(57)【要約】  走査力顕微鏡、及び走査力顕微鏡を動作させるための方法は、関心サンプルを引き込むように１気圧以下の圧力でダンピング減少ガスを有する減少されたダンピング環境を生成するために密閉型チャンバを使用する。
2020517954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査力顕微鏡を動作させる方法において、
密閉型チャンバから少なくとも一部の空気を空にするステップであって、前記密閉型チャンバは、前記走査力顕微鏡の少なくともプローブチップ及びサンプルスキャナを収容する、前記空にするステップと、
前記密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、密閉型チャンバから空気を空にした後、ダンピング減少ガスを密閉型チャンバ内に導入するステップであって、前記ダンピング減少ガスは、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せるガスである、前記導入ステップと、
サンプルの特性を測定するように１気圧以下の圧力で前記密閉型チャンバ内の前記ダンピング減少ガスを有する減少されたダンピング環境において前記プローブチップを使用して前記サンプルスキャナにサンプルを引き込むステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記密閉型チャンバ内に前記ダンピング減少ガスを導入するステップは、前記密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、前記密閉型チャンバから空気を空にした後、前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップは、前記密閉型チャンバが他のガスである残部とともに、少なくとも７５％のヘリウムを含むまで、前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップは、前記密閉型チャンバが他のガスである残部とともに、少なくとも９５％のヘリウムを含むまで、前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップは、前記密閉型チャンバでの圧力が０．１〜１気圧になるまで、前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップは、前記密閉型チャンバでの圧力が予め限定された圧力になるまで、前記密閉型チャンバ内にヘリウムを導入するステップを含み、前記予め限定された圧力は、前記密閉型チャンバ内の顕微鏡要素の温度が周辺環境で動作されるとき、前記顕微鏡要素の温度と実質的に類似するように選択される請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記予め限定された圧力は、０．１〜０．５気圧である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
走査力顕微鏡において、
密閉型チャンバと、
前記密閉型チャンバ内に収容されたプローブチップを備えたカンチレバーと、
前記密閉型チャンバ内に収容されたサンプルスキャナであって、前記サンプルスキャナは、前記プローブチップと相互作用するための関心サンプルを配置するように使用される、前記サンプルスキャナと、
前記密閉型チャンバの空気を空にするように前記密閉型チャンバに連結されたポンプと、
前記密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、前記密閉型チャンバから空気を空にした後、ダンピング減少ガスを導入するように前記密閉型チャンバに連結されたダンピング減少ガスのソースを含み、ダンピング減少ガスは、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せるガスである走査力顕微鏡。
【請求項９】
前記ダンピング減少ガスのソースは、ヘリウムのソースである請求項８に記載の走査力顕微鏡。
【請求項１０】
前記密閉型チャンバは、他のガスである残部とともに、少なくとも７５％のヘリウムを含む請求項９に記載の走査力顕微鏡。
【請求項１１】
前記密閉型チャンバは、他のガスである残部とともに、少なくとも９５％のヘリウムを含む請求項１０に記載の走査力顕微鏡。
【請求項１２】
前記密閉型チャンバでの圧力は、０．１〜１気圧である請求項９に記載の走査力顕微鏡。
【請求項１３】
前記密閉型チャンバでの圧力は、前記密閉型チャンバ内の顕微鏡要素の温度が周辺環境で動作されるとき、前記顕微鏡要素の温度と実質的に類似するように選択された予め限定された圧力である請求項９に記載の走査力顕微鏡。
【請求項１４】
前記予め限定された圧力は、０．１〜０．５気圧である請求項１３に記載の走査力顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に統合される、２０１７年４月２４日付で出願された米国仮出願第６２／４８９，３７４号の恵みを受ける資格がある。
【背景技術】
【０００２】
原子または走査力顕微鏡は、関心サンプルの特性を測定するために、サンプルと相互作用するようにカンチレバーに取り付けられた尖ったプローブチップを使用し、サンプルは、その次にイメージとしてディスプレイされることができる。様々な適用のために、サンプル測定の間、振動するように作られたカンチレバーのＱ（また、Ｑ因子として公知される）を向上させることが極めて必要である。カンチレバーのＱを向上させる１つの方式は、カンチレバーのＱが増加される環境を生成することでありうる。しかしながら、走査力顕微鏡のための新しい環境に対する関心は、尖ったプローブチップと関心サンプルとの間の相互作用に対する任意の外部熱影響である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
走査力顕微鏡、及び走査力顕微鏡を動作させるための方法は、関心サンプルを引き込むように１気圧以下の圧力でダンピング減少ガス（ｄａｍｐｉｎｇ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｇａｓ）を有する減少されたダンピング環境（ｒｅｄｕｃｅｄ  ｄａｍｐｉｎｇ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）を生成するように密閉型チャンバ（ｅｎｃｌｏｓｅｄ  ｃｈａｍｂｅｒ）を使用する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
実施形態に係る走査力顕微鏡は、密閉型チャンバ、密閉型チャンバ内に収容されたプローブチップを備えたカンチレバー、密閉型チャンバ内に収容されたサンプルスキャナであって、前記サンプルスキャナは、プローブチップと相互作用するための関心サンプルを配置するように使用される、前記サンプルスキャナ、密閉型チャンバの空気を空にするように密閉型チャンバに連結されたポンプ、及び密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、密閉型チャンバから空気を空にした後、ダンピング減少ガスを導入するように密閉型チャンバに連結されたダンピング減少ガスのソースを含む。ダンピング減少ガスは、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せるガスである。
【０００５】
実施形態に係る走査力顕微鏡を動作させる方法は、ポンプを使用して密閉型チャンバから少なくとも一部の空気を空にするステップであって、前記密閉型チャンバは、走査力顕微鏡の少なくともプローブチップ及びサンプルスキャナを収容する、前記空にするステップ、密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、密閉型チャンバから空気を空にした後、ダンピング減少ガスを密閉型チャンバ内に導入するステップであって、前記ダンピング減少ガスは、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せるガスである、前記導入ステップ、及びサンプルの特性を測定するように１気圧以下の圧力で密閉型チャンバ内のダンピング減少ガスを有する減少されたダンピング環境においてプローブチップを使用してサンプルスキャナにサンプルを引き込むステップを含む。
【０００６】
本発明の実施形態の他の態様及び長所は、本発明の原理の例として例示された添付図面とともに、次の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る走査力顕微鏡のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る走査力顕微鏡を動作させる方法のフローチャートである。
【０００８】
詳細な説明の全般にわたって、類似した図面符号は、類似した要素を識別するように使用されることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
力顕微鏡に使用される類型の振動カンチレバーのＱ（また、Ｑ因子として公知される）は、圧力を減少させることにより、またはヘリウム（Ｈｅ）のような低粘度ガスの雰囲気を使用することにより増加されることができる。また、ヘリウムは、大気圧に近い圧力で周辺空気より高い熱伝導率を有する。このような結果を支持する参考文献の例は、次のとおりである：
【００１０】
１．Ｃｈｅｎ外、Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ６５，  ２５３２−２５３７（１９９４）、「走査力顕微鏡カンチレバーの共振応答」。空気と比較してヘリウム雰囲気の振動カンチレバーでの減少されたダンピングは、粘度の差に起因する。カンチレバーは、室温での空気に比べてヘリウム雰囲気で２倍高いＱを見せる。
２．イ・ジョンチョル外、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＳＭＥ／Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｒｉｍ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｏｆ  ＭＥＭＳ，  ＮＥＭＳ，  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ２００５，  ｐａｇｅｓ  １７６７−１７７２（２００６）、「空気と真空で加熱された原子力顕微鏡カンチレバーの特徴化」。ヘリウムの熱伝導率は、０．１〜１ａｔｍの範囲で空気の熱伝導率より高い。
３．ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ６６ｔｈ  ｅｄ．，  Ｒ．Ｃ．  Ｗｅａｓｔ，  Ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｃｏ．，  ｐａｇｅ  Ｅ−２（１９８５）．Ｈｅガスの熱伝導率は、周辺温度及び圧力で空気より６倍高い。
４．Ｈａｎｓｍａ外、Ｂｉｏｐｈｙｓ  Ｊ．  ６８，  １６７２−１６７７（１９９５）、「ＤＮＡの原子力顕微鏡に対する適用」。乾式生物学的サンプルを安定化する有利な環境として周辺大気圧でヘリウム雰囲気の使用。
５．Ｄ’Ａｕｇｕｓｔｉｎｏ外、Ｊ．  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ２４６、  １２９−１４２（２０１２）、「生物学的適用のための高圧性原子力顕微鏡（ＡＦＭ）及び蛍光顕微鏡の開発及びテスト」。ＡＦＭを有する高圧性チャンバでヘリウム雰囲気の使用。
【００１１】
しかし、両方の目標を同時に達成するために、減少された圧力でヘリウム雰囲気を使用する利点は、以前に開示されていない。このような作業の圧力範囲は、ほとんどの人々が向上したＱのために使用することより高い（ヘリウムを用いて、圧力が真空に接近する必要がないということを知らない）。
【００１２】
本発明の実施形態に係る走査力顕微鏡は、気圧の一部（ｆｒａｃｔｉｏｎ）から１気圧までの範囲に置かれる（しかし、含まない）圧力でヘリウム環境において動作される。顕微鏡は、ＡＣモード（カンチレバーの連続振動）で動作し、結果的な増加されたカンチレバーＱは、向上した感度を提供する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る原子力顕微鏡（ＡＦＭ）１００を示した図である。ＡＦＭ（１００）は、Ｘ、Ｙ、及びＺモーションのための１つ以上のピエゾモーションデバイスにより制御されるように設計され得るサンプルスキャナ１０４に装着されて検査されるサンプル１０２を含む。ＡＦＭ（１００）は、さらに、サンプル１０２と相互作用する可撓性マイクロカンチレバー１０８上の尖ったプローブチップ１０６を備え、カンチレバー１０８のｎｍ−スケール偏向は、通常、光学レバーシステムである適した偏向センサ１１０により感知される。ＡＣモード動作のために、ディザドライブ（ｄｉｔｈｅｒ  ｄｒｉｖｅ）１１２は、通常、その機械的共振周波数のうち１つでカンチレバーを振動させる。サンプル１０２と尖ったチップ１０６との間に作用する力または力勾配は、振動カンチレバー１０８の振動振幅、周波数、または位相を変化させ、このような変化は、サンプルの一部特性の空間的変化を表すようにサンプル表面のイメージを発生させるために、制御機（図示せず）により解釈される。その最も簡単な動作モードで、ＡＦＭは、サンプルがチップの下でラスタ走査されることにより、チップとサンプル表面との間に一定のギャップを維持することでサンプルの地形をマッピングする。一定のギャップを維持するのに必要な制御信号を追跡し、記録することにより、地形イメージ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｅ）が発生され得る。調整可能な光源１１４が図１に示されたように追加され、このような光源からの光は、チップ−サンプルインターフェースに焦点が合わせられれば、サンプルによる光の吸収は、チップとサンプルとの間に作用する力及び力勾配を発生させる。このような力及び力勾配は、さらに、カンチレバーの振幅、周波数、または振動の位相に影響を与えることができる。このような変化をサンプル上の光波長及び位置の関数として記録することにより、サンプルの波長−依存的光吸収の分光イメージが発生され得るし、このようなモードでの動作は、光誘導力顕微鏡（ｐｈｏｔｏ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＰｉＦＭ）として称される。ＰｉＦＭについてのより詳細な説明、その動作理論、及び装置の説明は、参照によって本明細書に統合される、Ｄ．ＮｏｗａｋなどのＳｃｉｅｎｃｅ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｖｏｌ．２，  ｐａｇｅ  ｅ１５０１５７１（２０１６）により「光誘導力顕微鏡によるナノスケール化学イメージング」から探すことができる。
【００１４】
図１に示されたように、ＡＦＭ（１００）のチップ１０６及びサンプル１０２は、気密性密閉型チャンバ１１６内に封入され、これは、スキャナ１０４、偏向センサ１１０、及び調整可能な光源１１４（または、光は、透明ウィンドウまたは光ファイバを介して進入されることができる）のようなＡＦＭの他の要素を選択的に含むことができる。バルブ１２０を介してチャンバに連結された真空ポンプ１１８を使用してチャンバ１１６から空気のほとんどを空にした後、チャンバに取り付けられた圧力センサ１２６を使用してチャンバで目標圧力を達成するように他のバルブ１２４を使用してＨｅソース１２２（例えば、Ｈｅのタンク）からチャンバ内に十分なヘリウムガスが導入される。したがって、１気圧より低い、主にヘリウムを有する減少されたダンピング環境がプローブチップ１０６とサンプル１０２との間の相互作用を測定するようにチャンバ内に生成される。
【００１５】
チャンバ１１６でＨｅ圧力の雰囲気（真空と対比されるものとして）の少なくとも一部（ｆｒａｃｔｉｏｎ）を維持することにより、ヘリウム環境でシステム構成要素の冷却は、周辺空気で動作することと類似するか、または、これより良好である。多くの波長の光で光誘導力を記録する目的のために、延長された時間の間、サンプル上の特定位置を検査することが必要でありうるので、Ｈｅでの減少された圧力で動作することは、ＰｉＦＭが感度と分解能を増加させ、真空で装備加熱により誘発され得る熱ドリフト（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｒｉｆｔ）を緩和させるのに特に有益である。
【００１６】
低圧（例えば、０．１〜１ａｔｍ）ヘリウムで動作することは、真空での動作が要求することより簡単な装置を要求する。真空動作のために、より精巧な真空ポンプが必要であり、チャンバ１１６は、ポンプの動作が一般的に振動により顕微鏡の動作と互換されないため、延長された期間の間、適切な真空レベルを保持するように十分によく密封されなければならない。また、顕微鏡構成要素の自体加熱により誘発される熱ドリフトを緩和させるように、真空で動作することは、過度な熱ドリフトを避けるために、温度を十分に一定に維持するために、熱電冷却器、または温度コントローラを有するヒータのような能動温度制御の使用を要求できる。このような温度制御システムは、長い安定化時間を有することができ、温度安定化を待つ間、ユーザの生産性を低下させることができる。
【００１７】
本発明の実施形態において、ＡＦＭ（１００）は、機器が周辺空気で有することと同じ冷却を提供するヘリウム圧力で動作される。Ｈｅの熱伝導率が完全大気圧（１ａｔｍ）での空気より６倍高いので、Ｈｅが１ａｔｍで空気と同じ冷却を提供する圧力は、典型的に０．１〜０．５ａｔｍの範囲にあるであろう。冷却を周辺空気と一致させることで、チャンバにある顕微鏡要素の温度は、チャンバがサンプル交換のために開放されるとき、使用中でない遊休時間などに比べて、チャンバが閉鎖され、顕微鏡が動作されるとき、安定した状態を維持する傾向があるであろう。Ｈｅ圧力のこのような選択は、空気雰囲気からＨｅ雰囲気に切り換えるときの温度変化、及び熱ドリフトを許容可能なレベルまで減少させるのに必要な関連温度安定化時間を除去する。このようなＨｅ圧力で動作するとき、機器は、温度安定化を待つ停止時間なしに、Ｈｅ雰囲気への変更後、直ちに使用されることができる。例え、これが若干温和な真空に見える可能性があっても、振動カンチレバーでＨｅガスの減少されたダンピング効果のため、Ｑは、空気中で完全大気圧での動作に比べて相当向上する。
【００１８】
本発明の実施形態において、ＡＦＭ（１００）のカンチレバー１０８は、ディザドライブ１１２からディザ振動（ｄｉｔｈｅｒ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）の固定周波数及び振幅を提供することにより振動するように駆動される。駆動周波数は、典型的にカンチレバーの自由空間共振のうち１つ（または、「固有モード」）にあるか（サンプルに近接したり、または相互作用しないときの共振周波数）、または、このような共振より若干以上であるが、依然として共振ピークの幅内にある。チップ１０６がサンプル１０２に近接するとき、サンプルとチップとの間で作用する力勾配は、典型的に共振周波数を低めて、固定駆動周波数が共振ピークの中心から一層外れるようにし、これは、振動振幅での減少を招く。振幅での変化は、チップ−サンプル相互作用での変化を追跡するように使用されることができる。このようなモードは、振幅変調（ＡＭ）モードまたは傾き検出モードとして従来に公知されている。このようなモードにおいて、カンチレバー１０８の高いＱがシステムの帯域幅を減少させて、相互作用の力勾配が変わるときに振幅が変わるのにＱサイクルの振動が必要である。Ｑが高すぎない圧力（すなわち、高真空よりは、却って大気圧の一部で）で動作するように選択することにより、そして、十分に高い周波数を有する共振モード（第１の振動モードよりは第２の振動モードのような）を選択することにより、十分な帯域幅は、一般的に最も簡単な動作モードであるＡＭモードで達成されることができる。
【００１９】
他のオプションは、固定された駆動信号に対するカンチレバー振動の位相での変化を測定することにより、チップ−サンプル相互作用の力勾配を検出することである。このようなモードは、さらにＡＦＭの広く公知された動作モードである。
【００２０】
その代わりに、従来のＡＦＭに対して公知されたように、周波数変調（ＦＭ）モードが使用され得るし、これは、帯域幅の問題を克服するが、実現するのにさらに複雑である。ＦＭモードの特定実現は、可変周波数発振器でカンチレバー１０８を駆動し、カンチレバー振動の位相が位相同期ループ（ＰＬＬ）を使用してカンチレバー駆動信号に対して一定に保持されるように周波数を調整することである。代わりのＦＭモードは、偏向センサの出力を増幅させ、フィルタリングし、このような信号をディザドライブソースとして使用することにより、その振動共振周波数のうち１つでカンチレバーを自己振動させる（ｓｅｌｆ−ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）ものである。
【００２１】
ＰｉＦＭのために、カンチレバー１０８の２つの振動モードが典型的に用いられる。１つの振動モードは、地形を追跡し、チップ−サンプル間隔を一定に維持するためのものであり、２番目の振動モードは、光誘導力または力勾配を感知するためのものである。調整可能な光源１１４は、典型的に、用いられた２つの振動カンチレバーモードの差周波数（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である周波数で変調される。これは、ＰｉＦＭのための側波帯動作モードとして称される。その代わりに、光源１１４は、カンチレバー１０８の共振周波数で変調されることができる。これは、ＰｉＦＭのための直接駆動モードとして公知されている。
【００２２】
例え、ＡＦＭ（１００）がヘリウム雰囲気について記述されたとしても、他の実施形態において、他のダンピング減少ガスまたはダンピング減少ガスの組み合わせがヘリウムの代わりに使用され得る。本明細書で使用されるように、ダンピング減少ガスは、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せるガスである。
【００２３】
次いで、図２を参照すれば、本発明の実施形態に係る走査力顕微鏡、例えば、原子力顕微鏡１００を動作させるための方法の工程フローチャートが示されている。ブロック２０２において、走査力顕微鏡の密閉型チャンバからの少なくとも一部の空気は、真空ポンプを使用して空になる。走査力顕微鏡の密閉型チャンバは、走査力顕微鏡の少なくともプローブチップ及びサンプルスキャナを収容する。次に、ブロック２０４において、ダンピング減少ガスは、密閉型チャンバから空気を空にした後、密閉型チャンバ内の圧力を１気圧まで増加させることなく、密閉型チャンバ内に導入される。したがって、密閉型チャンバでの圧力は、１気圧以下に維持される。ダンピング減少ガスは、ヘリウムのように、空気より振動カンチレバーで少ないダンピングを見せる任意のガスである。実施形態において、密閉型チャンバが他のガスである残部とともに、少なくとも７５％のヘリウムを含むまで、ヘリウムは、密閉型チャンバに導入されるか、進入されることが許容される。他の実施形態において、密閉型チャンバが他のガスである残部とともに、少なくとも９５％のヘリウムを含むまで、ヘリウムは、密閉型チャンバに導入されるか、進入されることが許容される。実施形態において、密閉型チャンバでの圧力が０．１〜１気圧になるまで、ヘリウムは、密閉型チャンバ内に導入されるか、進入されることが許容される。他の実施形態において、密閉型チャンバでの圧力が予め限定された圧力になるまで、ヘリウムは、密閉型チャンバ内に導入されるか、進入されることが許容され、予め限定された圧力は、密閉型チャンバ内の顕微鏡要素の温度が周辺環境、すなわち、周辺温度及び圧力で空気環境において動作されるとき、顕微鏡要素の温度と実質的に類似するように（±５℃）選択される。実施形態において、予め限定された圧力は、０．１〜０．５気圧である。
【００２４】
次に、ブロック２０６において、走査力顕微鏡のサンプルスキャナ上のサンプルは、サンプルの特性を測定するように１気圧以下の圧力で密閉型チャンバ内のダンピング減少ガスを有する減少されたダンピング環境においてプローブチップを使用して引き込まれる。実施形態において、プローブチップとサンプルとの間の力勾配は、カンチレバーの機械的共振近辺の周波数で振動するように駆動される走査力顕微鏡の振動カンチレバーでの振幅の変化により検出される。カンチレバーの共振は、鋭利であるか、広いことができる。共振の鋭さ（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）は、共振のいわゆる「Ｑ因子」、Ｑに記述される。共振の幅は、略Ｑに分けた共振周波数（共振の中心で）と同じである。したがって、例えば、カンチレバーが１００ｋＨｚの共振周波数及び１００のＱ因子を有すれば、その共振の幅は、約１ｋＨｚである。カンチレバーが１００ｋＨｚの共振及び１０，０００のＱを有すれば、その共振の幅は、単に１０Ｈｚである。したがって、本明細書で使用されるように、共振「近辺」は、周波数が共振のピーク幅内にあるか、または、言い替えれば、共振の中心の略Ｆｒ／Ｑサイクル内にあるということを意味し、ここで、Ｆｒは、共振周波数であり、Ｑは、Ｑ因子である。Ｑは、大気からの粘性抗力が減少されるにつれて増加する。例えば、特定共振に対して周辺空気で１００のＱを有するカンチレバーは、圧力が減少されるにつれて（チャンバでポンピングダウン）Ｑ値が増加することが分かるであろう。同様に、空気がヘリウムに代替されれば、Ｑは、同じ圧力で空気中にあったことに比べて増加するであろう。
【００２５】
他の実施形態において、力勾配は、カンチレバーの機械的共振近辺の周波数で振動するように駆動される振動カンチレバーの位相での変化により検出される。他の実施形態において、力勾配は、カンチレバーの機械的共振近辺の周波数で自己振動するように駆動される振動カンチレバーの周波数での変化により検出される。このような実施形態において、カンチレバーの発振周波数は、駆動信号に対するカンチレバー振動の位相を測定する検出器を含む位相同期ループ（図示せず）により制御されることができる。実施形態において、チップ−サンプル合流点（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）は、特定波長でまたは波長の特定帯域にわたって動作する変調された光源により照明され、ここで、変調された光源は、チップに作用する時間変化力または力勾配を誘発し、時間変化力または力勾配は、顕微鏡により検出され、記録される。このような実施形態において、サンプルの表面地形は、カンチレバーの１つの振動固有モードを使用して感知されることができ、サンプルと変調された光源との相互作用により発生された力または力勾配は、カンチレバーの第２の振動固有モードを使用して感知される。レーザ変調周波数は、カンチレバーの固有モード周波数のうち１つと同様でありうる。その代わりに、レーザ変調周波数は、カンチレバーの２つの振動固有モードの周波数の差または合算周波数（ｓｕｍ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）でありうる。
【００２６】
本明細書において包括的に説明され、添付された図面に示された実施形態の構成要素は、極めて様々な構成で配列及び設計されることができる。したがって、図面に示されたような様々な実施形態の詳細な説明は、本発明の範囲を制限するように意図されず、単に様々な実施形態を表す。実施形態の様々な態様が図面に提示されているが、図面は、具体的に指示されない限り、必ず縮尺で図示されたものではない。
【００２７】
本発明は、その思想または本質的な特性を逸脱することなく、他の特定形態で実現されることができる。記述された実施形態等は、あらゆる面において単に例示的であり、制限でないことと見なされなければならない。したがって、本発明の範囲は、このような詳細な説明でなく、添付された請求の範囲により表れる。請求の範囲の意味及び等価範囲内にある全ての変更は、請求の範囲の範囲内に含まれなければならない。
【００２８】
本明細書の全体にわたって特徴、長所、または類似した言語に対する言及は、本発明により実現され得る全ての特徴及び長所が本発明の任意の単一実施形態にあるか、存在するということを意味しない。却って、特徴及び長所を言及する言語は、実施形態と関連して説明された特定特徴、長所、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味することと理解される。したがって、本明細書の全体にわたって特徴及び長所、及び類似した言語に対する議論は、同じ実施形態を指すことができるが、必ずしもそうではない。
【００２９】
また、本発明の説明された特徴、長所、及び特性は、１つ以上の実施形態で任意の適切な方式で組み合わせられることができる。当業者は、本明細書の説明を考慮して、本発明が特定実施形態の特定特徴または長所のうち１つ以上なしに実施され得るということを認識するであろう。他の場合に、本発明の全ての実施形態に存在しないことがある特定実施形態において追加的な特徴及び長所が認識され得る。
【００３０】
本明細書の全体にわたって「一実施形態」、「実施形態」、または類似した言語に対する言及は、指示された実施形態と関連して記述された特定特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。したがって、本明細書において「一実施形態において」、「実施形態において」、及び類似した言語の語句は、全て同じ実施形態を指すことができるが、必ずしもそうではない。
【００３１】
本明細書において方法（等）の動作が特定順序で図示され、説明されたとしても、それぞれの方法の動作順序は変更されることができ、特定動作は、逆順に行われることができるか、または、特定動作が少なくとも部分的に他の動作と同時に行われることができる。他の実施形態において、別個の動作の命令または下位動作は、間歇的及び／又は交互方式で実現されることができる。
【００３２】
方法に対する動作のうち、少なくとも一部は、コンピュータにより実行されるためにコンピュータ使用可能格納媒体に格納されたソフトウェア命令を使用して実現され得るということに留意すべきである。例として、コンピュータプログラム製品の実施形態は、コンピュータで実行されるとき、コンピュータが本明細書に記述されたような動作を行わせるコンピュータ読み取り可能プログラムを格納するコンピュータ使用可能格納媒体を含む。
【００３３】
また、本発明の少なくとも一部の実施形態は、コンピュータまたは任意の命令実行システムにより、またはこれと関連して使用するためのプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。このような説明の目的のために、コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスにより、またはこれと関連して使用するためのプログラムを含むか、格納するか、通信するか、伝播するか、または運搬できる任意の装置でありうる。
【００３４】
コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体システム（または、装置またはデバイス）、または伝播媒体でありうる。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、半導体またはソリッドステートメモリ、不揮発性メモリ、ＮＶＭｅデバイス、永久メモリ、磁気テープ、移動式コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクの現在例は、読み取り専用メモリを有するコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、読み取り／記録を有するコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、及びＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスクを含む。
【００３５】
前記説明において、様々な実施形態の特定詳細が提供される。しかし、一部の実施形態は、このような特定詳細の全てより少なく実施されることができる。他の例において、特定方法、手順、構成要素、構造、及び／又は機能は、簡潔性及び明瞭性のために、本発明の様々な実施形態を可能なようにすることよりさらに詳細に説明されない。
【００３６】
本発明の特定実施形態が説明され、図示されたとしても、本発明は、このように説明され、図示された部分の特定形態または配列に制限されてはならない。本発明の範囲は、添付された請求の範囲及びその等価物により限定されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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