(57)【要約】      （修正有）【課題】非導電性材料のＺ方向粒子貫通強度を正確に測定する。【解決手段】Ｚ方向に自動的に移動可能な導電性ミクロン圧子と複数試料を塔載可能で，Ｘ−Ｙ方向に自動的に移動可能な試料ステージおよび前記導電性ミクロン圧子と前記試料ステージの間の電気抵抗ループを使用し，各試料における試料圧縮力と貫通深さを測定する。【選択図】図１
2016176959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性、非導電性、又は半導体材料または膜の試料の貫通深さおよび／または圧縮力を測定するための試験システムであって、前記試験システムは、
Ｚ方向に自動的に移動可能な導電性ミクロン圧子であって、かつ球状チップ、平坦なチップ又は円錐状チップを含む圧子と、
Ｘ−Ｙ平面上で自動的に移動可能な試料ステージであって、複数の試料を搭載する大きさである試料ステージと、
前記圧子と前記試料ステージに間の電気抵抗ループと、を含み、
第１の試料の複数の位置において試験が実行され、その後、他の試料で試験が繰り返され、前記試料圧縮力および貫通深さが測定されることを特徴とする試験システム。
【請求項２】
前記球状チップは５０μｍ未満の半径を有することを特徴とする請求項１に記載の試験システム。
【請求項３】
前記平坦なチップは５００μｍ未満の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の試験システム。
【請求項４】
前記圧子は相互に交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の試験システム。
【請求項５】
前記電気抵抗ループはセンサを有することを特徴とする請求項１に記載の試験システム。
【請求項６】
前記センサは電気抵抗センサであることを特徴とする請求項５に記載の試験システム。
【請求項７】
前記試験ステージは使い捨て導電性基板を有することを特徴とする請求項７に記載の試験システム。
【請求項８】
前記使い捨て導電性基板は電気めっきされたストリップであることを特徴とする請求項７に記載の試験システム。
【請求項９】
更に、前記圧子をＺ方向に移動させ、前記試料を前記Ｘ−Ｙ平面上移動可能にさせる制御器を有する請求項１に記載の試験システム。
【請求項１０】
絶縁性、非導電性、又は半導体材料または膜の試料の貫通深さおよび／または圧縮力を測定する方法であって、請求項１に記載の試験システムを使用することを特徴とする方法。
【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、２０１０年１０月２２日に出願されたAdams等に対する米国仮出願第６１／
４０５７５６号の優先権及び利益を主張する。これらは各々、引用により本願にも全体的に含まれるものとする。
【０００２】
少なくとも選択された実施形態または側面によれば、本発明は、試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、機械的及び／又は隔離強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向及び厚さ方向試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向ミクロ貫通試験及び／又は方法素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、及び／又はＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法に関するものである。少なくともある実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、被覆又は被覆材料のＺ方向試験及び／又は方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性又は半導体材料、被覆又は被覆材料のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特別な実施形態によれば、本発明は、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置、及び又はシステムに関するものである。少なくとも多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性ポリマー材料、薄膜、複合材料、又は被覆薄膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性ポリマー材料、薄膜、複合材料、又は被覆薄膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、多孔性、マクロ多孔性及び／又は微孔性、非導電性及び／又は半導体、単層又は複層、材料、薄膜、複合材料、ラミネート、又はその類似の試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム、及び／又は部品、及び／又はＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は薄膜Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明はＺ方向強度、貫通、圧縮、ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも選択された特定の好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ圧縮試験機、に関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜試験するために改造された高精度ミクロ貫通試験機及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜、被覆膜及び／又は類似物を試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機に関するものである。少なくとも選択された他の特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するための高精度ナノ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するためのナノ貫通試験機、薄膜、非導電性又は半導体材料、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するためのナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、などの試験のために適用されるナノ貫通及び／又はナノ圧縮試験機、及び／又は薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するための高精度ナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機に関するものである。少なくともある選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、新しい、又は改良され、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験に転換するための圧子チップに関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するために改造されたミクロ貫通Ｚ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ圧縮Ｚ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、及び／又はその類似物に関するものである。少なくともある選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ミクロ貫通強度試験をミクロ圧縮試験機の転換する方法、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法に関係する。少なくともある他の選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法、ナノ圧縮試験機をナノ貫通強度試験機に転換する方法、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法に関係する。
【背景技術】
【０００３】
非導電性薄膜又は非導電性被覆薄膜の粒子又は微粒子貫通又は圧縮強度は、例えば、半導体、エレクトロニクス、宇宙、医療、プラスチック、エネルギ貯蔵、及びコーティング製造業者が関心を有するものである。従来の薄膜の貫通又は圧縮強度を決める方法は、通常、底部板、平坦末端ロッド、スパイク又はボールのような形状の圧子チップを使用して試料が破壊するまで粒子によりまたはよらずに試料を圧縮又は貫通することを含む。使用される試料の形状又は均一性、最終点検出メカニズム、圧子、底部板の表面及び／又はその類似物に応じて、これらの手法の少なくとも一定は、不良な再現性、不一致又は他の潜在的な困難を呈する。
【０００４】
標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム及び／又はその類似物を有する標準化されたＺ方向試験の実行のための改良された、新規の又は特殊化された、少なくともある用途、材料及び／又は類似物の必要性が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の少なくとも選択された実施形態は、標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム及び／又はその類似物を有する標準化されたＺ方向試験の実行のための改良された、新規の又は特殊化された、少なくともある用途、材料及び／又は類似物の必要性に取り組む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の少なくともある実施形態は、標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、再現性及び／又はＺ方向試験のため、再現性及び／又は一貫した標準化されたミクロ圧縮試験のため、再現性及び／又は一貫した標準化されたＺ方向試験及び又は改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はその類似物のための証明済みの設計、方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムを提供することに関するものである。
【０００７】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、Ｚ方向試験方法素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、被覆又は被覆材料のＺ方向試験及び／又は方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性又は半導体材料、被覆又は被覆材料のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特別な実施形態によれば、本発明は、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性ポリマー材料、薄膜、複合材料、又は被覆薄膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、及び／又はシステムに関するものである。少なくとも選択された多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、多孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。
少なくともある多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、多孔性、マクロ多孔性／微孔性、非導電性及び／又は半導体  単層又は複層、材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は被覆膜、被覆された膜、複合材料、ラミネート又は類似物のＺ方向試験方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は薄膜Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明はＺ方向強度、貫通及び／又は圧縮試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ圧縮試験機、に関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通試験機及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜、被覆膜及び／又は類似物を試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機に関するものである。少なくとも選択された他の特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するための高精度ナノ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するためのナノ貫通試験機、薄膜、非導電性又は半導体材料、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するためのナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、などの試験のために適用されるナノ貫通及び／又はナノ圧縮試験機、及び／又は薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するための高精度ナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機に関するものである。少なくともある選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、新しい、又は改良され、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験に転換するための圧子チップに関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜���は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通、及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、及び／又は類似物を試験するための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮Ｚ方向試験機に関するものである。少なくともある他の選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ミクロ貫通強度試験をミクロ圧縮試験機の転換する方法、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法に関係する。少なくともある他の選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法、ナノ圧縮試験機をナノ貫通強度試験機に転換する方法、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法に関係する。
【０００８】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、試験薄膜、単層又は複層薄膜、単層又は複数層薄膜、複合材料、ラミネート、非導電性材料、層、又は被覆膜、半導体材料、層、被覆膜、ミクロ薄膜、ナノ薄膜及び／又は類似物のために改造されるか、又は特に適合した改良された新規の又は特殊化されたＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。
【０００９】
少なくとも選択された多分に好ましい実施形態は、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、高圧力ミクロ圧縮試験機、に関するものである。少なくともある実施形態は、Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は半導体材料、薄膜、被覆膜、及び／又は類似物膜を試験するための高精度ナノ試験機、ナノ貫通試験機、ナノ圧縮試験機、Ｚ方向強度試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するために改良された圧子チップ、ナノ圧子チップ、圧子チップ、及び／又は圧子チップ、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、圧子チップ、及び／又は圧子チップを変えることによりミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための方法に関するものである。
【００１０】
少なくとも選択された実施形態、側面、目的又は実施例によれば、本発明は、新しく、改造された又は特殊化された試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、機械的及び／又は隔離強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向ミクロ強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向ミクロ貫通試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、非導電性又は半導体材料、被覆膜又は被覆された材料のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性材料又は半導体材料、被覆膜又は被覆された材料のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、多孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、多孔性、マクロ多孔性及び微孔性、非導電性及び／又はシステム半導体、単層又は複数層、材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は被覆された材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は類似物の試験及び／又は測定方法、装置、器具、機器、装置、システム、及び／又は部品、及び／又はＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向強度、貫通、圧縮、ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験方法、装置、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性薄膜、膜、及び／又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のために改造されたミクロ貫通試験機、非導電性薄膜、膜、及び／又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のために改造されたミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ貫通試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノ試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された薄膜又は膜の試験のためのナノ貫通試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、及び又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のためのナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は、薄膜、被覆膜、及び又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノＺ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は薄膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は薄膜、及び／又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験に転換するための圧子チップ、及びその類似物、薄膜、非導電性薄膜又は膜、又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通Ｚ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ圧縮Ｚ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮Ｚ方向試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換するための方法、ミクロ圧縮試験機をミクロ貫通強度試験機に転換するための方法、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換するための方法、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法によりナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換するための方法、ナノ圧縮試験機をナノ貫通強度試験機に転換するための方法、に関するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム及び／又はその類似物を有する標準化されたＺ方向試験の実行のための改良された、新規の又は特殊化された、少なくともある用途、材料及び／又は類似物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例えば、ミクロ貫通試験機のような本発明の少なくとも１つの実施態様の多分に好ましい装置又はシステムの部品の模式的側面図である。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施態様又は実施例の例示のミクロ貫通強度試験機（又は使用され、セットアップされるチップに応じてミクロ圧縮試験機）の詳細な又は近接写真である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施態様の例示のミクロ貫通強度試験機（又はミクロ圧縮試験機）の全体を示す写真である。
【図４】抵抗が急落したとき最大応力がミクロ貫通強度として記録される本発明のミクロ貫通強度試験機からの典型的な曲線を示す。
【図５】２年間における２０μｍ厚さの平均ミクロ貫通強度を示すヒストグラム曲線を示す。
【図６】厚さ標準化ミクロ貫通強度と薄膜多孔性（多孔性薄膜試料）の関係性を示すグラフ曲線である。
【図７】数個の薄膜について、圧力が圧縮％の関数としてプロットされるミクロ圧縮試験曲線の例を示す。
【図８】セラミック被覆又は被覆なし３層薄膜試料のミクロ貫通強度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は方法、素子、器具、機器、装置、及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特別な実施形態によれば、本発明は、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性ポリマー材料、薄膜、複合材料、又は被覆薄膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置、及び／又はシステムに関するものである。少なくとも選択された多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、多孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、多孔性、マクロ多孔性／微孔性、非導電性及び／又は半導体  単層又は複層、材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は被覆膜、被覆された膜、複合材料、ラミネート又は類似物のＺ方向試験方法、素子、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は薄膜Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくともある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明はＺ方向強度、貫通及び／又は圧縮試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステムに関するものである。少なくとも選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ圧縮試験機、に関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通試験機及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜などを試験するために改造されたミクロ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜、被覆膜及び／又は類似物を試験するために改造された高精度ミクロＺ方向試験機に関するものである。少なくとも選択された他の特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するための高精度ナノ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するためのナノ貫通試験機、薄膜、非導電性又は半導体材料、被覆膜、被覆された膜及び／又はその類似物を試験するためのナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜���は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、などの試験のために適用されるナノ貫通及び／又はナノ圧縮試験機、及び／又は薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するための高精度ナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機に関するものである。少なくともある選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、新しい、又は改良され、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験に転換するための圧子チップに関するものである。少なくとも選択されたある特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜、被覆された膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜を試験するための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通、及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆膜又は被覆された膜、及び／又は類似物を試験するための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮Ｚ方向試験機に関するものである。少なくともある他の選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ミクロ貫通強度試験をミクロ圧縮試験機の転換する方法、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法に関係する。少なくともある他の選択された特定の多分に好ましい実施形態によれば、本発明は、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法、ナノ圧縮試験機をナノ貫通強度試験機に転換する方法、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換する方法に関するものである。
【００１４】
少なくとも選択された本発明の実施形態、及び図１、２及び３によれば、多分に好ましい、例えば、完全に自動化されたミクロ切り込み計測又は試験システム、試験機、器具、素子などのような例示のミクロ貫通強度試験システム１０は、ミクロ圧子ヘッドのような試験又は測定素子１、導電性ミクロ円錐圧子２、非導電性薄膜の１以上の断片又はストリップのような試料６を支持するミクロ表面仕上げを有する相対的に導電性が大きい試験ステージのような試験ステージ３、再現性のある均一な使い捨ての基板として働く電気めっき金属（例えば、銅）のように選択的に使い捨ての導電基板４を使用し、及び圧子２と試験ステージ３の間（又は圧子２と導電性基板４の間）の電気抵抗測定ループ５は、電気抵抗センサのようなセンサ８、ステージ３（又は基板４）からセンサ８に向かう他の細長い導電体又は線を含み、好ましくは、線を圧子及びステージに取り外し可能に付着させる金属スクリュー、ボルト又はびょうのような導電性ファスナーを有する。圧子１を抵抗測定ループ５から電気的に隔離させるために、圧子ホルダ７はセラミック又は他の非導電性材料から製造される。抵抗センサ８からの信号又は情報は、測定又は試験の終了点を検出するために中央制御システム又はＣＰＵに送られる。好ましいシステムの構成部１〜９は、模式的に図１に示される。特定の又は例示のシステム１０の試験又は測定構成部１〜７の近接写真は図２に示される。大きな自動化Ｘ−Ｙ変換ステージ３、ステージを支持する耐振エアテーブル及びＰＣ制御システム９を有する図２の特定の又は例示のミクロ貫通強度試験システム１０の全体写真図が図３に示される。
【００１５】
図１を参照する多分に好ましい実施形態、又は図２及び３を引用する多分に好ましい実施例を参照すると、例えば、ステージ３に取り外し可能に固定された銅ホイル４に薄膜試料６の１／２幅×８長ストリップをテーピングすることにより、試験又は測定が実施される。自動試験は、例えば、まず１０ｍＮの力（ｍＮｆ）により薄膜表面を圧子により検出し、次いで、圧子が試料を貫通する間に２５０ｍＮｆ／分の速度で圧縮力が適用される。ｍＮｆ単位の圧縮力及びミクロン単位の貫通深さがシステム又は器具１０によって連続して記録される。非導電性薄膜試料６を貫通し、導電性基板４と接触する圧子２の最大応力は、圧子２と試料ステージ３の間の電気抵抗の急落によって認識され、又は定義される。５〜４０μｍの範囲の厚さを有する試料又は薄膜６には、１０μｍの半径球チップを有する６０°の円錐圧子２が好ましい。好ましくは、薄膜６を貫通するミクロンの円錐圧子２の応力は自動的に１回以上、好ましくは２回以上、例えば、各試料又はストリップ６に沿って又はその上で３０回、規定の間隔をおいて測定される。複数のデータの平均値は、その試料のミクロ貫通強度として報告されている。特定のステージが示される図２及び３の特定の例によれば、異なる試料ストリップの最大値が一度に搭載される。このような試料６の全ての試験は、セットアップされたＸ−Ｙマトリックスにより自動的に実施される。基板４の使用は、ステージ３の仕上げを保護し、圧子２のチップが試料６を貫通し、基板４に接触するとき、基板４が衝撃を変形するか又は吸収するので、ヘッド１及び圧子２の損傷を防止する。
【００１６】
本発明の少なくとも選択された実施形態によれば、ミクロ貫通強度試験機圧子チップの形状は、異なる形状の圧子２を使用して、球状のチップ形状（又は半球状）から平坦のチップ形状に変更することができる。圧子チップの形状の変更（圧子の変更）により、ミクロ貫通試験機をミクロ圧縮試験機に転換することができる。圧子チップのミクロンの大きさのために、例えば、約５０μｍ未満の半径を有する球状チップが好ましく、約２５μｍ未満がより好ましく、約１５μｍ未満がさらに好ましく、１０μｍ未満が最も好ましく、又は、約５００μｍ未満の幅又は直径を有する平坦チップが好ましく、約３００μｍ未満がより好ましく、２５０μｍ未満がさらに好ましく、約２００μｍ未満が最も好ましく、従来の試験装置、従来の試験方法、及び／又は類似の方法を使用しても得ることができない圧力の大きさで貫通又は圧縮試験データを得ることができる。平坦なチップのミクロンの大きさのために、従来の圧縮試験装置、従来の圧縮試験方法、又は少なくともある熱力学分析（ＴＭＡ）法を使用しても得ることができない圧力の大きさで圧縮試験データを得ることができる。
【００１７】
本発明の少なくとも選択された実施形態、及び図１、２及び３を参照すれば、多分に好ましい例示のミクロ圧縮試験システムは、完全に自動化されたミクロ圧子試験機（１）、平坦なチップを有する導電性ミクロ円錐圧子（２）、及びミクロン表面仕上げの試験ステージ（３）を使用する。ミクロ貫通試験機がミクロ圧縮試験機として使用されるとき、図１及び２における構成部（４）及び（５）は選択的であり、試料６は試験ステージ（３）に直接テーピングされる。例えば、圧子が１０ｍＮの応力で薄膜表面検出するとき、自動化圧縮試験は始まり、次いで圧子により５００ｍＮ／分の速度で圧縮応力が試料に線形的に適用される。ミリＮの圧縮応力及びミクロンの圧縮深さが記録され、機器により連続的にプロットされる。従来の圧力（応力）対圧縮（ひずみ）の曲線も必要なら得ることができる。試験の末端は、望まれる圧力限界あるいは圧縮％により規定される。５〜４０μｍの範囲の厚さの薄膜には、１２０μｍの半径平坦チップを有する１２０°円柱圧子が好ましい。圧子チップの好ましいミクロン大きさのために、従来の圧縮試験装置、従来の圧縮試験方法、又は少なくともある熱力学分析（ＴＭＡ）法を使用しても得ることができない圧力の大きさで圧縮試験データを得ることができる。
【００１８】
本発明の少なくとも選択された実施形態によれば、ミクロ貫通強度試験機の圧子チップの形状は、好ましくは平坦チップ形状（円状平坦末、円錐コーン）である。圧子チップの形状を変更して、ミクロ貫通試験機をミクロ圧縮試験機に、又はミクロ圧縮試験機をミクロ貫通試験機に転換することができる。ミクロ貫通及びミクロ圧縮試験の両者を行うことができるミクロ試験機（又はミクロＺ方向試験機）は、完全に自動化されたミクロ圧子試験機（１）、好ましくは少なくとも１つの半球状チップ末端圧子及び少なくとも１つの平坦形状チップ末端圧子を含む複数の異なる形状の導電性ミクロ円錐圧子（２）、及び大きなミクロン表面仕上げの試験ステージ（３）、使い捨て導電性基板（４）、圧子（２）及び試験ステージ（３）の間に適用される電気抵抗測定ループ（５）、及びシステムを稼働させ、データを記録するなどのための、コンピュータ、ＰＣ，ＣＰＵ又は他のプログラム可能な装置を有する。圧子チップのミクロンの大きさのために、従来の圧縮試験装置の使用、従来の圧縮試験方法の使用、又は少なくともある熱力学分析（ＴＭＡ）法の使用、及び／又は類似によっても得ることができない圧力の大きさの圧縮試験データを得ることができる。
少なくとも選択された多分に好ましい実施形態によれば、例示の発明のミクロ貫通強度試験１０は、好ましくは、本発明の抵抗測定ループ５、圧子２、使い捨て導電性基板４、及び試料６改良された完全に自動化されたミクロ圧子試験機、素子、器具又は類似物であり、本明細書に記載されるように操作される。例えば、改良されたミクロ硬度試験機、改良された圧縮試験機、好ましくは改良された商業的に入手可能なミクロ又はナノ圧子又は硬度試験装置、ヘッド又は器具である。好ましい改良は、導電性ミクロン円柱圧子（２）、大きなミクロン表面仕上げ試験ステージ（３）、使い捨て、導電性基板としての銅（又は他の金属）の電気めっきホイルストリップ４、圧子（２）及び試験ステージ（３）の間の電気抵抗回路（５）、及び／又は類似物を有する。これらの構成部は図１に示されている。
ミクロ貫通強度試験機機器の構成部２、３、４及び５は、膜又は薄膜試験のような非導電性薄膜試験に新規に設計されるか、又は改造されるものである。この好ましいシステムは、好ましくは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向変位が完全に自動化されたミクロ圧子試験機、ビデオ顕微鏡、抵抗測定キット、制御モジュール又は制御器、ＣＰＵ、ＰＣ又はラップトップコンピュータ、キーボード、ディスプレイ又はモニター、反振動テーブル及び／又は類似物を有する。本発明のミクロ貫通強度試験機の設計図及び方法論は、例えば、半導体、宇宙、医療、プラスチック、エネルギ貯蔵、ろ過、及び化学産業における、多様な新しいハイテク、ハイエンド又はニッチな用途における、非導電性又は半導体材料、膜、薄膜、被覆膜及び／又は類似物を試験するために使用される。このような用途の例は、これに限定されず以下のものを含む。
【００１９】
１．宇宙空間、半導体又はエレクトロニクスのための非導電性、半導体材料、被覆物又はラミネート
２．医療又は食料のための包装薄膜又は膜
３．多孔性ポリマー薄膜又は膜
４．新素材又はポリマーの研究開発
５．特殊非導電性、半導体又は絶縁被覆又はラミネート
これらの用途の試験において、被覆膜は導電性基板から除去する必要はない。代わりに、被覆された導電性又は半導体基板は、抵抗測定ループを形成する試験ステージの１部となり得る（及び基板４の代わりとなり得る）。
【００２０】
ミクロ貫通強度試験機の少なくともある実施態様は、非導電性材料の試験のために特に改造されるので、ミクロ絶縁強度試験機とも呼ばれる。
【００２１】
図１に示されるミクロ貫通強度試験機の構成部１は、好ましくは、改良された商業的に入手可能なミクロ又はナノ圧子試験機、硬度試験機、圧縮試験機又は類似物の主要な構成部（テーブル及びヘッド）である。自動Ｚ方向変位が結合されたＸ，Ｙマトリックス試験機能を有する完全に自動化された圧子試験機の使用は、ミクロンの圧子の寿命を保証するので好ましい。この好ましい高精度ミクロン圧子機器（安定した主要フレーム）の使用は、高品質で、安定的、長期間、高信頼性、改良及び標準化されたミクロ貫通強度試験を提供する。
【００２２】
時間の経過に対する機器の高精度を証明するために、ヒストグラムは、２年を超える期間に収集された２０μｍ薄膜の平均ミクロ貫通強度の図５に示される。平均値２２７．８ｍＮｆに対する低い標準偏差９．４７ｍＮｆは本発明の器具設計の高い信頼性を示している。
【００２３】
本発明のミクロ貫通強度試験機の様式において、ミクロン円柱圧子チップが試験ステージ上の非導電性薄膜を貫通し導電性基板に接触する最大応力は、電気抵抗の急落によって規定される。したがって、好ましい圧子は導電性材料で製造される。炭化タングステンは、長寿命の圧子を形成するのに好ましくかつ最も経済的な材料であることがわかった。ボロンがドープされたダイアモンドは導電性圧子材料としてよく機能するが、より高価であり、円錐形状に機械加工するのが困難である。
【００２４】
圧子チップの形状及び大きさは、好ましくは本当の粒子をまねるように選択される。例えば、通常の粒子の大きさが実際の分野の用途で約１０μｍであれば、好ましくは１０μｍ半径の圧子チップが使用される。少なくとも選択された薄膜試験では、１０μｍ半径の球状チップを有する６０°の円錐が正確に粒子貫通機構を模擬することがわかった。ある用途において、圧子チップの形状が多分に重要であるばかりでなく、円錐の角度も多分に重要である。異なる円錐角度は、圧子チップにより試験試料の上に課した特有の寸法の応力のために異なる試験結果をもたらす。
【００２５】
表１は、試験された薄膜の相対的強度が使用される圧子の形状に基づいて大きく異なることを示している。
【００２６】
【表１】
2016176959.tif 000003
【００２７】
早期の貫通試験に対して本発明のミクロ貫通試験の利点は、好ましい本発明のミクロ貫通試験は粒子を使用しない標準化された粒子貫通試験である。また、好ましい本発明のミクロ貫通試験は、長期の安定性と精度を有する。
ポリマーの分子量が高くなると、ミクロ貫通強度が高くなる。ポリマーの観点からはこれが予期される結果であるが、これは試験装置及び方法の妥当性の確認となる。表２は、異なる分子量のポリマーから製造される３つの薄膜のミクロ貫通試験データを示す。分子量１００００００ｇ／モルを有する薄膜Ｚは相対的に最も高いミクロ貫通強度を有した。
【００２８】
【表２】
2016176959.tif 000004
【００２９】
薄膜が同じ種類のポリマーから製造されるとき、微多孔質膜又は薄膜中の空隙率で定義される多孔率に対して、厚さ標準化後のミクロ貫通強度が逆に線形であることがわかった。多孔性対して逆の線形関係を示す厚さ標準化後の高いミクロ貫通強度の相関関係（図６）は、いかにミクロ貫通強度試験データが多孔性材料の特徴化に役立ち、将来のより強い薄膜製品の開発を容易化するかの例である。
【００３０】
本発明のある実施形態によれば、圧子チップの形状を球状から平坦に変更することにより、ミクロ貫通試験機を高圧ミクロ圧縮試験機に容易に転換することができる。ミクロ貫通試験機がミクロ圧縮試験機として使用されるとき、図１及び２中の構成部（４）及び（５）は必要とされないか要求されない。圧子チップ形状のミクロン大きさのため、この独自のミクロ圧縮試験機は薄膜性能試験に使用される通常の圧縮試験の機能を超えたデータを得ることができる。表３はＴＭＡ及び本発明のミクロ貫通試験機からの通常の最大圧縮圧力能力を含む。
【００３１】
【表３】
2016176959.tif 000005
【００３２】
図７は、表４に掲載される条件で測定された選択された薄膜の高圧ミクロ圧縮試験データの例を提供する。図７のデータは、１つの薄膜は他のものより容易に圧縮されることを示している。その結果、少なくともある薄膜は、高圧積層プロセス下でより良好な性能を示す。
【００３３】
【表４】
2016176959.tif 000006
【００３４】
ＴＭＡ試験に対する好ましいミクロ圧縮試験機の他の有意義な利点は、ミクロ圧縮試験機は、図７の返還曲線に示されるように、圧縮によって続く弾性回復データを提供する。この種のデータはある製造プロセスでは非常に有益である。
【００３５】
本発明のミクロ貫通強度試験機は、高温用途のセラミック被覆薄膜のような少なくともある被覆薄膜における機械的絶縁強度を試験するために使用されてきた。Ｚ方向貫通強度は、セラミックが被覆された、及び被覆されない１６μｍの３層薄膜について計測された。図８に示されるミクロ貫通強度試験データは、セラミック被覆により基底薄膜又は膜の強度を大幅の増加させることができる。
【００３６】
本発明のミクロ貫通試験機及び／又は本発明のミクロ圧縮試験機の潜在的な用途は、これに限らず、次のものを含む。
１．次のような表面特性を改良するために設計された宇宙空間及び軍事特別ポリマー被覆膜
摩擦係数
化学的及び腐食抵抗
電気的絶縁
疲労抵抗
熱抵抗
疎水性
酸化障壁
耐火性
【００３７】
これらの特別な被覆膜はミクロ貫通強度試験機を使用して、地球の大気圏又は圏外に入るときの潜在的な粒子衝突損傷をシュミレートして試験される。これらの特別の被覆膜は、航空機、スペースシャトル、軍事戦術車両、兵器及びミサイルシステムの外装又は内装の表面処理に幅広く使用される。
【００３８】
２．医療
人工的な結合
ポリエチレンの軸受表面は、通常、人口的ジョイントにおける導電性金属部の頂部に使用される。ミクロ貫通強度試験機は、ジョイントの疲労及び応力により生じる潜在的な小さな骨粉又は金属粒子に対する表面の強度を測定するために使用される。
医療パウチ又はバッグ  ミクロ貫通強度試験機は、医療プラスチックパウチ又はバッグへの鋭い物体又は釘の貫通をシュミレートするために使用される。
【００３９】
３．半導体及びエレクトロニクス
半導体産業は機械的硬度試験のためのミクロ又はナノ圧子を使用することができる。本発明のミクロ貫通強度試験機における追加の構成部は、ウェハミクロ製造におけるフォトレジスト被覆膜及び酸化絶縁膜の非導電性、半導体又は電気的絶縁強度を測定する機能まで拡張する。電子材料産業では、本発明のミクロ貫通強度試験機はシート状コンデンサ材料に機械的絶縁強度を試験するために効果的に使用される。
【００４０】
４．自動車産業
自動車用途に適用される塗装は被覆金属表面を含む。本発明のミクロ貫通強度試験機は被覆膜の貫通強度を試験するために使用される。スクラッチ型の試験機は塗装又は被覆膜の密着性を試験するために自動車産業で現在使用されている。ミクロ貫通強度試験機は、力の適用方向が異なる場合の代わりの試験様式を提供する。また、スクラッチ試験機は、試験の最終点の検出において精度の改良を提供する本発明のミクロ貫通強度試験機において発見された電気抵抗測定ループを有しない。
【００４１】
５．ポリマー及び材料科学における学問的研究
本発明のミクロ貫通強度試験は、非導電性材料のＺ方向粒子貫通強度を正確に測定するための初めてのものなので、新しいポリマー及び他の材料を研究する多くの大学又は研究所においてＲ＆Ｄのツールとして使用される。
【００４２】
６．その他
ミクロ貫通強度試験機は、単一層薄膜又は被覆された単一層薄膜を試験することに限定されない。それぞれ個々の層が異なる電気抵抗を有する限り、ミクロ貫通強度試験機は各層の機械的及び絶縁強度を区別することができる。
【００４３】
ナノ貫通及び／又は圧縮試験機
ミクロ−ナノ圧子からの主要な機器フレーム（例えば、図１及び２）の変更により、圧子の大きさをミクロからナノメータに減少させ、加えて、ナノメータ表面仕上げ基板及び試験ステージを採用し、Ｘ，Ｙ及びＺ方向にナノメータの変位の正確な処理が可能となり、本発明の試験機は半導体ウェハミクロ製造プロセスにおいて潜在的に幅広い用途を有し得ることになる。
【００４４】
高又は低温度ミクロ貫通又は圧縮試験機
図１及び２の各試験機の構成部のための設計の洗練された変更及び注意深い選択によって、加熱された又は冷却されたチャンバが高又は低温度関連絶縁、貫通又は圧縮試験のための装置に加えられる。
【００４５】
絶縁強度試験機能を有する温度機械分析器（ＴＭＡ）
加熱されたチャンバ機能をミクロ貫通又は圧縮試験機に付加するよりは、抵抗の測定ループを生成する導電性プルーブ、ステージを付加する改良、そのような改良されたＴＭＡは、非導電性材料の絶縁性強度測定するための本発明の機能を得ることができる。
【００４６】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、非導電性薄膜又は膜及び被覆された薄膜又は被覆された膜を試験するために特定された高精度ミクロ貫通強度試験機に関するものである。ミクロ貫通強度試験機は圧子チップの形状を変更することによりミクロ圧縮試験機に転換することができる。
【００４７】
本発明の少なくとも選択された実施形態によれば、ミクロ貫通強度試験機の圧子形状は球状から平坦チップの形状（平坦の末端）に変更することができる。圧子チップの形状の変更によりミクロ貫通試験機からミクロ圧縮試験機に転換する。圧子チップのミクロンの大きさのため、従来の圧縮試験装置、従来の圧縮試験方法、又は熱力学的分析（ＴＭＡ）法を使用して得られない圧縮スケールの圧縮試験データを得ることができる。ミクロ貫通試験機がミクロ圧縮試験機として使用されるとき、図１の構成部（４）及び（５）は必要ないか、又は要求されない。
【００４８】
少なくとも選択された本発明の実施形態、及び図１、２及び３を参照すれば、多分に好ましい例示のミクロ圧縮試験機システムは、完全に自動化されたミクロ圧子試験機（１）、平坦形状チップを有する導電性ミクロ円錐圧子（２）、及びミクロン表面仕上げの試験ステージ（３）を使用する。図１及び２中の各構成部（４）及び（５）は、選択的である。試料６は試験ステージ（３）に直接テーピングすることができる。圧子が最初に１０ｍＮの力で薄膜表面を検出するとき自動圧縮試験が開始し、次いで５００ｍＮ／分の速度で圧縮応力が圧子により線形的に試料に適用される。ミリＮの圧縮力及びミクロンの圧縮深さが記録され、機器により連続的にプロットされる。もし望むなら、従来の圧縮（応力）対％圧縮（ひずみ）％のプロットも得られる。試験の最終点は、使用者によるか又は望まれる圧力限界、又は圧縮％により規定される。５〜４０μｍの範囲の厚さを有する薄膜については、２００μｍ半径平坦チップを有する１２０°円柱圧子が好ましい。圧子チップの好ましいミクロンの大きさのために、圧縮試験データは、従来の圧縮試験装置、従来の圧縮試験方法、又は熱力学的分析（ＴＭＡ）法を使用して得られない圧縮スケールの圧縮試験データを得ることができる。
【００４９】
本発明の少なくとも選択された実施形態によれば、ミクロ圧縮試験機の圧子チップ形状は好ましくは平坦チップ形状である（円形の平坦末を有する）。圧子チップの形状を変更することにより、ミクロ貫通試験機をミクロ圧縮試験機、又はミクロ圧縮試験機をミクロ貫通試験機に転換する。これにより、ミクロ貫通及びミクロ圧縮試験の両者を行うことができるミクロ試験機は、完全に自動化されたミクロ圧子試験機（１）、好ましくは少なくとも１つの半球状チップ末端圧子及び少なくとも１つの平坦形状のチップ末端厚子を有する複数の異なる形状の導電性ミクロサイズのチップを有する円錐圧子（２）、ミクロン表面仕上げの試験ステージ（３）、使い捨て導電性基板（４）、前記圧子（２）と試験ステージ（３）の間に適用される電気抵抗入力ループ（５）、及びシステムを稼働させ、データを記録し、及び類似のことを行うコンピュータ又は他のプログラム可能な装置を有する。圧子チップのミクロサイズのために、貫通及び／又は圧縮試験データは、従来の圧縮試験装置、従来の圧縮試験方法、又は熱力学的分析（ＴＭＡ）法を使用して得られない圧縮スケールの圧縮試験データを得ることができる。ミクロ貫通試験機がミクロ圧縮試験機として使用されるとき、図１の構成部（４）及び（５）は必要ないか、又は要求されない。
少なくとも選択された多分に好ましい実施形態は、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆薄膜又は膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、高圧力ミクロ圧縮試験機、に関するものである。少なくともある実施形態は、Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜を試験するために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は半導体材料、薄膜、被覆膜、及び／又は類似物膜を試験するための高精度ナノ試験機、ナノ貫通試験機、ナノ圧縮試験機、Ｚ方向強度試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するために改良された圧子チップ、ナノ圧子チップ、圧子チップ、及び／又は圧子チップ、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、圧子チップ、及び／又は圧子チップを変えることによりミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための方法に関するものである。
【００５０】
少なくとも選択された実施形態は次のものに関する。  標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム及び／又はその類似物を有する標準化されたＺ方向試験の実行のための改良された、新規の又は特殊化された、少なくともある用途、材料及び／又は類似物。
【００５１】
標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、再現性及び／又はＺ方向試験のため、再現性及び／又は一貫した標準化されたミクロ圧縮試験のため、再現性及び／又は一貫した標準化されたＺ方向試験及び又は改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はその類似物のための証明済みの設計、方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム。
【００５２】
Ｚ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性又は半導体材料又は被覆膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、多孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆された薄膜の非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、微孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆された薄膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向機械的及び電気的絶縁強度、強度、貫通及び／又は圧縮試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高圧ミクロ貫通強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造されたミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高圧ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度及び／又は高圧ミクロＺ方向機械的及び電気的絶縁強度試験機、薄膜又は被覆膜を試験するために改造された高精度ミクロ試験機、及び／又は薄膜、被覆膜、ラミネート、複合材料、層及び／又は類似物の試験のために改造された高精度又は高圧Ｚ方向機械的及び電気的絶縁強度試験機。
【００５３】
非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された薄膜及び／又は類似物の試験のための高精度ナノ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜及び／又は被覆された膜の試験のために改造されたナノ貫通強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造されたナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ナノ貫通及び／又はナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ナノ貫通及び／又はナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜物の試験のために改造されたナノＺ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ナノＺ方向試験機、及び／又は薄膜、被覆膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜及び／又は類似物の試験のために改造されたナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機。
【００５４】
改良された圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ。
【００５５】
薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ貫通Ｚ方向強度試験機、薄膜の試験のために改造された高圧ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験機、及び／又は薄膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮Ｚ方向試験機。
【００５６】
ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法、ミクロ圧縮試験機をミクロ貫通強度試験機に転換する方法、及び／又は圧子チップの変更により、圧子チップの形状の変更により、及び／又は類似によりミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法。
【００５７】
非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ貫通強度試験機、高圧ミクロ圧縮試験機、及び／又は類似物。
【００５８】
Ｚ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜の試験のために改造されたミクロ貫通強度試験機、薄膜の試験のために改造されたミクロ圧縮試験機、非導電性又は半導体材料、膜、被覆膜、は被覆された薄膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ナノ試験機、ナノ貫通強度試験機、ナノ圧縮試験機、Ｚ方向強度機械的及び絶縁強度試験機、改良された圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換するための圧子チップ、及び／又はミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換する方法、ミクロ圧縮試験機をミクロ貫通強度試験機に転換する方法、及び／又はミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、圧子チップ、及び／又は圧子チップを変えることによりミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための方法。
【００５９】
少なくとも選択された実施形態、側面、目的又は実施例によれば、本発明は、新しく、改造された又は特殊化された試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、機械的及び／又は隔離強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向ミクロ強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向強度試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、部品及び／又は方法、Ｚ方向又は厚さ方向ミクロ貫通試験及び／又は測定素子、器具、機器、装置、システム、非導電性又は半導体材料、被覆膜又は被覆された材料のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性材料又は半導体材料、被覆膜又は被覆された材料のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性、ポリマー材料、薄膜又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験及び／又は測定方法、素子、器具、機器、装置、システム及び／又は部品、及び／又は非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、多孔性、非導電性、ポリマー材料、薄膜、複合材料又は被覆膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、多孔性、マクロ多孔性及び微孔性、非導電性及び／又はシステム半導体、単層又は複数層、材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は被覆された材料、薄膜、複合材料、ラミネート又は類似物の試験及び／又は測定方法、装置、器具、機器、装置、システム、及び／又は部品、及び／又はＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム、薄膜のＺ方向強度、貫通、圧縮、ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮試験方法、装置、器具、機器、装置及び／又はシステム、非導電性薄膜、膜、及び／又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のために改造されたミクロ貫通試験機、非導電性薄膜、膜、及び／又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のために改造されたミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ貫通試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜及び／又は類似物の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロ試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のために改造された高精度ミクロＺ方向試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノ試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、被覆された薄膜又は膜の試験のためのナノ貫通試験機、非導電性又は半導体材料、薄膜、被覆膜、及び又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のためのナノ圧縮試験機、薄膜、非導電性薄膜又は、薄膜、被覆膜、及び又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノＺ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は薄膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノＺ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は薄膜、及び／又は被覆された薄膜又は膜、及び／又は類似物の試験のための高精度ナノ強度貫通及び／又は圧縮試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験に転換するための圧子チップ、ミクロ圧子チップ、ナノ圧子チップ、ナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験に転換するための圧子チップ、及びその類似物、薄膜、非導電性薄膜又は膜、又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通Ｚ方向強度試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ圧縮Ｚ方向試験機、薄膜、非導電性薄膜又は膜、及び／又は被覆された薄膜又は被覆された膜の試験のための高精度ミクロ貫通及び／又はミクロ圧縮Ｚ方向試験機、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換するための方法、ミクロ圧縮試験機をミクロ貫通強度試験機に転換するための方法、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法により、ミクロ貫通強度試験機をミクロ圧縮試験機に転換するための方法、圧子チップを変えることにより、圧子チップの形状を変えることにより、及び／又は類似の方法によりナノ貫通強度試験機をナノ圧縮試験機に転換するための方法、ナノ圧縮試験機をナノ貫通強度試験機に転換するための方法、に関するものである。
【００６０】
本発明は、その精神及び本質的な属性から逸脱することなく他の形態で具現化することができ、従って、本発明の範囲を示すものとして、前述の規定ではなく添付の特許請求の範囲を参照するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、標準化された貫通又は圧縮試験の実行、粒子を使用しない標準化されたミクロ粒子貫通試験の実行、粒子を使用しない特殊化された粒子のミクロ貫通試験、粒子を使用しない再現可能な及び／又は一貫したミクロ粒子貫通試験、標準化されたミクロ圧縮試験の実行、改良された試験方法、素子、器具、機器、装置及び／又はシステム及び／又はその類似物を有する標準化されたＺ方向試験の実行のための改良された、新規の又は特殊化された、少なくともある用途、材料及び／又は類似物を提供することができ、産業上の利用可能性が高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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