査シーケンスフローを示している。
【図１０ａ】図１０ａは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置の表示シーケンスを示している。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図１の走査型プローブ顕微鏡装置の表示シーケンスを示している。
【図１１】図１１は、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置の他の概念図を示している。
【図１２ａ】図１２ａは、図１１の走査型プローブ顕微鏡装置のプローブを、該プローブのチップ上に設けたモードシフターおよびフレネルレンズと共に示している。
【図１２ｂ】図１２ｂは、図１２ａのモードシフターおよびフレネルレンズの作用を示している。
【図１３】図１３は、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置の更に別の概念図を示している。
【図１４】図１４は、図１３の走査型プローブ顕微鏡措置における、プローブのホトダイオードチップを示している。
【図１５】図１５は、図１および図１１の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、プローブのチップを示している。
【図１６】図１６は、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置の更に別の概念図を示している。
【図１７ａ】図１７ａは、図１６の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、光放出チップを示している。
【図１７ｂ】図１７ｂは、図１６の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、光放出チップを示している。
【図１７ｃ】図１７ｃは、図１６の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、光放出チップを示している。
【図１８】図１８は、本発明による走査型プローブ顕微鏡装置のもう一つの概念図を示している。
【図１９ａ】図１９ａは、図１８の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、周波数倍増チップ(frequency doubling tip)およびカンチレバーを示している。
【図１９ｂ】図１９ｂは、図１８の走査型プローブ顕微鏡装置と共に使用するための、トレンチ反射体を示している。
【図２０】図２０は、本発明に従って走査を行う共焦点顕微鏡の側面図を示している。
【図２１】図２１は、図１０の顕微鏡によって行われる走査の平面図を示している。
【図２２】図２２は、図１の顕微鏡装置の表示ルーチンを示している。
【図２３ａ】図２３ａは、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２３ｂ】図２３ｂは、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２３ｃ】図２３ｃは、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２４】図２４は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２５】図２５は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２６】図２６は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２７】図２７は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２８】図２８は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図２９】図２９は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３０】図３０は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３１】図３１は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３２】図３２は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３３】図３３は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３４】図３４は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３５】図３５は、図１２の表示ルーチンによって作製された画像を示している。
【図３６】図３６は、走査型プローブ顕微鏡のチップの位置を測定するための、マッハ-ツェーンダー干渉計(Mach-Zehnder interferometer)を示している。
【図３７】図３７は、本発明に従って音波を検知する原子間力顕微鏡プローブを示している。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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