JP2016148674A - ミクロンまたはナノスケールでの機械的試験用の環境コンディショニングアセンブリ - Google Patents
ミクロンまたはナノスケールでの機械的試験用の環境コンディショニングアセンブリ Download PDFInfo
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Abstract
Description
ジャケット支持部(材料:アンバー)=1/2ΔT×25mm×1.2ppm/℃=15nm/℃
インタフェース部材(材料:銅)=ΔT×-1mm×17ppm/℃=-17nm/℃
ステージ支持部(材料:石英)=1/2ΔT×9.4mm×0.5ppm/℃=2.4nm/℃
リンケージ600にわたる(例えば、それぞれの構成部品を通して)正味の変位は、ステージ支持部602の最上部において、環境コンディショニングアセンブリ108にて1℃あたり約0.4nmである。
102 機器チャンバ
104 機器筐体
106 試験機器
108 環境コンディショニングアセンブリ
110 包囲筐体
200 ボトムジャケット
202 トップジャケット
204 ベースプレート
206 環境キャビティ
208 冷却導入口
210 冷却排出口
212 トップヒータインタフェース
214 センサインタフェース
216 ボトムヒータインタフェース
218 試験機器アクセスポート
300 試料ステージ
304 試料ヒータ
306 試料ステージ面
308 ボトム遮断リング
310 トップ遮断リング
312 トップヒータ
314 ジャケットシール
316 インタフェース部材
318 ジャケット支持部
320 ガイドポスト
321 経路
322 環境コンディショニング導入口
324 環境コンディショニング排出口
326 気体送達経路
402 ピン凹部
404 凹谷部
406 発熱素子リード
408 熱電対リード
500 挟持面
502 発熱素子
504 発熱素子リード
506 トップヒータ熱電対
508 熱電対リード
510 流路
600 膨張・縮小リンケージ
602 ステージ支持部
604 支持ポスト
606 柱体
608 支持キャビティ
612 支持インタフェース
614 ステージインタフェース
616 リニア軸受
800 プローブ
802 プローブシャフト
804 プローブ先端
806 試料
808 電気接点
810 電気接点
900 排出口
904 冷却または加熱流体源
906 コンディショニング用流体源
908 調節ポンプ
910 抽出リザーバ
912 抽出ポンプ
912 遮断流体ポンプ
914 遮断流体源
Claims (20)
- 機械的試験に使用する環境コンディショニングアセンブリであって、
環境キャビティを含む包囲筐体であって、前記包囲筐体は、前記包囲筐体を通り前記環境キャビティ内へと延在する試験機器アクセスポートを含み、前記試験機器アクセスポートの内面が、前記試験機器アクセスポート内に配置可能な試験機器を包囲するように延在し、前記試験機器アクセスポートの前記内面と前記試験機器との間には隙間があり、該隙間は、前記試験機器を前記試験機器アクセスポートの前記内面から離間させ、かつ、試験手順中に前記試験機器を前記包囲筐体から機械的に分離させ、かつ、前記環境キャビティから前記隙間を通っての流体の流れを許容し、従って、前記試験機器アクセスポートは、前記試験機器が前記試験機器アクセスポート内を通過するように構成されている、包囲筐体と、
前記環境キャビティ内の試料ステージであって、前記試料ステージは試料を上に支持するよう構成されたステージ面を含み、前記包囲筐体の前記環境キャビティが前記試料ステージを取り囲んでおり、前記試験機器アクセスポートは、前記試験機器が前記試験機器アクセスポートの前記内面から離間されながら前記試料に到達するのを可能にするよう構成されている、試料ステージと、
前記包囲筐体内の前記ステージ面上の前記試料を加熱または冷却するよう構成された、試料加熱または冷却システムと、
を含むことを特徴とする環境コンディショニングアセンブリ。 - 前記包囲筐体は、機器アセンブリの機器チャンバ内に配置されるように構成されており、前記機器チャンバの容積は、前記環境キャビティの容積よりも大きい、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 前記包囲筐体は、ボトムジャケットと結合されたトップジャケットを含み、前記試料加熱または冷却システムは、前記トップジャケット内のトップヒータと、前記試料ステージ内の試料ヒータとを含み、前記試料ステージは、前記トップジャケットと前記ボトムジャケットとの間に配置され、前記トップジャケットおよび前記ボトムジャケットは、前記試料ヒータと前記トップヒータとの間に試料を挟持するよう構成される、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 膨張・縮小リンケージを更に備え、該膨張・縮小リンケージは、
支持インタフェースと、前記支持インタフェースから窪んでいるステージインタフェースとを有するインタフェース部材と、
前記ステージインタフェースにて前記インタフェース部材と結合された一つ以上のステージ支持部であって、前記一つ以上のステージ支持部が前記試料ステージと結合されている、一つ以上のステージ支持部と、
前記支持インタフェースにて前記インタフェース部材と結合された一つ以上のインタフェース支持部と、
を含み、
試料が定常状態温度で加熱または冷却される構成において、前記膨張・縮小リンケージは、定常状態温度の上下への温度変動に応じて膨張または縮小し、前記ステージ面のステージ面高さは、前記膨張・縮小リンケージの膨張および縮小によって実質的に変わることがないよう維持される、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。 - 前記一つ以上のステージ支持部および前記一つ以上のインタフェース支持部は、前記温度変動で第一の方向に膨張または縮小し、
前記支持インタフェースと前記ステージインタフェースとの間の前記インタフェース部材は、前記温度変動で、前記第一の方向とは反対の第二の方向に膨張および縮小し、前記インタフェース部材の前記第二の方向への前記膨張または縮小は、前記一つ以上のステージ支持部および前記一つ以上のインタフェース支持部の前記第一の方向への前記膨張または縮小と一致する、ことを特徴とする請求項4に記載の環境コンディショニングアセンブリ。 - 前記試料ステージは、
前記ステージ面とその反対側のステージ面との間の第一の厚みと、
前記反対側のステージ面から前記ステージ面まで延在する複数のピン凹部であって、凹谷部が前記複数のピン凹部のそれぞれの中に配置され、前記凹谷部は前記ステージ面に直接隣接している、複数のピン凹部と、
を含み、
前記一つ以上のステージ支持部は複数の支持ピンを含み、該複数の支持ピンは、前記複数のピン凹部に受容され且つ前記ステージ面に隣接する前記凹谷部と係合する支持ピン端を有し、前記ステージ面と前記凹谷部との間の第二の厚みは、前記第一の厚みよりも小さい、ことを特徴とする請求項4に記載の環境コンディショニングアセンブリ。 - 前記試料加熱または冷却システムは、前記試料ステージ内に試料ヒータを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 前記試験機器アクセスポートの前記内面は、前記包囲筐体の外面から前記環境キャビティへと先細りしている、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 前記包囲筐体は、前記環境キャビティ内へと延在する環境コンディショニング用流体導入口を含み、また前記包囲筐体は、前記環境キャビティから外部へと延在する環境コンディショニング用流体排出口を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 前記環境コンディショニング用流体排出口は、前記試験機器アクセスポートの近辺に真空ポートを含み、前記真空ポートは、加熱された環境コンディショニング用流体が前記試験機器アクセスポートから退出する際、又はその前に、前記加熱された環境コンディショニング用流体を抜き取る、ことを特徴とする請求項9に記載の環境コンディショニングアセンブリ。
- 環境コンディショニングアセンブリを使用する方法であって、
包囲筐体の環境キャビティ内の試料ステージの試料表面上に試料を配置することであって、前記包囲筐体の前記環境キャビティが前記試料ステージおよび前記試料を取り囲む、ことと、
試料加熱または冷却システムを用いて、前記環境キャビティ内の前記試料を定常状態温度で加熱または冷却することであって、前記定常状態温度で加熱または冷却することは、前記定常状態温度の上下への温度変化を含む、ことと、
前記加熱または冷却の間、前記包囲筐体と前記試料ステージとの間に結合された膨張・縮小リンケージの膨張および縮小により、前記温度変化で試料高さおよびステージ面高さが実質的に変わらないように維持することと、
試験機器アクセスポートを通し、試験機器を用いて前記試料にアクセスすることであって、前記試験機器アクセスポートは前記包囲筐体を通って前記環境キャビティ内へと延在し、前記試験機器アクセスポートの内面が、前記試験機器アクセスポート内に配置される前記試験機器を包囲するように延在し、前記試験機器アクセスポートの前記内面と前記試験機器との間には隙間が設けられ、該隙間は、前記試験機器を前記試験機器アクセスポートの前記内面から離間させ、かつ、試験手順中に前記試験機器を前記包囲筐体から機械的に分離させ、かつ、前記環境キャビティから前記隙間を通っての流体の流れを許容し、従って、前記試験機器アクセスポートは、前記試験機器が前記試験機器アクセスポート内を通過するのを可能にするように構成される、ことと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記包囲筐体のトップジャケットおよびボトムジャケットの間に前記試料を挟持することを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記試料を挟持することは、前記試料の第一の表面に対し前記試料ステージを係合させ、かつ、前記試料の第二の表面に、前記トップジャケットと結合されたトップヒータを係合させることを含み、
前記試料を加熱することは、前記試料ステージ内に設けられた試料ヒータと、前記トップヒータとを用いて、前記試料の前記第一の表面および前記第二の表面の両方で加熱することを含む、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 前記試料の加熱の間、前記試料高さおよび前記ステージ面高さが実質的に変わらないように維持することは、前記膨張・縮小リンケージの第一の部分を第一の方向に膨張させ、かつ、前記膨張・縮小リンケージの第二の部分を、前記第一の方向とは反対の第二の方向に膨張させることを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記試料の冷却の間、前記試料高さおよび前記ステージ面高さが実質的に変わらないように維持することは、前記膨張・縮小リンケージの第一の部分を第一の方向に縮小させ、前記膨張・縮小リンケージの第二の部分を、前記第一の方向とは反対の第二の方向に縮小させることを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記試験機器アクセスポート内を通る前記試験機器のプローブを加熱または冷却することを含み、前記プローブを加熱または冷却することは、前記環境キャビティ内での前記加熱または冷却により、プローブシャフトの一端および前記一端と結合されたプローブ先端のうち一つ以上を、前記試料の前記定常状態温度と実質的に同じ温度に加熱又は冷却することを含み、
前記プローブ先端と前記プローブシャフトの反対側の一端との間の熱伝達を制限することをさらに含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記環境キャビティ内の前記試料の周辺および前記試料に局所化された環境を調節することを含み、前記環境キャビティは第一の容積を有し、第二の容積を有する機器キャビティがその内部に前記包囲筐体を収容し、前記第二の容積は前記第一の容積よりも大きい、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記試験機器アクセスポートに隣接する環境コンディショニング排出口にて、前記環境キャビティから、加熱または冷却された流体を抜き取ることと、
前記環境コンディショニング排出口により前記加熱または冷却された流体を抜き取ることにより、プローブトランスデューサを前記加熱または冷却された流体から分離することと、
を含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - プローブ先端および前記試料ステージを電気的にバイアスすることと、
測定された電気的特性に従って、前記試験機器アクセスポートを通る前記プローブを用い、前記環境キャビティ内の前記加熱または冷却された試料に対し電気的に試験を行うことと、
を含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記試験機器アクセスポートを通し前記試料にアクセスすることは、前記包囲筐体の外面から前記環境キャビティへと先細りしている試験機器アクセスポートを通って前記試料にアクセスすることを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
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