JP2021139714A - 走査型プローブ顕微鏡用プローブの製造方法およびプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】微細構造の電気的特性や温度ならびに熱的特性を測定可能な高い空間分解能を可能にするプローブを提供する。【解決手段】本実施形態によるプローブの製造方法は、 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造に用いられる。絶縁膜は、基体に設けられたプローブの表面上に形成される。絶縁膜に金属イオンが注入される。絶縁膜に電界を印加することによってプローブの先端の絶縁膜に金属イオンを集中させて該絶縁膜中に金属フィラメントを形成する。【選択図】図３

Description

本実施形態は、走査型プローブ顕微鏡用プローブの製造方法およびプローブに関する。

走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope））は、先端にプローブを有するカンチレバーを備えている。特に走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ（Scanning thermal microscopy）では、先端に熱電対を備えたプローブを用いてゼーベック効果で生じた電流を計測することにより試料の表面温度を測定したり、またはプローブ先端部の電気抵抗の温度依存性から試料表面の熱伝播特性を調べることなどができる。この熱顕微鏡をナノスケールレベルの微細構造へ適用するには、ナノスケールレベルに微細化した導電性プローブが必要とされている。

カンチレバーのプローブとしては、例えば、異なる複数種類の金属を接合して形成された熱電対プローブが用いられる。このようなカンチレバーの空間分解能は金属接合部のサイズに依存する。よって、ナノスケールレベルの微細構造の熱特性評価を可能にするために、プローブ先端を、充分に小さくすることが求められる。

米国特許公開第２０１４／０２８４５３５号公報 米国特許第９０８２９７３号公報 米国特許公開第２０１８／００７４０９３号公報

微細構造の電気的特性や温度ならびに熱的特性を測定可能な走査型熱顕微鏡において高い空間分解能を可能にするプローブを提供する。

本実施形態によるプローブの製造方法は、走査型顕微鏡用プローブの製造に用いられる。絶縁膜は、基体に設けられたプローブの表面上に形成される。絶縁膜に金属イオンが注入される。絶縁膜に電界を印加することによってプローブの絶縁膜に金属イオンを集中させて該絶縁膜中に金属フィラメントを形成する。

第１実施形態による走査型プローブ顕微鏡の構成の一例を示すブロック図。 第１実施形態によるプローブの構成の一例を示す断面図。 カンチレバーのプローブの先端を示す拡大断面図。 第１実施形態によるプローブの製造方法の一例を示す概略図。 図４に続く、プローブの製造方法の一例を示す概略図。 図５に続く、プローブの製造方法の一例を示す概略図。 図６Ａのプローブの先端部分の拡大断面図。 図６Ａに続く、プローブの製造方法の一例を示す概略図。 図７Ａのプローブの先端部分の拡大断面図。 絶縁膜に磁場を印加している様子を示す図。 絶縁膜に磁場を印加している様子を示す図。 第２実施形態によるフィラメントの構成および形成工程の一例を示す断面図。 図９Ａのプローブの先端部分の拡大断面図。 第３実施形態によるフィラメントの構成および形成工程の一例を示す断面図。 図１０Ａのプローブの先端部分の拡大断面図。 第４実施形態によるフィラメントの構成および形成工程の一例を示す断面図。 図１１Ａのプローブの先端部分の拡大断面図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による走査型プローブ顕微鏡の構成の一例を示すブロック図である。走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭとも呼ぶ）１は、カンチレバー１０と、ステージ２０と、駆動部３０と、コントローラ４０と、コンピュータ５０と、フィードバック回路６０と、電流計７０と、発光素子８０と、光検出器９０と、磁場発生装置１１０とを備えている。

ＳＰＭ１は、カンチレバー１０の導電性プローブ１１の先端を用いて、ステージ２０上の試料１００の表面を走査する。その際、カンチレバー１０と試料１００との間に電圧を印加することにより、ＳＰＭ１は、プローブ１１を流れる電流から試料１００の電気的特性を評価する。ＳＰＭ１は、走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ（Scanning Thermal Microscope））として構成されてもよい。この場合、ＳＰＭ１は、試料１００の温度や熱特性を測定する。

カンチレバー１０は、カンチレバーの基体の端部にプローブ１１を有し、そのプローブ１１の先端で試料１００の表面に接触し走査する。カンチレバー１０の構成およびその製造方法についは後述する。

ステージ２０は、試料１００を載置可能に構成されている。ステージ２０は、例えば、金属等の導電性材料で構成されており、試料１００の電気的特性または熱特性の測定時に電極として機能する。

駆動部３０は、ステージ２０を移動させることができる。例えば、駆動部３０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を駆動するためのピエゾを内蔵したスキャナであり、試料１００をプローブ１１に接近させあるいはプローブ１１から離間させるためにステージ２０をＺ方向に移動させ、また、Ｘ−Ｙ面内で移動させることができる。

コントローラ４０は、駆動部３０を制御してステージ２０の位置を制御する。コンピュータ５０は、光検出器９０からの検出結果を、フィードバック回路６０を介して受け取り、プローブ１１の位置を算出する。コンピュータ５０は、プローブ１１の位置に基づいて、ステージ２０を所定位置に移動させるために、位置指令、速度指令、トルク指令等をコントローラ４０へ出力する。

電流計７０は、カンチレバー１０に接続されており、プローブ１１を流れた電流を測定し、測定結果をコンピュータ５０へ送信する。コンピュータ５０は、測定結果を格納し、かつ、測定結果に基づいて試料１００の電気特性または熱特性を算出する。また、コンピュータ５０は、試料１００のトポグラフィーならびに温度、または熱特性分布像を作成することができる。

発光素子８０は、カンチレバー１０の背面に光（例えば、レーザ光）を照射する。光検出器９０は、カンチレバー１０の背面で反射した反射光を検出する。これにより、カンチレバー１０の角度を検出することができる。

フィードバック回路６０は、光検出器９０からの信号をコンピュータ５０にフィードバックする。コンピュータ５０は、コントローラ４０および駆動部３０を介して、ステージ２０上の試料１００の高さを調節する。これにより、ＳＰＭ１は、カンチレバー１０と試料１００との間の距離または接触状態（押圧力等）を制御することができる。

磁場発生装置１１０は、例えば、ポールピース１１１と、電磁コイル１１２とを備えた磁界レンズでよい。ポールピース１１１および電磁コイル１１２は、ステージ２０の周囲に設けられており、プローブ１１に磁場Ｂを集中的に印加することができる。Ｚ方向から見たときに、ステージ２０が略円形である場合には、磁場発生装置１１０もステージ２０の形状に適合させて円環状にすればよい。尚、磁場発生装置１１０は、ステージ２０に取り付けられている。しかし、磁場発生装置１１０は、必ずしもステージ２０に搭載する必要は無く、ステージ２０の外からプローブ１１に磁場を印加することができればよい。

次に、カンチレバー１０の構成について説明する。カンチレバー１０は、プローブ１１の先端において試料１００に接触しつつ試料１００の表面を走査し、試料１００の電気的特性または熱的特性を評価する。

図２は、第１実施形態によるカンチレバーの構成の一例を示す断面図である。カンチレバー１０は、基体１５と、プローブ１１と、絶縁膜１２と、金属フィラメント１３とを備えている。基体１５は、例えば、角柱状の片持ち梁であり、その端部にプローブ１１を有する。プローブ１１は、基体１５の延伸方向に対して略垂直方向に突出している。基体１５およびプローブ１１は、一体として構成されていてもよい。本実施形態において、基体１５およびプローブ１１には、金属等の導電性材料を用いている。また、基体１５およびプローブ１１にはシリコンを用いてもよい。

絶縁膜１２は、基体１５の表面を被覆しており、かつ、プローブ１１の表面を被覆する。絶縁膜１２には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ、窒化アルミなどの絶縁性材料が用いられる。絶縁膜１２は、金属イオンを含有している。

金属フィラメント１３は、プローブ１１の先端から絶縁膜１２の表面まで絶縁膜１２の厚み方向に延伸するように設けられている。金属フィラメント１３は、絶縁膜１２に含まれる金属イオンと同じ金属で構成されている。即ち、プローブ１１を被覆する絶縁膜１２は、金属フィラメント１３と同種の金属イオンを含む。

図３は、プローブの先端を示す拡大断面図である。プローブ１１は、絶縁膜１２で被覆されており、プローブ１１の先端には、金属フィラメント１３が設けられている。金属フィラメント１３は、プローブ１１の先端から絶縁膜１２をその厚み方向（Ｚ方向）に延伸し、絶縁膜１２の外表面まで設けられている。これにより、プローブ１１が試料１００を走査したときに、金属フィラメント１３は、プローブ１１の先端において試料１００に直接接触し、プローブ１１（即ち、基体１５）と絶縁膜１２の外側の試料１００とを電気的に接続することができる。絶縁膜１２は、金属フィラメント１３の周囲を覆い、プローブ１１を外部から電気的に絶縁している。

金属フィラメント１３は、絶縁膜１２に含まれる金属イオンと同じ金属Ｍで構成されている。金属フィラメント１３には、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の群から選択されたいずれかの金属、上記群から選択されたいずれか２つ以上の合金、上記群から選択されたいずれかの金属窒化物、上記群から選択されたいずれかの金属炭化物、または、上記群から選択されたいずれかの金属カルコゲナイド材料が用いられる。

このように、本実施形態によるカンチレバー１０は、基体１５のプローブ１１の表面を絶縁膜１２で被覆し、金属フィラメント１３のみで基体１５と試料１００との間を電気的に接続する。金属フィラメント１３の周囲を覆う絶縁膜１２は、プローブ１１または基体１５を試料１００から電気的に絶縁する。

次に、カンチレバー１０の製造方法について説明する。

図４〜図８Ｂは、第１実施形態によるカンチレバーの製造方法の一例を示す概略図である。まず、図４に示すように、基体１５を準備する。基体１５は、例えば、角柱状の片持ち梁の基体であり、その一方の端部にプローブ１１を有する。プローブ１１は、基体１５の延伸方向に対して略垂直方向に突出している。基体１５およびプローブ１１は、一体として構成されている。本実施形態において、基体１５およびプローブ１１には、金属等の導電性材料を用いている。また、基体１５およびプローブ１１にはシリコンを用いてもよい。

次に、図５に示すように、プローブ１１のある基体１５の表面上に絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２は、プローブ１１の表面を被覆する。絶縁膜１２には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ、窒化アルミなどの絶縁性材料が用いられる。絶縁膜１２の厚みは、例えば、１００ｎｍ未満である。

次に、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、プローブ１１を被覆する絶縁膜１２に金属イオンＭ^＋を導入する。図６Ｂは、図６Ａのプローブ１１の先端部分の拡大断面図である。金属イオンＭ^＋の導入は、たとえば、イオン注入法、プラズマ浸漬注入法、プラズマイオン処理等のいずれでもよい。このとき、金属イオンＭ^＋は、プローブ１１の下方から突出方向（Ｚ方向）に向かって、イオン注入される。即ち、金属イオンＭ^＋は、プローブ１１に対して対向する方向からイオン注入される。この場合、イオン注入によって、プローブ１１の先端が丸まるおそれがある。一方、金属イオンＭ^＋は、プローブ１１とは反対側の基体１５の背面側から注入されてもよい。即ち、金属イオンＭ^＋は、上記突出方向とは逆方向（−Ｚ方向）から基体１５を突き抜けて絶縁膜１２内にイオン注入されてもよい。この場合、金属イオンＭ^＋は、基体１５の背面から導入されるので、プローブ１１の先端は削られず丸まらない。

次に、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、プローブ１１の先端の絶縁膜１２を電極１０１に接触させる。図７Ｂは、図７Ａのプローブ１１の先端部分の拡大断面図である。電極１０１は、試料１００に代えてステージ２０上に搭載された導電体でよい。

次に、絶縁膜１２に電界を印加することによってプローブ１１の先端の絶縁膜１２に金属イオンＭ^＋を集中させて該絶縁膜１２中に金属フィラメント１３を形成する。このとき、電源７５は、電極１０１と基体１５との間に接続され、電極１０１と基体１５との間に電圧を印加する。電極１０１は、導電体の金属フィラメント１３を形成するために用いられる導電体であり、測定対象の試料１００とは異なる。電極１０１は、プローブ１１の先端の絶縁膜１２の底面に接触する。そして、プローブ１１と電極１０１の間に電圧を印加する。これにより、絶縁膜１２内に電界が発生する。電界は、プローブ１１の先端で最も強くなり、少なくとも２回以上の印可電圧の極性を反転させることによって金属イオンＭ^＋は、プローブ１１の先端と電極１０１との間の絶縁膜１２に集積する。その後、金属イオンＭ^＋は、電極１０１から供給される電子と結合し、金属Ｍとなり安定した金属フィラメント１３を構成する。即ち、金属イオンＭ^＋は、プローブ１１の先端と電極１０１との間の絶縁膜１２に移動し集中して、その後、金属Ｍとなって安定した状態で金属フィラメント１３となる。これにより、金属フィラメント１３は、プローブ１１の先端において、絶縁膜１２の厚み方向に絶縁膜１２を貫通するように形成される。金属フィラメント１３は、例えば、金やプラチナ等の安定した金属（貴金属）Ｍによって構成され得るので、酸化され難くかつ移動し難い。従って、その後の試料１００の電気的特性または熱特性の測定時に、金属フィラメント１３は比較的劣化（酸化）しにくい。

金属フィラメント１３の形成工程にいて、電源７５は、電極１０１と基体１５とに印加する電圧の極性を反転させる場合がある。従って、電源７５は、極性を反転可能な仕様になっている。電源７５は、絶縁膜１２に、＋Ｚ方向と−Ｚ方向とに反転させながら電界を印加する。尚、電界の印加方向の反転を過剰に繰り返すと、絶縁膜１２が破壊する可能性があるため、電源７５の極性の反転回数は、制限することが好ましい。

絶縁膜１２に電界を印加するのと同時に、本実施形態では、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、絶縁膜１２に磁場Ｂを印加する。図８Ａおよび図８Ｂは、絶縁膜１２に磁場Ｂを印加している様子を示す図である。磁場発生装置１１０は、ステージ２０の周囲に設けられた電磁コイル１１２に電流を流し、磁場Ｂを発生させる。ポールピース１１１は、磁場Ｂを導き、プローブ１１の先端の絶縁膜１２に大きな磁場Ｂを印加する。これにより、電界とともに、磁場Ｂもプローブ１１の先端の金属イオンＭ^＋に印加される。磁場Ｂはプローブ１１を中心に垂直方向に印加する。その結果、金属イオンＭ^＋は、プローブ１１の先端と電極１０１との間の絶縁膜１２により効果的に集中し、電子と結合して金属Ｍとなり安定した金属フィラメント１３を形成する。絶縁膜１２の表面に露出した金属フィラメント１３の幅（径）は、例えば、５ｎｍ未満である。これにより、ＳＰＭ１のプローブ１１の熱特性評価における空間分解能は、５ｎｍ未満となる。

電極１０１と基体１５との間で所定電流以上の電流が流れたときに、コンピュータ５０は、金属フィラメント１３が形成されたと判断し、電源７５からの電界の印加を停止する。

尚、試料１００をステージ２０上に載置して電気的特性または熱特性を測定する際には、プローブ１１と試料１００との間に電圧を印加しながら測定することがある。一方、金属フィラメント１３の形成後、磁場は不要になる。従って、試料１００の熱特性を測定する際には、磁場発生装置１１０は、不要であり、ＳＰＭ１から取り外してもよい。

試料１００の電気的特性または熱特性は、金属フィラメント１３の電気特性（例えば、抵抗値）の温度変化によって測定可能である。

以上のように、本実施形態によれば、基体１５のプローブ１１の絶縁膜１２に金属イオンＭ^＋を導入し、電界、あるいは、電界および磁界を印加することによって金属イオンＭ^＋をプローブ１１の先端の絶縁膜１２に集中（集積）させる。これにより、プローブ１１の先端から絶縁膜１２をその厚み方向（Ｚ方向）に延伸する金属フィラメント１３が形成される。

金属フィラメント１３は、プローブ１１の先端において、非常に細く形成され、高い空間分解能を有する。また、金属フィラメント１３は、例えば、金やプラチナ等の安定した金属によって構成され得るので、安定しており、試料１００の電気的特性または熱特性の測定時に比較的劣化しにくい。

（変形例）
金属フィラメント１３の形成時において、電源７５の電圧を次第に強めて、かつ、絶縁膜１２に印加される電界を次第に強めてもよい。このようにしても、金属フィラメント１３が、次第にプローブ１１の先端に集中していくように形成される。

（第２実施形態）
図９Ａは、第２実施形態によるフィラメントの構成および測定方法の一例を示す断面図である。図９Ｂは、図９Ａのプローブ１１の先端部分の拡大断面図である。

第２実施形態では、導電体膜１４がプローブ１１の先端の絶縁膜１２を被覆している。導電体膜１４は、試料１００が絶縁性である場合に、試料１００の熱特性を測定する際に測定用電極として用いられる。導電体膜１４は、絶縁膜１２の全体を被覆してもよいし、プローブ１１の表面のみを被覆してもよい。導電体膜１４は、金属フィラメント１３を形成した後に絶縁膜１２上に成膜すればよい。金属フィラメント１３の形成方法は、第１実施形態と同様である。従って、図９Ａおよび図９Ｂは、試料１００の熱特性の測定時の様子を示している。

ステージ２０上の試料１００が絶縁体である場合には、このように導電体膜１４をカンチレバー１０側に測定用電極として設ける必要がある。導電体膜１４には、熱伝導率が高い金属、例えば、金や銀、銅、アルミ、タングステンを用いることができる。また、その他の物質ではダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンが用いられる。

電源７６は、試料１００の熱特性を測定する際に、導電体膜１４とプローブ１１との間に電力を印加する。電源７６は、金属フィラメント１３の形成に用いられる電源７５と異なる電源でもよく、同一電源でもよい。

導電体膜１４は、図７Ａに示すようにプローブ１１の先端に金属フィラメント１３を形成した後に絶縁膜１２上に形成すればよい。

第２実施形態のその他の構成および製造工程は、第１実施形態の対応する構成および製造工程と同様でよい。これにより、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１０Ａは、第３実施形態によるフィラメントの構成および測定方法の一例を示す断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａのプローブ１１の先端部分の拡大断面図である。

第３実施形態では、基体１５が非導電体である。よって、基体１５のプローブ１１の表面に、導電体膜１６を形成する。導電体膜１６は、プローブ１１の設けられた基体１５の一面全体を被覆する。

絶縁膜１２は、導電体膜１６上を被覆する。絶縁膜１２は、導電体膜１６からはみ出して基体１５に接触しても構わない。ただし、導電体膜１６は、フィラメント１３の形成用の電源７５および熱特性の測定用の電源７５、７６に電気的に接続される必要があるので、導電体膜１６の少なくとも一部は、絶縁膜１２から露出されている必要がある。

導電体膜１６は、基体１５に代わって、金属フィラメント１３の形成時における電極として機能する。従って、金属フィラメント１３の形成工程では、基体１５の底面に導電体膜１６が形成される。図７Ａに示す電源７５は、導電体膜１６と電極１０１との間に接続される。電源７５が導電体膜１６と電極１０１との間に電圧を印加することによって、絶縁膜１２に金属フィラメント１３が形成される。金属フィラメント１３の形成方法は、基本的に第１実施形態と同じである。また、導電体膜１６は、試料１００の熱特性を測定する際に測定用電極としても用いられる。つまり、導電体膜１６は、金属フィラメント１３の形成用の電極でもあり、試料１００の特性の測定用電極でもある。

導電体膜１４は、第２実施形態のそれと同様に、試料１００が絶縁性である場合に、試料１００の熱特性を測定する際に測定用電極として用いられる。導電体膜１４は、絶縁膜１２によって導電体膜１６から電気的に絶縁されている。導電体膜１４は、絶縁膜１２の全体を被覆してもよく、プローブ１１の表面上の絶縁膜１２のみを被覆してもよい。導電体膜１４は、金属フィラメント１３を形成した後に絶縁膜１２上に成膜すればよい。

ステージ２０上の試料１００が絶縁体であり、かつ、基体１５が非導電性の場合には、このように導電体膜１４、１６を両極性の電極として設ける必要がある。導電体膜１４は、試料１００の熱特性を測定するための測定用電極として機能する。導電体膜１６は、金属フィラメント１３の形成用電極および試料１００の特性の測定用電極の両方の機能を兼ね備える。

導電体膜１４には例えば、金や銀、銅、アルミ、タングステン、その他の物質ではダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンが用いられ、導電体膜１６には、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の群から選択されたいずれかの金属、上記群から選択されたいずれか２つ以上の合金、上記群から選択されたいずれかの金属窒化物、上記群から選択されたいずれかの金属炭化物、または、上記群から選択されたいずれかの金属カルコゲナイド材料が用いられる。

導電体膜１６は、基体１５のプローブ１１の表面上に形成すればよい。その後、絶縁膜１２、導電体膜１４および金属フィラメント１３は、第２実施形態のそれらと同様に形成すればよい。

第３実施形態のその他の構成および製造工程は、第１または第２実施形態の対応する構成および製造工程と同様でよい。これにより、第３実施形態は、第１または第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図１１Ａは、第４実施形態によるフィラメントの構成および測定方法の一例を示す断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａのプローブ１１の先端部分の拡大断面図である。

第４実施形態では、基体１５が非導電体である。従って、第３実施形態と同様に、基体１５のプローブ１１の表面には、導電体膜１６を形成する。一方、ステージ２０上の試料１００が導電体である場合、導電体膜１４は不要である。従って、第４実施形態では、導電体膜１４は設けられていない。

絶縁膜１２は、導電体膜１６上を被覆する。絶縁膜１２は、導電体膜１６からはみ出して基体１５に接触しても構わない。ただし、導電体膜１６は、図７Ａの電源７５または受１１Ａの電源７６に電気的に接続される必要があるので、導電体膜１６の少なくとも一部は、絶縁膜１２から露出されている必要がある。導電体膜１６は、第３実施形態のそれと同様に、金属フィラメント１３の形成用電極および試料１００の電気的特性および熱特性の測定用電極の両方の機能を兼ね備える。

ステージ２０上に導電体の電極１０１が搭載され、かつ、基体１５が非導電性の場合には、このように導電体膜１６を電極として設ける必要がある。

導電体膜１６は、図４に示すように基体１５のプローブ１１の表面上に形成すればよい。その後、絶縁膜１２および金属フィラメント１３は、第１実施形態のそれらと同様に形成すればよい。

金属フィラメント１３を形成する際には、図７Ｂの電極１０１および導電体膜１６を電極として用いるので、電源７５は、電極１０１と導電体膜１６との間に接続される。これにより、電源７５は、プローブ１１の先端において、電極１０１と導電体膜１６との間の絶縁膜１２に電界を印加することができる。また、第４実施形態において、図８Ａおよび図８Ｂの磁場発生装置１１０を設けて、電界とともに磁場を絶縁膜１２に印加してもよい。これにより、プローブ１１の絶縁膜１２の金属イオンＭ^＋に電界、あるいは、電界および磁界を印加することができる。その結果、図９Ｂに示すように、プローブ１１の先端から絶縁膜１２をその厚み方向（Ｚ方向）に延伸する金属フィラメント１３が形成され得る。

第４実施形態のその他の構成および製造工程は、第１または第３実施形態の対応する構成および製造工程と同様でよい。これにより、第４実施形態は、第１または第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 走査型プローブ顕微鏡、１０ カンチレバー、１１ プローブ、１２ 絶縁膜、１３ 金属フィラメント、１５ 基体、２０ ステージ、３０ 駆動部、４０ コントローラ、５０ コンピュータ、６０ フィードバック回路、７０ 電流計、８０ 発光素子、９０ 光検出器、１１０ 磁場発生装置、

Claims (14)

1. 走査型プローブ測定装置に用いられるプローブの製造方法であって、
   基体に設けられたプローブの表面上に絶縁膜を形成し、
   前記絶縁膜に金属イオンを注入し、
   前記絶縁膜に電界を印加することによって前記プローブの先端の前記絶縁膜に前記金属イオンを集中させて該絶縁膜中に金属フィラメントを形成することを具備する、製造方法。
2. 前記金属フィラメントの形成時に、前記絶縁膜に電界を印加するとともに、磁界も印加する、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属フィラメントには、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の群から選択されたいずれかの金属、前記群から選択されたいずれか２つ以上の合金、前記群から選択されたいずれかの金属窒化物、前記群から選択されたいずれかの金属炭化物、または、前記群から選択されたいずれかの金属カルコゲナイド材料が用いられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記基体が導電体である場合、
   前記金属フィラメントの形成時に、前記基体の底面に電極を接触させて前記基体と前記電極との間に電圧を印加することによって前記絶縁膜に電界を印加する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記基体が非導電体である場合、
   前記基体に設けられたプローブの表面に第１導電体膜を形成し、
   前記絶縁膜は前記第１導電体膜上に形成され、
   前記金属フィラメントの形成時に、前記絶縁膜の底面に電極を接触させて前記第１導電体膜と前記電極との間に電圧を印加することによって前記絶縁膜に電界を印加する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記金属イオンは、前記プローブの突出方向または該突出方向の反対方向から注入される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記絶縁膜に印加される電界の方向と磁界の方向とはほぼ同一方向である、請求項２に記載の方法。
8. 前記絶縁膜に印加される電界の印加方向は、前記プローブの突出方向と該突出方向の反対方向とで変更され、
   前記絶縁膜に印加される磁界の方向は変更されない、請求項２に記載の方法。
9. 走査型プローブ測定装置に用いられるプローブであって、
   基体と、
   前記基体に設けられたプローブと、
   前記プローブを被覆し、金属イオンを含有する絶縁膜と、
   前記プローブの先端から前記絶縁膜の表面まで前記絶縁膜の厚み方向に延伸するように設けられた金属フィラメントとを備えた、プローブ。
10. 前記金属イオンには、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の群から選択されたいずれかの金属、前記群から選択されたいずれか２つ以上の合金、前記群から選択されたいずれかの金属窒化物、前記群から選択されたいずれかの金属炭化物、または、前記群から選択されたいずれかの金属カルコゲナイド材料が用いられる、請求項９に記載のプローブ。
11. 前記基体が導電体である場合、
    前記突起部の表面において前記絶縁膜が露出している、請求項９または請求項１０に記載のプローブ。
12. 前記基体が非導電体である場合、
    前記プローブを被覆する第１導電体膜をさらに備え、
    前記絶縁膜は、前記第１導電体膜を介して前記プローブ上を被覆している、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のプローブ。
13. 前記第１導電体膜および前記絶縁膜を介して前記プローブ上を被覆している第２導電体膜をさらに備えている、請求項１２に記載のプローブ。
14. 前記プローブを被覆する前記絶縁膜は、前記金属フィラメントと同種の金属イオンを含む、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のプローブ。

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