【手続補正書】
【提出日】平成17年9月22日(2005.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  走査型電磁波顕微鏡プローブであって、
ａ）中心導電性要素を有する同軸ケーブルと、
ｂ）前記中心導電性要素を取り囲む絶縁要素と、
ｃ）前記絶縁要素を取り囲む外側の導電性シールド要素と、
ｄ）前記シールド要素に接続され、開口を有する導電性端壁と、
ｅ）前記中心導電性要素に電気的に接続され、前記端壁の前記開口を通り越して延びるよう配置された尖鋭チップと、
を備える走査型電磁波顕微鏡プローブ。
【請求項２】  前記プローブはストリップライン同軸ケーブルを含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】  走査型電磁波顕微鏡プローブであって、
ａ）中心導電性要素を有する共鳴器と、
ｂ）前記中心導電性要素を取り囲む空洞と、
ｃ）前記空洞を取り囲む外側の導電性シールド要素と、
ｄ）前記シールド要素に接続され、開口を有する導電性端壁と、
ｅ）前記中心導電性要素に電気的に接続され、前記端壁の前記開口を通り越して延びるよう配置された尖鋭チップと、
を備えた走査型電磁波顕微鏡プローブ。
【請求項４】  前記端壁の上流に所定距離をもって配置された第２の導電性前端壁を含み、前記距離は１／４λから１／４λの整数ｎ倍の間である請求項３に記載の装置。
【請求項５】  前記前端壁は前記中心導電体に電気的に短絡しており、前記前端壁と前記端壁との間の距離はｎ（１／４λ）であって、ｎは奇数である請求項４に記載の装置。
【請求項６】  前記前端壁は前記中心導電体に電気的に短絡しておらず、前記前端壁と前記端壁との間の距離はｎ（１／４λ）であって、ｎは偶数である請求項４に記載の装置。
【請求項７】  走査型電磁波顕微鏡であって、
ａ）導電性端部の開口と、前記端壁を通り越して延びる尖鋭チップを含む中心導電性要素とを有する走査型電磁波顕微鏡プローブと、
ｂ）周波数変動とよばれる、共鳴器の初期および最終共鳴周波数を計算するための周波数検出器と、
ｃ）Ｑ変動とよばれる、共鳴器内で分散され蓄えられる電磁エネルギの初期および最終の割合を計算するための電力検出器と、
を備えた走査型電磁波顕微鏡。
【請求項８】  前記電極チップ近傍の前記誘電材の誘電率を、前記プローブチップへの前記誘電材の接近により生じる前記共鳴周波数の変動または反射波の変化の関数として計算するためのコンピュータ手段を含んでいる請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項９】  前記コンピュータ手段は式（２）から誘電率を計算するようプログラムされている請求項８に記載の顕微鏡。
【請求項１０】  前記プローブチップ近傍の前記誘電材の損失角正接を、前記プローブチップへの前記誘電材の接近により生じるＱ変動の変動の関数として計算するためのコンピュータ手段をさらに含んでいる請求項８に記載の顕微鏡。
【請求項１１】  前記コンピュータ手段は、式（３）から前記損失角正接を計算するようプログラムされている請求項１０に記載の顕微鏡。
【請求項１２】  前記周波数検出器は、移相器、位相検出器および積算器とを含んでいる請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項１３】  前記プローブチップは、前記開口の直径よりも約１／３から約３倍大きい距離だけ前記開口を通り越して延びている請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項１４】  前記共鳴器端壁の前記開口は、円形であり、かつ直径が約２０ナノメータから約３ミリメータの間である請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項１５】  前記周波数制御装置はデジタル式である請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項１６】  試料の誘電率と損失角正接を測定する方法であって、
ｊ）プローブの基準共鳴周波数ｆ0を次のステップで測定し、
ｉ）試料の影響を受けないように、プローブを試料から十分離して配置し、
ii）周波数レンジを掃引し、
iii）周波数vs.電力をプロットし、
iv）ｆ0とよばれる、最大周波数を見出すために曲線を適合させ、
ｋ）２点の電力半値振幅点での差周波数によりｆ0を除算することでＱ0を決定し、
ｌ）式Ｓ＝ＭＱ02、Ｓはｆ0での電力、により係数Ｍを計算し、
ｍ）誘電率が既知の試料を利用して、式（５）および（６）の幾何学的因子Ａ，Ｂ，およびＲ0を校正し、
ｎ）走査型エバネッセント電磁波顕微鏡のプローブチップを試料の近傍にまたは軟接触させて配置し、
ｏ）前記試料が前記プローブチップ近傍に接近することにより生じる共鳴周波数の変動を測定し、
ｐ）前記試料が前記プローブチップ近傍に接近することにより生じる性質係数の変動を測定し、さらに、
ｑ）軟接触の式（２）と（３）、プローブ−試料間隙の式（５）と（６）、または薄膜の式を含むグループから選択された一対の式を利用して、誘電率と損失角正接を計算する、
ステップとを含んでいる方法。
【請求項１７】  ｆ0とＱ0とを得るためのローレンツ線形の適合を用いて、前記周波数vs.電力を決定する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】  導電性試料の導電率を測定する方法であって、
ａ）プローブの基準共鳴周波数ｆ0を次のステップで測定し、
ｉ）試料の影響を受けないように、プローブを試料から十分離して配置し、
ii）周波数レンジを掃引し、
iii）周波数vs.電力をプロットし、
iv）ｆ0とよばれる、最大周波数を見出すために曲線を適合させ、
ｂ）２点の電力半値振幅点での差周波数によりｆ0を除算することでＱ0を決定し、
ｃ）式Ｓ＝ＭＱ02、Ｓはｆ0での電力、により係数Ｍを計算し、
ｄ）走査型エバネッセント電磁波顕微鏡のプローブチップを試料の近傍にまたは軟接触させて配置し、
ｅ）前記プローブチップと導電率が既知である基準試料との間のギャップ距離ｇの関数として、周波数と性質係数とを測定し、適合させることによって、式（１２）および（１９）の幾何学的因子Ａ，Ｂ，およびＲ0を校正し、
ｆ）前記試料が前記プローブチップ近傍に接近することにより生じる共鳴周波数の変動を測定し、
ｇ）式（１２）からｇを計算し、
ｈ）前記試料が前記プローブチップ近傍に接近することにより生じる性質係数の変動を測定し、さらに、
ｉ）式（１９）を用いて導電率を計算する、
ステップとを含んでいる方法。
【請求項１９】  走査型エバネッセント電磁波顕微鏡のプローブチップと、走査される導電材との間の距離を規定する方法であって、
ａ）チップと試料との間の好ましい距離を選択し、
ｂ）プローブの基準共鳴周波数ｆ0を次のステップで測定し、
ｉ）試料の影響を受けないように、プローブを試料から十分離して配置し、
ii）周波数レンジを掃引し、
iii）周波数vs.電力をプロットし、
iv）ｆ0とよばれる、最大周波数を見出すために曲線を適合させ、
ｃ）２点の電力半値振幅点での差周波数によりｆ0を除算することでＱ0を決定し、
ｄ）プローブチップと導電率が既知である基準試料との間のギャップ距離ｇの関数として、周波数と性質係数とを測定し、適合させることによって、式（１２）および（１９）の幾何学的因子Ａ，Ｂ，およびＲ0を校正し、
ｅ）共鳴周波数を測定し、この周波数と基準周波数との間の絶対差を獲得し、
ｆ）前記ギャップ距離をｇpに戻すために必要な前記ギャップの距離変化を計算し、
ｇ）前記プローブチップと走査される前記試料との間の距離を電気機械的にｇpと等しいように調整し、
ｈ）走査プロセスが完了するまで所定の定期的な間隔でステップｅ）からｇ）を繰り返す、
ステップとを含んでいる方法。
【請求項２０】  走査型エバネッセント電磁波顕微鏡のプローブチップと、走査される導電材との間の距離を規定する方法であって、
ａ）チップと試料との間の好ましい距離を選択し、
ｂ）プローブの基準共鳴周波数ｆ0を次のステップで測定し、
ｉ）試料の影響を受けないように、プローブを試料から十分離して配置し、
ii）周波数レンジを掃引し、
iii）周波数vs.電力をプロットし、
iv）ｆ0とよばれる、最大周波数を見出すために曲線を適合させ、
ｃ）２点の電力半値振幅点での差周波数によりｆ0を除算することでＱ0を決定し、
ｄ）式Ｓ＝ＭＱ02、Ｓはｆ0での電力、により係数Ｍを計算し、
ｅ）プローブチップと導電率が既知である基準試料との間のギャップ距離ｇの関数として、周波数と性質係数とを測定し、適合させることによって、式（５）および（６）の幾何学的因子Ａ，Ｂ，およびＲ0を校正し、
ｆ）前記チップと前記試料との間のギャップ距離を変えるためにギャップ距離を振動させ、ここで振動振幅は圧電素子が引き起こすそれよりも小さく、振動周波数は前記要素ｃ）の差周波数であり、
ｇ）共鳴周波数の平均変動と第１の平衡強さとを測定し、
ｈ）式（２０）と（２１）とをｇに関して解き、
ｉ）前記ギャップ距離をｇpに戻すために必要な前記ギャップの距離変化を計算し、
ｊ）前記プローブチップと走査される前記試料との間の距離を電気機械的にｇpと等しいように調整し、
ｋ）走査プロセスが完了するまで所定の定期的な間隔でステップｅ）からｇ）を繰り返す、
ステップとを含んでいる方法。
【請求項２１】  エバネッセント波顕微鏡であって、
導電性マイクロ波空洞を有し、試料へエバネッセント光を放射し、試料からエバネッセント光を受けるための前記マイクロ波空洞中の近接場の出口の開口から配置された尖鋭チップを有する導電性要素をさらに有するプローブと、
表面を有する試料、前記チップは、前記サンプルの表面から、変化するチップ−試料の距離のところに配置され、
前記チップ−試料の距離は、位置フィードバック制御システムによって調整されることを特徴とするエバネッセント波顕微鏡。
【請求項２２】  請求項２１に記載の顕微鏡において、
前記位置フィードバック制御システムは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）位置フィードバック制御システムを含む顕微鏡。
【請求項２３】  請求項２１に記載の顕微鏡において、
前記位置フィードバック制御システムは、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）位置フィードバック制御システムを含む顕微鏡。
【請求項２４】  請求項２１に記載の顕微鏡において、
前記位置フィードバック制御システムは、近接場走査光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）位置フィードバック制御システムを含む顕微鏡。
【請求項２５】  エバネッセント波プローブであって、
前記試料へエバネッセント光を放射し、試料からエバネッセント光を受けるための第１の点状伝導体、及び、誘電体材料によって前記第１の伝導体から分離された接地された第２の伝導体を有する共鳴空洞を含む、近接した位置の試料を検査するための点状エバネッセント・フィールド・エミッタと、
前記接地された伝導体に接続された、近接場の出口の開口を有する導電性端壁と、
前記フィールド・エミッタと前記試料の間の距離を規定するための位置フィードバック制御システムと、を有することを特徴とするエバネッセント波プローブ。
【請求項２６】  請求項２５に記載のエバネッセント波プローブであって、
前記位置フィードバック制御システムは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）位置フィードバック制御システムを含むエバネッセント波プローブ。
【請求項２７】  請求項２５に記載のエバネッセント波プローブにおいて、
前記位置フィードバック制御システムは、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）位置フィードバック制御システムを含むエバネッセント波プローブ。
【請求項２８】  請求項２５に記載のエバネッセント波プローブにおいて、
前記位置フィードバック制御システムは、近接場走査光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）位置フィードバック制御システムを含むエバネッセント波プローブ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、ローレンス  バークリー研究所の事業のための、米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の、契約番号第DE-AC03-76SF00098号による米国政府の支持によりなされた。米国政府は、本発明に特定の権利を有することになる。
これは、1996年9月20日に出願され、ここに参考文献として組込まれた出願番号第08/717,321号の一部継続である。この発明は、1997年9月22日に出願され、ここに参考文献として組込まれた仮出願番号第60/059,471号の利益を主張する。
（技術分野）
本発明は、概して走査型プローブ検鏡に関し、さらに詳細には走査型エバネッセント近接場マイクロ波および電磁波分析に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
第１に、しばしばＳＰＭｓから得られる検鏡信号は、材料の微細構造と物理的特性とが組み合わさった相関的なものである。これを分離するためには、少なくとも２つの独立した信号を測定する必要がある。例えば、走査型トンネル顕微鏡において、トンネル電流は、チップと試料との距離および状態密度の両者の関数である。近年発達した走査型近接場光学顕微鏡は、せん断力に加えて発光スペクトルや屈折光学指数のような光学信号を測定でき、これらはチップと試料との間の距離を測定するために利用できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
第２に、影像化された試料に関する定量的な情報を得るためには、チップと試料の領域での複雑な電磁場方程式を解く必要がある。この研究の再検討がC. GirardとA. DereuxのRep. Prog. Phys., vol.667,1996によって議論されている。有限要素法を基礎とする計算法が、近接場光学顕微鏡のチップ回りのフィールド分布を解くために利用されてきたが、波長以下の尺度の実境界条件でのマックスウエル方程式を解くといったような、複雑な計算方法は通常の用途では役に立たない。顕微鏡は遮断周波数以下で作動する必要があり、一般的に１０-3から１０-6（R.F. Soohoo, J. Appl. Phys. 33:1276, 1962; E.A. Ash and G. Nichols, Nature, 237:510, 1972）を有する導波管の減衰を被るので、この問題は過去においてなされた研究を複雑なものにしてきた。開口（aperture）またはテーパ導波管プローブにおいて、分解能が線形で向上すると感度は指数的に低くなる。M. Fee, S. ChuとT.W. Hanschとは、減少断面を有する伝送線プローブを使用することで感度と分解能をマイクロレベルまで向上させた。しかしながら、分解能の更なる向上はやはり著しい伝送線の減衰を伴った。伝送線プローブのチップ回りのシールドされていない遠隔場波伝搬部品は、顕微鏡の分解能を著しく制限し、特に、定量的な解析のための使用を妨害するものであった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
（発明の概要）
本発明は、近接場走査型エバネッセント波顕微鏡を備えており、プローブチップは主としてエバネッセント波を放射し、妨害伝搬波の放射が最小にされている。伝搬波は低分解能であるが、エバネッセント波は高分解能である。この特徴は定量的測定に非常に重要である。本発明の顕微鏡に関して新規なエバネッセント波プローブにより試料を走査することで高分解能影像が生成される。さらに、発明の顕微鏡は測定データから計算され、分解された影像特徴部に関連する複素電気インピーダンス値を備えている。誘電率、損失角正接および導電率を含む複素インピーダンスは、絶縁体から超電導体までの範囲の特性を有する材料に関して測定可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明を理解するためには、エバネッセント波検鏡の基本的な物理的過程を再検討することが有用である。ここではエバネッセント波は、散逸を起源としない虚数の波動ベクトルを有する電磁波と見なす。実際は、エバネッセント電磁波は、古典的な禁制領域（境界内）の量子力学電子波の光方程式である。電磁波の遠隔場の表示は、ヒルベルト空間の直交固有関数集合が、平面波として選択され、この波動ベクトルはヘルムホルツ方程式を満足するすべての実数である（結果として、これらの平面波は伝搬波である）。如何なる伝搬波（例えば、点状源からの伝搬球面波）もこれらの平面波の重ね合わせとして展開できる。波動ベクトルの大きさは、マックスウエル方程式に従って、周波数と速度とによって単に決定される。すなわち、Ｋ＝２π（εμ/ｃ）1/2＝２π/λ（ｋx2＋ｋy2＋ｋz2）1/2である。伝搬波ｋx，ｋy，ｋzは実数であり、従ってｋ（自由空間でｋ＝ｋ0）より小さくなければならない。これらの波は、唯一約λ程度の分解能を有している。しかしこれらの平面波は、例えば波面が波長λ以下の半径を有する球面波を再構成するためには利用できない。従って、ヒルベルト空間の真の完全集合は、その波動ベクトルが、このような球面波を構成するためにマックスウエル方程式を満足するすべての複素数である、平面波を含む必要がある。虚数波動ベクトルが許されるので、成分（ｋx，ｋy，ｋz）は次に如何なる値をも採ることができ、なおもマックスウエル方程式を満足する。ここで、水平（lateral）成分ｋT＝（ｋx2＋ｋy2）1/2がｋよりも大きい「平面波」は大きな水平分解能（１／ｋT程度）をもつことができる。しかし、これらはマックスウエル方程式を満たすために虚数成分ｋZを持つ必要があるので、この波は「エバネッセント」であり、波長λ以上を伝搬できない。エバネッセント波検鏡の差動法は、強いエバネッセント波と、エバネッセント波と検査物質との間の強い相互作用とを得るために異なる手段を利用する。例えば、半径ｒ（＜＜λ）の波源を与える金属球またはチップは、波動ベクトルがｋT〜１／ｒまでであり、分解能が〜ｒまでのエバネッセント波（金属表面上に球面波を形成するために境界条件を満たす）を発生する。チップと試料（強誘電率の）との間の相互作用は、極性効果により有効チップ半径が減少する結果として、高いｋT成分と分解能とをさらに大きくすることができる。これらの波は自由空間の距離ｒに関して減衰するので、強力な相互作用を得るために試料をチップのｒ内に置く必要がある。導電材料のｋc＝２π／λcは自由空間のそれよりも極めて大きいので、導電材料においてこれらの波動は必ずしもエバネッセントである必要はないことに注意すべきである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の走査型エバネッセント顕微鏡は、高分解能で表面を撮像すると共に、影像に分解された細部に関連する複素電気インピーダンスの定量的測定を得るために、エバネッセント波を利用している。本発明の装置は、走査においてチップ回りのエバネッセント波と試料との間の、近接場の相互作用を利用している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１は、マイクロ波空洞１０のようなマイクロ波共鳴器を含む新規なエバネッセントプローブ構造を利用する、本発明の近接場顕微鏡システムを示している。空洞１０は、入力信号を同軸ケーブル３２を介して空洞１０のループ結合入力１２に送るよう、空洞１０に電気的に接続された発振器３０を有している。空洞１０のループ結合出力１４は第２の同軸ケーブル４２を介して検出器４０に接続されている。次に、検出器４０は出力信号をデータ収集ユニット５０に送る。データ収集ユニット５０からのデータは、次にコンピュータ６０に接続された影像表示器７０で可視できるようデータを影像に変換するコンピュータ６０に送られる。D.M. Pozarによるテキスト「Microwave Engineering」(Addison-Wesley Publishing Co, New York, 1990)で詳細に説明されているように、共鳴空洞にエネルギを送り、またはそこから受けるために、結合ループまたは転回ループに加えて別の手段を利用できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
チップの構造
従来の最良のチップの構造は、絶縁材で取り囲まれ外部シールドに囲まれた、中心導電ワイヤを含んだ開放端の同軸ケーブルを備えていた。この形式のチップは、減衰する前に波長（λ）の幾つか以上を伝搬せず、従って高分解能測定をもたらす近接場のエバネッセント波と、遠隔場の伝搬波との両者を発生していた。伝搬波は、近接場エバネッセント波を妨害するので望ましくない。伝搬波を最小にするために、研究者達はより細い径の同軸ケーブルを使用することを試みてきたが、結局のところ、大きなエネルギ損失と、シールドと中心ワイヤとの間の絶縁破壊を避けるための困難な物理的構造とが問題になった。従来の同軸ケーブル設計に関する実施上の直径の制限のために、本発明者は中心ワイヤが尖鋭されシールドを越えて所定距離突出された、または尖鋭チップが機械的かつ電気的に中心ワイヤに接続された構造を開発した。さらに発明のシールド要素は、チップの尖鋭端部と外部シールドの端部との間に発生する、如何なる電磁界をも最小にするために、同軸ケーブルのボトムエッジに付加される。開放された場合、これは遠隔場伝搬波が試料に達して、近接場エバネッセント波を支配することを許してしまう。さらに本発明者はプローブチップのすぐ上に、または近くに配置された共鳴器を追加した。これによりエバネッセント波を発生でき、さらに高い効率と感度で検出できたが、この共鳴器は全ての応用例のために必ずしも必要な部品ではない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明のＳＥＭＭチップは伝搬波の発生を制限するので、高分解能のエバネッセント波測定を有効に行うことができる。遠隔場伝搬波の発生を制限する本発明のチップの１つの特徴は導電性シールド要素であり、さもなければ開放されていた同軸ケーブル部分上に達する。図１と２とを参照すると、その端部からプローブチップ２０が延びる新規な導電性シールド１６は、その外縁が外側同軸シールド１７および内縁領域に接続し、または電気的に短絡することなくプローブチップを取り囲むように配置されている。導電性シールド要素３２は、過剰損失の発生を避けるために薄いことが好ましく、１μｍ程度の厚さである。サファイアのような低損失絶縁材で物理的に支持されていることが好ましい。本質的に、外側シールド３２は絶縁材の端部１６に延びているが穴または開口２２を有しており、そこを通って、シールドに電気的に短絡することなくプローブが延びている。この開口は円形であると都合がよいが、円形である必要はない。開口は同軸ケーブルまたはエバネッセント波を発生する共鳴器のいずれかよりも小さい。絶縁体の端部がプローブ部の軸線に略直交する平面を成していると都合がよいが、容認できるプローブ感度が維持され、Ｑ係数の低下が回避できる限り、テーパ面は外側シールドとプローブとの間の隙間の一部に広がることができる。Ｑ係数は物質係数であり、これは共鳴器内の全エネルギと、共鳴器で放散されるエネルギとの比である（Ｑ＝Ｑtotal／Ｑdissipated）。Ｑ係数は空洞の幾何学的な関数であり、空洞のテーパ状の壁は、如何なる所定の測定に関して容認できない程この係数を低下させる（感度も同様に低下）。好ましくは、Ｑ＝２πＥtotal／Ｅdissipatedである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
共鳴器
図１および２の実施の形態を参照すると、シールド３２を含む空洞１０は、金属で成型されているが、強磁性体金属よりは、銅や銀などの反磁性体を含むことが好ましく、空洞１０に関して磁気変調を利用できる。空洞１０の径（または大きさが変化する場合、複数の径）は空洞１０のＱ係数により決定できるが、空洞１０の長さは波長（共鳴周波数での）の１／４に等しく、つまり、空洞長さ＝λ／４（１／４波長空洞）である。一般に。空洞の径は十分に大きく、さらに最適なＱを与えるために、空洞１０と中心導体１８との直径比は約3.6である。マイクロ波空洞または共鳴器のＱは、空洞の性質係数として定義でき、できるだけ高く保たれる必要がある。近接場顕微鏡の感度は、入力マイクロ波電力と共鳴器の無負荷時Ｑとを大きくすることで向上でき、このＱはＱuで示されており、Ｑlで示される負荷時ＱがＱuの２／３であるよう結合強さを調整することで達成される最適な結合を備えている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
誘電性または強磁性の複素電気インピーダンスの定量的測定
遠隔場波成分を最小化または除去する共鳴器を有する、シールドされたプローブチップを備えた本発明のＳＥＭＭを利用して、誘電材料が１００ｎｍの空間分解能と１×１０-3の感度をもって撮像されている。さらに、プローブチップ周りのフィールド分布の分析的数式の計算法を使用して、複素電気インピーダンス誘電材の定量的測定が行なわれる。つまり、影像の分解能と感度との適合する電気インピーダンス値のマップが構築され、測定された複素電気インピーダンスは影像として見える特徴と相互に関連がある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
再び図２を参照すると、一つの実施の形態として同軸共鳴器はλ／４の高さをもっている。チップワイヤより僅かに大きい中心穴を有するサファイア・ディスク２１が端部プレートに設置されている。チップ径は約５０μｍから約１００μｍの間である。サファイア・ディスクの外面は、約１μｍの金属層で被膜されており、遠隔場伝搬成分からチップをシールドしている。金属被膜の厚さは、開口近傍で大きな損失をもつマイクロストリップ線路の形成を回避するための表皮厚さによって決定される。ひとつの実施の形態としてサファイア・ディスクは振動を最小限にし、絶縁接着剤を用いてプローブチップに接着されている。さらに、チップワイヤを端壁シールドに対して固定するために低エネルギ損失の絶縁接着剤が使用でき、よってチップはシールドに対して振動しない。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
固有空間分解能
固有空間分解能は顕微鏡の性能係数として重要である。本発明の顕微鏡の固有空間分解能は、異なる誘電率の材料に関して、中心チップに対する横方向の位置（ｒ）を関数として、小さな垂直コラムからの（Δｆr/ｆr）への寄与を数値計算するための式（２）を用いて推定できる。寄与はｒが増加すると、特にεが大きい場合は急減する。半径ｒ内の容積からの寄与が、全体寄与の５０％に達するような半径を固有空間分解能と定義する。この場合に中程度のεr（〜５０）で推定された分解能はチップ半径より約２桁小さく、εrが大きくなるに従って僅かに減少する。このことは図７に示されている。この挙動は、分極された誘電試料によって、プローブチップ上の有効な検査電荷が試料に引き付けられることを考慮に入れると理解でき、誘電率が大きいほど電荷と試料との有効距離が短くなる。結果として、試料内のフィールド分布が、試料表面に垂直な分極を伴ってチップ頂点直下の微小領域に集中し、ｆrおよびＱ変動がこの微小領域からの寄与によって支配される。中程度の誘電率を有する誘電材料に関する実験により、100ｎｍの分解能が数ミクロンのチップ半径によって達成できた。近接場顕微鏡の性能係数は、試料内の波長と空間分解能の割合である。この実施の形態では、約4×105の性能係数が次のように計算され、計測により立証されている。
λ0＝ｃ／ｆ＝30ｃｍ
λ＝λ0ε-1/2＝λ0／50-1/2＝30ｃｍ／7.1＝4.2ｃｍ
空間分解能は100ｎｍなので、性能係数は次のようになる。
λ／100ｎｍ＝4.2ｃｍ／10-5ｃｍ＝4.2×105
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
導電材料の導電率の定量的測定
導電材料に関する古典的な浸透厚さコンセプト（まだしばしばエバネッセント波顕微鏡で利用されている）は、もはやエバネッセント電磁波を導電材との間の相互作用を説明するには有効でない。古典的な浸透厚さコンセプトは、導電表面と伝搬平面波との間の相互作用に基づいており、平面波のｋベクトル成分（ｋT，ｋZ）はｋ0より小さくなければならない。ｋC＞＞ｋ0の場合、種々のｋZに関する導電材料内側の反射波と、一価ｋT＝ｋ0によって計算できる全ての物理的パラメータとの間には僅かな差がある。逆に、エバネッセント波と試料との間の相互作用に含まれるエバネッセント波に関するｋベクトル成分（ｋT，ｋZ）の値は多値であり、ｋ０より非常に大きいであろう。全ての物理パラメータは各々異なるｋベクトル成分値に対して計算され、積算（integrated）される必要がある。次に詳細なフィールド構造の計算と、エバネッセント電磁波の導電材との相互作用を説明する。これは定量的エバネッセント電磁波顕微鏡について、科学的に広範囲な応用を可能にするものである。原理的にその効果は、相互作用領域の大きさよりも非常に大きな波長である限り、遠赤外線までの周波数のエバネッセント波顕微鏡に応用できる。さらに、ここで検討する電場構造は、種々の走査型プローブ顕微鏡に関する静電場構造と一致しているので、走査型プローブ顕微鏡を用いた幅広い定量的検鏡も可能となる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
本発明のＳＥＭＭは、中心導体に取り付けられた尖鋭金属チップを備えた、高い性質係数（Ｑ）のマイクロ波同軸共鳴器に基づいている。チップは共鳴器の金属シールド端壁に形成された開口を越えて延びている。チップとシールド構造とは、伝搬遠隔場成分が空洞内で遮断されるものの、非伝搬エバネッセント波はチップで生成されるよう設計されている。この特徴は高分解能と定量的解析の両方に非常に重要である。エバネッセント波と伝搬波との相互作用をモデル化することは数学的に適していないので、（後者が共鳴器から漏れた場合）、本発明の顕微鏡構造でなければ定量的検鏡は不可能である。従来のアンテナプローブ（遠隔場コンセプト）と対比して、本発明のプローブは有意なエネルギを放射しない（従って、感度を上げるための非常に大きなＱを提供できる）。チップが試料に接近した場合のみ、チップ上のエバネッセント波が材料と相互に作用できる。相互作用は空洞の周波数とＱ変動とを高め、結果として電気インピーダンスの検鏡が向上する。
【手続補正１７】
【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】
誘電金属材に関して、チップ応答の定量的、分析的モデルが開発されている。分解能〜λ/106のＳＥＭＭは極近接場領域内で作動するので、準静的な近似を用いることができる。チップを金属球としてモデル化し、さらに一連の影像電荷を計算することによって、局所電気特性を推定した。ＳＥＭＭ応答の定量的なモデル化を金属と絶縁体に関して行なった。チップ応答とモデル化応答との定量的な比較を、距離と試料特性とを関数として行い、広範囲に変化する誘電特性および金属特性の試料に関して５％以内の正確さを示した。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
その他
開口なし（apertureless）反射モード近接場光学顕微鏡（開口なしＮＳＯＭ）が距離規定に利用できる。光学周波数での材料特性の差異は、低周波数での差異よりも小さいので、開口なしＮＳＯＭは距離規定に適している。従来の近接場光学は、伝導または吸収に関する幾何学的形状のテーパ導波管を基にしている。この導波管は、光の波長より小さいサイズを備えた開口の近傍領域からの光を確認またはサンプリングできる。この近接場光学の形状は、複合プローブの製作を必要とする。開口なしＮＳＯＭにおいて、鋭い光学的伝導チップが試料に接近して動かされ、高度に集中されたスポットがチップ−試料領域を照らす。これはチップが下方から照らされた従来の開口なしＮＳＯＭと対照をなす。これらの開口なしＮＳＯＭは、光を通す試料への使用に制限される。散乱光は、チップ−試料の離間距離内で変化すると共に、振幅または散乱光の分極のいずれかの測定によって距離制御に利用できる。背景照明の影響を低減するために、暗黒の中心領域が散乱された背景を低減するようになった、Schwartzchildレンズの使用を提案する。さらに、遠隔場背景の影響を低減するために垂直ディザーを使用してもよい。このディザーは、小さな長さ目盛りにわたって変化する光学信号成分のみを検出できる。この方法は、試料の電気特性の同時測定と共同して、基板の広範囲にわたり高分解能にＳＥＭＭのチップ−試料の離間距離を制御可能にする。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
影像化エバネッセント近接場顕微鏡システムを含む種々の部品の概略図である。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
定量的エバネッセント近接場顕微鏡システムを含む種々の部品の概略図である。