特許 5963955 ミクロンまたはナノスケールでの機械的試験用環境コンディショニングアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963955

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】ミクロンまたはナノスケールでの機械的試験用環境コンディショニングアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/42 20060101AFI20160721BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/42 Z

   G01N3/00 Z

【請求項の数】17

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2015-517243(P2015-517243)

(86)(22)【出願日】2013年3月14日

(65)【公表番号】特表2015-521734(P2015-521734A)

(43)【公表日】2015年7月30日

(86)【国際出願番号】US2013031650

(87)【国際公開番号】WO2013187972

(87)【国際公開日】20131219

【審査請求日】2015年1月30日

(31)【優先権主張番号】61/659,391

(32)【優先日】2012年6月13日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】512137256

【氏名又は名称】ハイジトロン，インク．

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＳＩＴＲＯＮ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】110000132

【氏名又は名称】大菅内外国特許事務所特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】シュミッツ，ロジャー ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】ハンゲン，ウベ ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ケラネン，ルーカス ポール

(72)【発明者】

【氏名】メジャー，ライアン

(72)【発明者】

【氏名】オー，ユンジェ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィーレッジ，ジェレミア

(72)【発明者】

【氏名】ヤング，クリストファー デイビッド

【審査官】 萩田 裕介

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１３１７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０６６１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１８３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０７２４５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００ − ３／６２

Ｇ０１Ｎ １７／００ −１７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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ると共に、前記試験機器アクセスポート内を前記試験機器が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、試料をその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、
膨張・縮小リンケージであって、
支持インターフェースと、前記支持インターフェースから窪んでいるステージインターフェースとを有するインターフェース部材と、
前記ステージインターフェースにて前記インター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、
前記支持インターフェースにて前記インターフェース部材と結合された一つ以上のインターフェース支持部と、
を含む膨張・縮小リンケージと、
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、前記膨張・縮小リンケージの膨張および縮小により、前記ステージ面のステージ面高さが、実質的に変わらないよう維持される、ことを特徴とする環境コンディショニングアセンブリ。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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ーと、前記試料ステージ内の試料ヒーターとを含み、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、前記試料ヒーターと前記トップヒーター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。

【請求項4】

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ーフェース支持部は、前記温度変動の際に第一の方向に膨張または縮小し、
前記支持インターフェースと前記ステージインターフェースの間の前記インターフェース部材は、前記温度変動の際に、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、前記インター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ー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１に記載の環境コンディショニングアセンブリ。

【請求項5】

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へと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、複数の支持ピンであって、支持ピン端が前記複数のピン凹部に受容され、前記ステージ面に隣接する前記凹谷部と係合する複数の支持ピンを含み、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小さい、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。

【請求項6】

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ーを含む、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。

【請求項7】

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、前記環境キャビティ内において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の加熱または冷却は、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、前記温度変化に際し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、プローブを用いて前記試料に接触することであって、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ると共に、前記試験機器アクセスポート内を前記試験機器が通過するのを可能にする、ことと、
を含み、
前記膨張・縮小リンケージは、
支持インターフェースと、前記支持インターフェースから窪んでいるステージインターフェースとを有するインターフェース部材と、
前記ステージインターフェースにて前記インター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、
前記支持インターフェースにて前記インターフェース部材と結合された一つ以上のインターフェース支持部と、
を含む、ことを特徴とする方法。

【請求項8】

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７に記載の方法。

【請求項9】

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、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ー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ーと、前記トップヒーターとを用いて、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において、加熱することを含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

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ーフェース支持部を第一の方向に膨張させ、前記膨張・縮小リンケージの、前記支持インターフェースと前記ステージインターフェースとの間の前記インターフェース部材を、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７に記載の方法。

【請求項11】

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ーフェース支持部を第一の方向に縮小させ、前記膨張・縮小リンケージの、前記支持インターフェースと前記ステージインターフェースとの間の前記インターフェース部材を、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７に記載の方法。

【請求項12】

前記試験機器アクセスポート内を通る前記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７に記載の方法。

【請求項13】

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７に記載の方法。

【請求項14】

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７に記載の方法。

【請求項15】

プローブ先端および前記試料ステージに電気的バイアスを印加することと、
測定された電気的特性に従って、前記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７に記載の方法。

【請求項16】

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。

【請求項17】

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１６に記載の環境コンディショニングアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【発明の優先権】

【0001】

本出願は、2012年6月13日に出願され、その全体が参照によって本明細書に組み込まれたSchmitz et al. 米国仮特許出願No.61/659,391 “ENVIRONMENTAL CONDITIONING ENVELOPE FOR USE IN MECHANICAL TESTING AT MICRON OR NANO-SCALES” （代理人整理番号3110.016PRV）からの優先権を主張している。

【技術分野】

【0002】

本発明は概して、ただし限定としてではなく、ミクロンまたはナノスケールでの機械的試験を施す試料の近隣の環境制御に関わる。

【背景技術】

【0003】

ミクロンまたはナノ構造の試料の機械的特性の測定は、このようなスケールの材料や構造を利用する最近の機器が増えているため、重要となっている。ミクロンおよびナノ機械特性解析は、弾性係数、硬度、破壊靱性、耐磨耗性、摩擦係数を含む、材料の様々な機械的特性の測定および評価に用いられている。ナノインデンテーションは、ミクロン以下のスケール（例えば、ミクロンおよびナノスケール）での機械的特性および試料の挙動を明らかにする方法であるとして証明されている。ナノインデンテーションでは、このようなスケールで、材料の弾性係数および硬度などの機械的特性が量的に測定される。ナノインデンテーションでは、負荷力および変位を判定することのできるナノインデンターが用いられる。

【0004】

物質の挙動を予測する際の変数の一つは、構造の加熱中における構造およびその物質特性の評価である。従来マクロおよびミクロンスケールで高温硬度試験が用いられてきたが、ここに述べるように、いつくかの欠点があった。高温での主な問題の一つは熱ドリフトおよびシステムの長期的な熱安定性である。熱ドリフトの主な原因となるのは時間の経過に伴う積載フレームの温度の変動である。

【0005】

いくつかの例では、テストプローブの面積に比べ非常に表面積の大きいマクロスケールの抵抗加熱ステージを用いて試料物質を加熱するように、加熱ステージが設けられる。機械的試験機器の先端を接触力により試料表面に接触させ、プローブが受動的に試料を加熱するようにする。プローブおよび試料システムが定常状態に到達すると、熱ドリフトが定常状態に到達し、インデンテーション試験（またはその他の変形に基づく試験）が行われる。この方法の主な問題点は、各試験手順間で定常状態温度に到達するまでに要する時間が大きい点である。熱ドリフトが定常状態に到達すると、測定は数秒で行うことができるがドリフト速度はそれよりも大幅に速く、より長い時間のインデント（例えば約10秒以上）に対する測定の信頼性が非常に低くなる。加えて、機器チャンバ全体（機器、機器筐体、ステージアセンブリ、およびこれらの構成部品を取り囲むチャンバ壁を含む）が加熱される。

【0006】

他の例では、原子間力顕微鏡に、加熱チップを備えるカンチレバーが用いられる。このシステムでは、チップの加熱に伴うカンチレバーのたわみが測定される。そして、このたわみを用いて融解転移が判定される。これは定性的アプローチであり、異なる領域に対するカンチレバー貫入の相対的予測が得られるのみであり、定量的情報は何も得られない。

【0007】

試料の高温加熱におけるもう一つの問題は、プローブ先端、試料、または試料ステージのうち一つ以上の、酸化に伴うものである。例えば80℃を超える高温加熱により、これらの構成部品の材料が酸化し、それに伴い試験機器およびステージや、試験を施す試料の機械的特性に影響を及ぼす可能性がある。酸化（またはその他の温度に基づく科学反応）は、試験中の試料の機械的特徴の測定における正確性および信頼性の妨げとなる。

【発明の概要】

【0008】

試料の機械的特性マッピング、ならびにミクロンおよびナノスケールの特性解析を高温（例えば最高1,500℃）まで広げるために、試験を実施する試料の周辺に配置される環境コンディショニングアセンブリ（例えば、筐体を含む）について述べる。環境コンディショニング筐体は、一つ以上の指定された条件に基づき試料周辺の環境および試料自体を調節するよう構成される。例えば、ここに述べる環境コンディショニングアセンブリ（筐体を含む）は、試料の環境（例えば試料ステージおよびプローブ先端）および試料自体を、加熱、冷却、不活性ガスまたは混合ガスの適用、湿気の導入または除去などのうち一つ以上により調節するよう構成される。環境コンディショニングアセンブリは、試料の周辺に局所化された小さな環境において、これら所望の条件の一つ以上に基づき、実施者がミクロンおよびナノスケールの構造、粒子および機器の、ミクロンおよびナノスケールでの機械的特性解析を行うことを可能とする。従って、非常に大きな容積や物質（例えば機器チャンバ、顕微鏡、インデンター等の全体）の環境コンディショニングを行わずに済む。環境がより小さく局所化（例えば、試料とプローブ先端に限定）されているため、試料およびプローブ先端はより速く定常温度に到達し、また、より正確に制御される。

【0009】

また、試料周辺の環境を制御することにより、材料の組成を変化させるような試料（またはプローブ）の化学反応を引き起こすことなく、高温での試料の試験が行われる。例えば、筐体内の環境キャビティに不活性ガスを導入することにより、試料が酸化環境（例えば空気）から隔離され、これにより、酸化のリスクを低減しつつ高温での試験が実施される。

【0010】

さらに、環境コンディショニングアセンブリは、別のオプションにおいて、加熱および冷却の間、試料および試料ステージの試料表面の高さが変わらない（初期定常状態構成に対し）ことを実質的に保証する膨張・縮小リンケージを含む。一つの実施例において、膨張・縮小リンケージはボトムジャケットを支持するジャケット支持部などの支持部、および試料ステージをボトムジャケットに対し相対的な位置に支持し位置付けるステージ支持部を含む。例えば試料ステージに付随した試料ヒーターを用いて試料が加熱される間、ジャケット支持部およびステージ支持部が相対的に上方に膨張し、ボトムジャケットは反対の方向（例えば、加熱中は相対的に下方）に膨張し、上方への膨張を相殺する。正味の結果として、試料および試料表面の高さは実質的に変わらないことになる。同様に、膨張・縮小リンケージは冷却の間も、これらの構成部品が逆に縮小することにより、試料ステージが動かないよう支持するように動作する。

【0011】

この環境コンディショニングチャンバと共に用いることのできるミクロンおよびナノスケール特性解析技術は、これらに限定されるものではないが、インデンテーション、スクラッチ試験、トライボロジー試験、張力試験、圧縮試験、振幅および位相データを機械的特性測定に用いた動的試験、弾性係数マッピングを含む。

【0012】

この概要の目的は本開示の内容の概要を提示することである。その内容の排他的または完全な説明を目的としたものではない。本特許出願についてさらなる情報を提示すべく、詳細な説明が記載される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、図面において、同じ符号は同様の構成部品を別の観点から表したものでありうる。同じ符号に異なる接尾文字が付されたものは、同様の構成部品の異なる例を表したものでありうる。図面は総じて、限定ではなく例示として、本明細書に記載される様々な実施形態を示す。

【図1】局所化した環境コンディショニングアセンブリを含む試験機器アセンブリの一実施例の斜視図である。

【図2】環境コンディショニングアセンブリの一実施例の斜視図である。

【図3】図２の環境コンディショニングアセンブリの第一の断面図である。

【図4】試料ヒーターを含む試料ステージの一例の底面斜視図である。

【図5】トップヒータの一例の底面斜視図である。

【図6A】試料ステージと結合される膨張・縮小リンケージの一例の断面斜視図である。

【図6B】図６Ａの膨張・縮小リンケージの断面図であり、支持インターフェースに対し窪んでいるボトムジャケットのステージインターフェースを示す図である。

【図7】図６Ａの膨張・縮小リンケージの模式図である。

【図8】試料を挟持するトップジャケットおよびボトムジャケットの模式図である。

【図9】環境コンディショニングアセンブリの模式図であり、試料を収容する環境キャビティに連通する複数の環境コンディショニング機能部を示す図である。

【図10】環境コンディショニングアセンブリを使用する方法の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は試験機器アセンブリ100の一例を示す。図示されるように、試験機器アセンブリ100は、機器筐体104により形成される機器チャンバ102を含む。機器チャンバ102はその内部に設けられた試験機器106を含む。一つの実施例において、試験機器106は、環境コンディショニングアセンブリ108内を、例えば包囲筐体110を通して通過することにより、筐体110内に配置された試料に接触し、その特性を測定するよう構成されたプローブを含む。

【0015】

試験機器106の下には環境コンディショニングアセンブリ108が示されている。図示されるように、環境コンディショニングアセンブリ108は、内部に環境キャビティが設けられた包囲筐体110を含む。環境キャビティは、ステージおよびステージ上に配置された試料のためのスペースを提供する。つまり、試料は環境キャビティ内に配置され、これにより包囲筐体110の壁面に囲まれる。換言すれば、包囲筐体110は包囲筐体110内に配置された試料を取り囲み、これにより、そのような包囲筐体の周囲（例えば、キャビティの周囲）が試料に直接隣接して包囲し、機器チャンバ102の容積に対する環境キャビティの容積が最小となる。

【0016】

後に詳述するように、環境コンディショニングアセンブリ108は、その内部の試料に対し、調節された局所的環境を提供する。例えば図１に示されるように、機器チャンバ102は包囲筐体110内の環境キャビティの容積を大幅に上回る容積を有する。これにより包囲筐体110の環境チャンバは、例えば、これらに限定されるものではないが、加熱、冷却、または、一つ以上の流体（例えば気体または液体）による調節などにより迅速に調節され、試験（例えば試験機器106が用いられる）の間、試料に対し所望の環境を提供する。換言すれば、環境コンディショニングアセンブリ108は、機器チャンバ102の他部分から隔離された、局所的環境を提供する。これにより、加熱、冷却、環境コンディショニングなどは試料に局所化され、機器チャンバ102の全体には行き届かない。加えて、エンクロージャ108内の試料は、試験機器アセンブリ100周辺（および機器チャンバ102内）の領域における望ましくない条件および変動、例えば温度、湿度、大気組成など変化を含む外部環境から隔離される。これにより、機器チャンバ102を含む周辺環境または試験機器アセンブリ100周辺の環境（例えば雰囲気など）との関与なく、一つ以上の所望の環境条件で試料に対し、試験を容易に行うことができる。

【0017】

ここで図２を参照し、環境コンディショニングアセンブリ108の一実施例を示す。上述のように、環境コンディショニングアセンブリ108は包囲筐体110を含む。一つの実施例において、包囲筐体110は、互いに組み合わされ、内部に環境キャビティ206を形成するボトムジャケット200およびトップジャケット202を含む。図２にさらに示されるように、一つの実施例において、包囲筐体110はベースプレート204と結合される。後述するように、ベースプレートは、例えば一つ以上の支柱（例えばボトムジャケット200を支持し、これにより包囲筐体110の他部分も支持するジャケット支持部）により、包囲筐体110を支持する。

【0018】

筐体110（例えば包囲筐体）は、環境キャビティ206に向かって延在し、キャビティ内の試料へ接触を可能とする試験機器アクセスポート218を含む。一つの実施例において、試験機器アクセスポート218は、試験機器106のプローブなどの機器が通過できる大きさおよび形状とされている。試験機器アクセスポート218は、ポート内でのプローブの自由運動（例えばZ軸に沿って上下に、また任意で、XまたはY左右軸のうち一つ以上に沿って）を可能とする寸法とされている。これにより、アクセスポート218において、ポート内を通る機器とポートの内周との間に隙間が設けられる。試験機器アクセスポート218は、筐体110の他部分がキャビティ206において所望の環境を維持した状態で、試料への接触を可能とする。

【0019】

環境コンディショニングアセンブリ108は、例えば試験機器アクセスポート218を通し、様々な試験を実施するよう構成された一つ以上の機器が、環境キャビティ206で試料に容易に接触することを可能とする。一つの実施例において、環境コンディショニングアセンブリ108と共に用いられる試験アセンブリ106またはその他の試験アセンブリは、アセンブリ108により制御された環境内での、マイクロまたはナノインデンテーション、圧縮試験、吸引力測定試験、スクラッチ試験、摩耗試験、材料破面試験、in-situトポグラフィー撮像、クリープ試験、動的機械的試験などのうち一つ以上の実施に使用可能である。

【0020】

上述のように、筐体110は、環境キャビティ206内の試料に対し、隔離された環境を提供するよう構成される。一つの実施例において、環境キャビティ206との間での熱伝達は、能動的な加熱または冷却、筐体110の材料の選定、および環境キャビティを隔離しアクセスを最小化すること（例えば、開口部やポートの数を限定することにより）、のうち一つ以上の組み合わせにより制限される。図２の例に示すように、筐体110はボトムジャケットおよびトップジャケット200、202のうち一方または両方に冷却導入口および排出口208、210を含む。一つの実施例において、導入口および排出口208、210、ならびにボトムジャケットおよびトップジャケット200、202のうち一方または両方を通る対応する経路に冷却または加熱液が与えられる。

【0021】

一つの実施例において、環境キャビティ206内の試料を、例えば、ここに述べるように試料ヒーターまたはトップヒータのうち一方または両方により加熱しながら、ボトムジャケットおよびトップジャケット200、202を例えば室温に冷却するよう構成された冷却液が、導入口および排出口208、210を通して流される。別の例では、例えば環境キャビティ206内を圧送される冷却剤またはその他の冷却された流体により試料が環境キャビティ206内において冷却され、ボトムジャケットおよびトップジャケット200、202の導入口および排出口208、210は、ジャケット内の経路に加熱した流体を流し、ジャケット200、202を所望の温度（例えば室温）に保つために用いられる。これにより、筐体110（および試験機器106周辺の構成部品）の膨張および縮小、ならびに熱機械的ドリフトが最小に抑えられる。

【0022】

別の実施例においては、筐体110がセラミックフォームなどの断熱材を含み、環境キャビティ206内における試料の加熱または冷却から、筐体（一つの実施例において、銅のボトムジャケットおよびトップジャケット200、202で構成される）を遮断する。

【0023】

再び図２を参照し、図示されるように、環境コンディショニングアセンブリ108は、環境キャビティ206内に、またはそれに隣接して配置された一つ以上のヒーターまたはセンサーを動作させるよう構成された複数のインターフェースを含む。例えば、トップジャケット202は、トップジャケット202と組み合わされたトップヒータとの電気的接続をもたらす大きさと形状を有するトップヒータインターフェース212を含む。別の実施例において、トップジャケット202はセンサーインターフェース214を含む。一つの実施例において、センサーインターフェース214は、トップジャケット202と組み合わされたトップヒータ内の熱電対に連結された一つ以上の熱電対リードを含む。別の実施例において、センサーインターフェース214は、環境キャビティ206内に設けられた別の温度センサー（またはその他の種類のセンサー）と組み合わされる。同様に、一つの実施例において、ボトムジャケット200はボトムヒーターインターフェース216（およびボトムセンサーインターフェース）を含む。後述するように、ボトムヒーターインターフェース216は試料ステージと共に設けられた試料ヒーターと組み合わされる。任意で、ボトムジャケット200は、トップジャケット２０２同様に、環境コンディショニングアセンブリ108と組み合わされた温度センサーまたは別のセンサーとのセンサーインターフェースとなるよう構成された別のインターフェースを含む。

【0024】

図２において上述し図示したように、一つの実施例において、環境コンディショニングアセンブリ108はベースプレート204を含む。ベースプレート204の一例は、例えば試験機器アセンブリ100などの機器全体のステージ面と結合させる大きさと形状を有する。ベースプレート204は、筐体110に対し固体運動学的基盤を提供し、これにより、環境コンディショニングアセンブリ108を試験機器106に対し正確に配置することが可能となる。ベースプレート204を並進ステージ（例えば試験機器アセンブリ100に設けられるもの）と組み合わせることで、試験機器106のプローブと試験機器アクセスポートの位置を正確に合わせるようにエンクロージャ108と試験機器アクセスポート218を移動させることが可能となる。ベースプレート204により提供される固体基盤により、試験機器アクセスポート218の水平移動（例えばエンクロージャ108の並進移動に起因する揺れ）が最小限に抑えられ、ポート内を通る機器がポート周囲と望ましくない接触を起こすことがなくなる。別の例では、ベースプレート204は試験機器アセンブリ100の固定ステージと結合され、プローブとアクセスポートの位置を合わせるように、試験機器106側を、試験機器アクセスポート218に対し移動させることができる。

【0025】

図３は、先に図２で示した筐体110の断面図を示す。筐体110は、ボトムジャケット200の一部に配置された試料ステージ300を含む。試料ステージ300は、試料を受容する大きさと形状を有するステージ面306を含む。図３にさらに示されるように、試料ステージはさらに、試料ステージ300に位置付けられた試料ヒーター304（例えばステージに埋め込まれたもの）を含み、これにより試料ステージ300上に配置された試料を容易に加熱することができる。一つの実施例において、ボトム遮断リング308が試料ステージ300とボトムジャケット200の他部分との間に設けられ、試料ステージ300からボトムジャケット200の他部分への熱伝達が制限される。これにより、ステージ面306に配置された試料に対し、試料ヒーター304と結合された試料ステージ300が局所的な加熱を行う。

【0026】

任意で、トップジャケット202と組み合わされたトップヒータ312が、試料ステージ300に対し近接した位置関係に設けられる。つまり、環境キャビティ206内で、試料ヒーター304とトップヒータ312が、試料ステージ面306上に配置された試料に対し近接した位置に配置される。後述するように、一つの実施例において、試料ステージ300はトップヒータ312と協働して、その間に配置された試料を、表面対表面の接触により挟持する。これにより、試料ステージ300とトップヒータ312の間に配置された試料はトップヒータ312と試料ヒーター304との両方からの伝導熱を受け、試料全体が一貫して加熱され、これにより、試料の温度勾配が実質的に最小に抑えられる。別の実施例において、試料ヒーター304およびトップヒータ312は異なる温度に加熱され、これにより、試料内で所望の加熱勾配が得られる。試験技術者の要望により試料ヒーター304およびトップヒータ312がもたらす一貫した温度、または所望の温度勾配、に基づくこれらのシナリオのいずれによって試料に対する試験を行ってもよい。

【0027】

図３にさらに示すように、一つの実施例において、トップヒータ312およびトップジャケット202の他部分との間にトップ遮断リング310が備えられ、トップヒータ312からトップジャケット202の他部分への熱伝達が制限される。ボトム遮断リングおよびトップ遮断リング308、310は協働し、試料ステージ300、トップヒータ312、および試料ステージ上の試料を、環境コンディショニングアセンブリ108の他部分にから断熱する。これにより、試料ステージと共に設けられた試料ヒーター304とトップヒータ312がステージ面306上に配置された試料に対し局所化した加熱（または冷却）を行う際、筐体110の他部分はその加熱（または冷却）から遮断される。

【0028】

試料ヒーター304（およびトップヒータ312）は環境キャビティ206内の試料を、様々な温度で加熱する。一つの実施例において、試料ヒーター304およびトップヒータ312のうち一つ以上が、少なくとも1,500℃に達する（そしてこれにより試料を加熱する）よう構成される。別の例では、試料ヒーター304およびトップヒータ312のうち一つ以上が、500℃、750℃、1,000℃、1,200℃、などの温度に達するよう構成される。環境コンディショニングアセンブリ108は、一つ以上の機構により、キャビティ206内における遮断（例えばボトムおよびトップ遮断リング308、310にみられるようなフォーム状のセラミック遮断材）、冷却または加熱導入口および排出口208、210、ならびに筐体内の経路を通じた筐体110に対する能動的な冷却（または加熱）により、環境キャビティ206に対する加熱（および冷却）を制限する。これにより、ヒーター304、312により生じる高熱下でも、加熱は試料に局所化され、筐体110および筐体110外の環境への熱伝達は実質的に制限される。

【0029】

図３にさらに示すように、環境キャビティ206の周りにジャケットシール314が設けられる。一つの実施例において、ジャケットシール314は、環境キャビティ内で発生する非常に高い温度に耐えつつ、トップジャケットおよびボトムジャケット202、200の間の封止を維持するよう構成された、シリコーンゴムまたはその他の材料などの可撓性の材料により設けられる。一つの実施例において、ジャケットシール314は、これに限定するものでないが、シリコーン、フルオロカーボンエラストマー、PTFE、フレキシブル金属（例えばベローズ型の封止材など）を含む。図３に示すように、ジャケットシール314は環境キャビティ206の少なくとも一部を取り囲み、これにより環境キャビティを封止する（ここに述べる試験機器アクセスポート218および任意の環境コンディショニング導入口および排出口を除く）。

【0030】

上述のように、包囲筐体は任意で、ボトムジャケットおよびトップジャケット200、202を含む、二つの部分からなるアセンブリとして形成される。一つの実施例において、トップジャケットおよびボトムジャケット202、200の一方または他方から延在する一つ以上のガイドポスト320は、ボトムジャケット200内の対応する経路321内に受容される大きさおよび形状を有する。後述するように、一つの実施例において、経路321はリニア軸受を含む。リニア軸受はガイドポスト320と密接する可動係合部となり、トップジャケットがボトムジャケット200と組み合わされる際のトップジャケット202の動きを制限する。例えば、ガイドポスト320は経路321のリニア軸受に摺動可能に受容され、これにより、トップジャケットを下降させてジャケットシール314と係合させ環境キャビティ206を封止する際、トップジャケット202を下方に導く。トップジャケット202を徐々に下降させる（例えば、ガイドポスト320および経路321により）ことにより、トップジャケット202の水平移動が抑えられ、これにより、Z軸に沿った下方への移動が円滑になる。これに伴い、トップヒータ312が試料ステージ300およびステージ面30６上の試料に向かって下方に移動する際、試料とトップヒータ312との間での相対的な水平移動が起こることなく、トップヒータ312が試料ステージ300上の試料と表面対表面で係合することが可能となる。これにより試料ステージ300またはトップヒータ312と、その間に挟持された試料との間での明らかな水平移動が起こることなく、試料が試料ステージ300とトップヒータ312の間に上下方向の挟持により保持される。

【0031】

別の実施例において、環境コンディショニングアセンブリ108は、試料を定常状態温度で加熱または冷却する間、試料を所望の高さに維持するよう構成された膨張・縮小リンケージを提供する。後述のように、試料を例えば定常状態温度（例えば1,500℃）まで加熱する間、試料ヒーター304およびトップヒータ312に供給される電圧の微小な変動が、試料および試料ステージ300の加熱における変動につながる。これに対応した温度の変動が、膨張、縮小、熱ドリフトなどにより、環境コンディショニングアセンブリ108の構成部品に動的な高さの変動をもたらす。従って、これらの変動により発生した測定誤差が、図１に示す試験機器106を用いて行われる試験手順において現れる可能性がある。

【0032】

膨張・縮小リンケージ（後に詳述する）は、定常状態温度からの変動に起因するこれらの高さ変化を最小に抑える。一つの実施例において、膨張・縮小リンケージは図３に示され、さらに後述する複数の構成部品を含む。例えば、一つの実施例において、リンケージは、一つ以上のジャケット支持部318のインターフェース間に設けられたインターフェース部材316と、試料ステージ300とインターフェース部材316の間に設けられた一つ以上のステージ支持部を含む。ジャケット支持部318、インターフェース部材316、およびステージ支持部（さらに後述する）は、試料ステージ300上に配置された試料の加熱または冷却の間協働し、定常状態温度からの変動による高さ変化を最小に抑える。

【0033】

上述のように、環境コンディショニングエンクロージャ108は、例えば試料ステージ300上に配置された試料などの試料周辺の環境に対し局所的な調節を行うことを可能とする。環境キャビティ206は試料ステージ300上に配置された試料の加熱または冷却のうち一方または両方を可能とする小規模の環境を提供し、また、筐体110内に設けられた一つ以上のポートを通して一つ以上のコンディショニング用流体を導入することを可能とする。図３を参照し、一つの実施例において、ボトムジャケットおよびトップジャケット200、202のうち一つ以上に環境コンディショニング導入口322が設けられる。図３に示す環境コンディショニング導入口322は環境キャビティ206に向かって延在し連通しており、一つ以上の気体、流体など（不活性、反応性、加熱、冷却されたものなど）を、環境キャビティ206に送達することができる。このような流体を導入することにより、環境キャビティ206内の環境が所望の試験パラメータに従い調節される。

【0034】

別の実施例において、図３に示すトップジャケット202は、環境コンディショニング排出口324を含む。環境コンディショニング排出口324は、例えば上述の環境コンディショニング導入口322により環境キャビティ206に送達された流体の戻り排出口となる。さらに別の実施例において、トップジャケット202に沿って気体送達経路326が設けられ、不活性ガスを試験機器アクセスポート218に送達する。任意で、この不活性ガスの送達により、試験機器アクセスポート218に局所化された環境およびその中を通る試験機器プローブが調節される。気体送達経路326は少なくとも一つの実施例において、環境キャビティ206から排出されるコンディショニング用流体を調節し、環境キャビティ206内での加熱または冷却により、プローブシャフトまたはプローブシャフトと組み合わされたトランスデューサに対し望ましくない冷却または加熱が実質的に行われないようにする。

【0035】

一つの実施例において、環境コンディショニング導入口322は、これらに限定されるものではないが、アルゴン、窒素、またはアルゴンおよび水素などの気体の組み合わせを含む、不活性ガス流を環境キャビティ206内に提供するよう構成される。不活性ガスは、環境キャビティ206、ひいてはその内部の試料に提供され、試料に対し非酸化環境を提供する。一つの実施例において、試料ステージ300が例えば試料ヒーター304およびトップヒータ312を用いて加熱され、環境キャビティ206内の環境は高温（例えば1,500℃）に達する。そのままの雰囲気では、高温により試料が酸化し、図１に示す試験機器106を用いた試験の前に、試料の機械的特性に望ましくない変化が起きる可能性がある。従って、環境キャビティ206に非酸化環境を提供することが有用である。環境コンディショニング導入口322は、不活性ガスおよびその他の環境制御用の流体を環境キャビティ206に導入する一つの手段を提供する。一つの実施例において、環境コンディショニング導入口322は上述のように不活性ガスを導入する。別の実施例において、不活性ガス322は加熱用または冷却用の流体のうち一つ以上を環境キャビティ206に導入し、これにより環境キャビティ206内の環境に対し加熱または冷却が行われ、また同時に試料ステージ300上に配置された試料が加熱または冷却される。

【0036】

図３にさらに示すように、トップジャケット202に任意で設けられる環境コンディショニング排出口324は、一つの実施例において、環境キャビティ206からの流体の排出に用いられる。例えば、環境コンディショニング排出口324と環境コンディショニング導入口322は協働し、試料ステージ300上に配置された試料の試験が行われている間を通して、環境キャビティ206へ流体が流れるようにする。不活性ガス、加熱または冷却された流体などの導入に加え、環境コンディショニング導入口322は一つの実施例において、環境キャビティ206へのその他のコンディショニング用流体の導入に用いられる。例えば、一つの実施例において、環境キャビティ206に導入される流体は、環境コンディショニング導入口322に連通した加湿ガスチャンバから提供される加湿ガス流である。

【0037】

別の実施例において、気体送達経路326は試験機器アクセスポートに気体流を導入するよう構成され、これにより、環境キャビティ206からの流体の流れを阻止し、試験機器アクセスポート218を通って流れプローブシャフトに沿って図１に示す試験機器106のトランスデューサまで上昇することがないようにする。気体送達経路326は一つの実施例において、冷却された気体（例えば不活性冷却ガス）を試験機器アクセスポート218に導入し、加熱された気体がプローブシャフトを通して上昇することを実質的に阻止し防止する。加熱された気体がプローブシャフトに沿って流れるのを阻止することにより、試験機器106内のセンシティブな機器およびトランスデューサが加熱されることが実質的に回避される。

【0038】

ここに述べる環境コンディショニングアセンブリ108は、試料ステージ300およびトップヒータ312からボトムジャケットおよびトップジャケット200、202までの間に大きな温度降下をもたらす。環境キャビティ206と筐体110との境界部における温度降下により、加熱動作中の加熱ステージの熱膨張（または冷却による縮小）が最小化される。さらに、筐体110内での急激な温度降下はまた、エンクロージャ108のうちの加熱される全容積、ひいては加熱に要する電力を削減する。さらにまた、エンクロージャ110の加熱（冷却）を最小限にすることで、エンクロージャ108の熱ドリフトも最小に抑えられる。急激な温度降下は、図２に示すボトム遮断リングおよびトップ遮断リング308、310または加熱もしくは冷却導入口および排出口208、210のうち一つ以上を用い、エンクロージャ108内に大きな熱抵抗をもたらすことで実現される。

【0039】

ここで図４を参照し、先に図３で示した試料ステージ300の一例を示す。図４は試料ステージ300を下方から見た図であり、試料ヒーター304および試料ステージ300の周りに配置された複数のピン凹部402が示されている。まず試料ヒーター304を参照すると、試料ヒーター304は二つ以上の加熱素子リード406の間に延在する加熱素子を含む。図示されるように、試料ヒーター304（加熱素子）は試料ステージ300に埋め込まれるよう構成されたワイヤーコイルである。試料ヒーター304はこれにより、ステージ面306にわたって分散した形で試料ステージ300を加熱し、その上の配置された試料を加熱する。図４にさらに示されるように、試料ステージ300にはまた、ステージ熱電対410が設けられる。熱電対410からは、図２に示すボトムジャケット200から延在するインターフェースと結合させるための熱電対リード408が延在する。同様に、加熱素子リード406は図２に示すボトムヒーター216と組み合わされる。試料ヒーター304を試料ステージ300内に設けることにより、環境キャビティ206内での試料の加熱は、実質的に試料ステージ300に局所化される。加えて、すぐ後に説明するピン凹部402は、試料ステージ300とその下のステージ支持部との接点を限定することにより、熱伝達を制限する。例えば、試料ステージとステージ支持部が二点接触（表面対表面の接触ではなく）の関係となるように、ピン凹部402はそれぞれ先細りの形状を有する。

【0040】

再び図４を参照し、上述のように、試料ステージ300は複数のピン凹部402を含む。それぞれ先細りに構成されたピン凹部402は、対応するステージ支持部を受容する大きさと形状を有する。先細りのピン凹部402は、ステージ支持部のそれぞれと少なくとも二点接触し、これにより試料ステージ300を、ステージに沿った少なくとも三箇所において安定して支持する。一つの実施例において、三つのピン凹部402が試料ステージ300上に設けられ、試料ステージ300を三点支持し、これにより、ステージ面306上の試料の位置合わせと試験のための安定した運動学的表面を提供する。

【0041】

図4にさらに示すように、一つの実施例において、試料ステージ300は二つの厚みを有する。第一の厚み412はステージ面306と、反対側のステージ面400との間のものであり、第二の厚み414はステージ面306と、ピン凹部402の凹谷部404との間のものである。後述するように、試料ステージ300の、小さい方の第二の厚み414は、一つの実施例において熱ドリフトおよび、試料ステージ300と組み合わされた試料の試験における試料ステージ300の膨張および縮小の影響を最小化するために用いられる。第二の厚みは、ここに述べる膨張・縮小リンケージの動作と協働する。例えば、凹谷部404とステージ面306との距離にあたる第二の厚み414は、加熱中の試料ステージ300の膨張および縮小を実質的に最小に抑える。第二の厚み414（ステージ支持部が試料ステージ300と係合する位置に対応）を最小にすることにより、試料ステージ300の膨張または縮小、ひいては試料の高さ変化は、（大きい方の第一の厚み412全体ではなく）第二の厚み414に適用される。試料ステージの他部分、例えばステージ300のうち第二の厚みの下の部分（例えば、第一の厚みの残り部分）は、ステージ支持部に対し離れて伸び、ステージ面306上に配置された試料の高さを増減させないため、膨張または加熱の際には実質的に無視される。

【0042】

一つの実施例において、凹谷部404がステージ面306に直に隣接または一致するよう配置されるとき、第二の厚み414は約ゼロ（0）ミリメートルである。例えば、図４に示すように、凹谷部404はステージ面306に開口しており、これにより、ピン凹部402内に配置された適当な大きさを有するステージ支持部が、ステージ面306に直に隣接するように配置される。

【0043】

一つの説明的な例において、試料ヒーター304は、ヒーター線を試料ステージ300の裏側の溝に埋め込むことにより、試料ステージ300と共に設置される。溝は任意で、ピン凹部402それぞれのハウジングの間に設けられる。一つの実施例において、試料ステージ300は、これに限定されるものではないが、窒化アルミニウムからなる。図４には、試料ステージ300に沿って、試料ヒーター304のコイル状のヒーター線が示されている。溝内にはまた、熱電対410（例えばOmegaの.005インチ線径タイプK：部品番号CHAL-005）も埋め込まれる。ヒーター線は、ニクロムまたはカンタルなどの、最小の酸化で高温（例えば少なくとも1,500℃）に耐えるよう構成された材料からなる。酸化を防止する追加的手段として、発熱素子線を被覆する耐火性コーティングが任意で用いられる。試料ヒーター304のヒーター線の線径は約0.003から0.0035インチの間であり、ヒーター線の長さは約25オームの抵抗が得られるよう選択される。試料ヒーター304（コイル状のヒーター線）は、より大きい発熱素子リード406に、留めビードで取り付けられる。一つの実施例において、発熱素子リード406もニクロムまたはカンタルからなり、リード線内での抵抗加熱を最小に抑えるため、試料ヒーター304に用いられるヒーター線よりも数倍大きい。

【0044】

図５はトップヒータ312（図３にて上述）の一例を示す。トップヒータ312は、少なくとも何らかの点で、先に図４に示した試料ステージ300と類似した複数の機能部を含む。トップヒータ312は埋め込み発熱素子502を含む。一つの実施例において発熱素子502は、図５に示すようにトップヒータ312から離れる方向に延在する発熱素子リード504と組み合わされた線材コイルを含む。加えて、別の例では、トップヒータ312内にトップヒータ熱電対506のような温度センサーも配置される。トップヒータ熱電対から離れる方向に熱電対リード508が延在し、図２に示す、対応するセンサーインターフェース214と結合するよう構成される。同様に、トップヒータ312と組み合わされた発熱素子リード504は図２のトップヒータインターフェース212と結合するよう構成されている。

【0045】

再び図５を参照し、トップヒータ312は試料ステージ300と協働し、表面対表面の接触によりその間に位置する試料を挟持する。図５に示されるように、一実施例では、挟持面500は、トップヒータ３１２上に設けられる。挟持面500は従って、試料ステージ300上に配置された試料と係合する大きさと形状を有する。一つの実施例において、トップジャケット210とボトムジャケット200とが、例えばボトムジャケット200の経路321内に受容されるガイドポスト320により、共に配置され結合しているため（図３にて上述）、トップジャケット202は、挟持面500が試料に接触し、これにより試料が挟持面500と試料ステージ300との間に挟持されるまで、ボトムジャケット200に対し下降する。加えて、一つの実施例において、下降するトップジャケット202はトップジャケットおよびボトムジャケット202、200の間のジャケットシール314に係合して環境キャビティ206を封止し、これにより環境キャビティ206内の試料に対し、隔離された環境が与えられる。

【0046】

別の実施例において、トップヒータ312は、例えば、挟持面500を通り、トップヒータ312の一部を横切って延在する一つ以上の流路510を含む。図５に示すように、流路510は、挟持面500を通ってトップヒータを横切り水平に伸びた後、トップヒータ312を通って延在する。つまり、流路510はトップヒータ312内を上方に向かって延在し、これにより試験機器アクセスポート218へと連通している。従って、例えば環境コンディショニング導入口322を通し、流体（例えば加熱または冷却された流体、環境コンディショニング用流体、などの一つ以上を含む）が環境キャビティ206に送達される際、これらの液体は流路510を通って送達されるため、実質的に、試料ステージ300のサンプル真上の環境キャビティの部分を含む、環境キャビティ206の全体の環境が調節される。一つの実施例において、コンディショニング用流体はその後試験機器アクセスポート218を通して上方に送達され、環境コンディショニング排出口324により排出される。

【0047】

一つの説明的な例において、トップヒータ312は、これに限定されるものではないが窒化アルミニウムからなる。図３に示すように、トップヒータ312は任意で、例えばCotronics Rescor 310などのセラミックフォーム材である遮断リング310により囲まれている。トップヒータ312はねじ、ピン、リベットなどの留め具によりトップジャケット202内に保持されている。任意で、留め具は熱伝導率の低いジルコニアからなり、ジャケット202への熱伝達が最小に抑えられる。

【0048】

図６Ａは上述した環境コンディショニングアセンブリ108の断面図である。図６Ａにおいて、トップジャケット202は、ベースプレート204と組み合わされたボトムジャケット200を露出させるように取り除かれている。一つの実施例において、ボトムジャケット200は、複数のジャケット支持部318（例えばインターフェース支持部）により、ベースプレート204上に浮かせて支持されている。図示されるように、ジャケット支持部318は支持インターフェース612とボトムジャケット200の底面との距離を上回る長さを有する。従って、ジャケット支持部318は、ボトムジャケット200および包囲筐体110の他部分を、ベースプレート204から浮かせて支持する。換言すれば、筐体110は実質的に、ジャケット支持部318によって、環境コンディショニングアセンブリ108の他部分から隔離されている。ジャケット支持部318はこれにより、筐体110から環境コンディショニングアセンブリ108の他部分、例えばベースプレート204やベースプレート204と組み合わされた機能部（例えば、試験機器アセンブリ100の一つ以上の構成部品）への熱伝達を制限する。

【0049】

再び図６Ａを参照し、ステージ300とベースプレート204との間には、膨張・縮小リンケージ600が設けられている。一つの実施例において、膨張・縮小リンケージ600はジャケット支持部318、インターフェース部材316、およびインターフェース部材316と試料ステージ300の間に延在する複数のステージ支持部602を含む。ジャケット支持部318はベースプレート204からインターフェース部材316の支持インターフェース612に向かって延在する。後述のように、一つの実施例において、インターフェース部材316は支持インターフェース612から、ステージ支持部602と結合されたステージインターフェース614に向かって延在する。図６Ａにさらに示すように、ステージ支持部602、例えばステージ300の支持ピンは、ステージインターフェース614から上方に向かって延在し、ステージ300へと延在する。例えば、ステージ支持部602は、凹谷部404を含むピン凹部402内に受容される。膨張・縮小リンケージ600はこれにより、試料ステージ300からベースプレート204へと延在する連結部を提供する。ここに述べるように、膨張・縮小リンケージ600は、試料ステージおよび試料に対し、高さ変化（そしてそれに伴う、試料と係合した機器による測定の誤差）を起こしうるような温度変動が加えられても、試料ステージ300およびその上に配置された試料の高さが、実質的に変わらないようにする。

【0050】

一つの実施例において、インターフェース部材316はボトムジャケット200に組み込まれ、その一部となっている。例えば、インターフェース部材316はボトムジャケット200の、支持インターフェース612とステージインターフェース614の間の部分である。図示されるように、ステージインターフェース614は支持インターフェース612に対し窪んでいる。別の実施例において、インターフェース部材316はボトムジャケット200とは別個に設けられる。例えば、インターフェース部材316は支持インターフェース612とステージインターフェース614との間に延在する、別個の部品として設けられる。従って、そのような例では、インターフェース部材316はボトムジャケット200とは別個の、膨張・縮小リンケージ600専用の部品となる。

【0051】

再び図６Ａを参照し、ジャケット支持部318は、ベースプレート204と支持インターフェース612との間に延在する柱体606を含む。一つの実施例において、柱体606の外径は、ジャケット支持部318を受容する大きさと形状を有する支持キャビティ608の内径よりも小さい。柱体606は、支持キャビティ208内に配置（そして例えば、ジャケット200とベースプレート204と組み合わされたねじ、ピンなどの一つ以上の支持ポスト604により、中心に配置）されると、ジャケット支持部318とボトムジャケット200との間に隙間を作る。ジャケット支持部318とボトムジャケット200の他部分との間に隙間があることにより、ジャケット支持部318のそれぞれ、およびインターフェース部材316が、膨張・縮小リンケージ600の動作中、独立して動くことが可能になる。換言すれば、ジャケット200は少なくともジャケット支持部318から分離されているため、支持部の膨張または縮小に干渉しない。

【0052】

別の実施例において、上述のように、ボトムジャケット200は、ガイドポスト320を受容する大きさと形状を有するリニア軸受を含む。ガイドポスト320とリニア軸受616の協働（例えば経路321内で）により、トップジャケット202が重力によりボトムジャケット200へと下降し、これにより環境キャビティ206を封止することが容易となる。膨張・縮小リンケージ600に対しては、ガイドポスト320はボトムジャケット200と協働し、トップジャケット202をボトムジャケットの上に浮かせて支持し、これにより、トップジャケット202が膨張・縮小リンケージ600の動作に干渉しないようにする。

【0053】

ここで図６Ｂを参照し、膨張・縮小リンケージ600の断面図が示される。上述のように、一つの実施例において、膨張・縮小リンケージ600は一つ以上のステージ支持部602、ステージ支持部602と結合されたインターフェース部材316、およびこれもインターフェース部材316と組み合わされたジャケット支持部318を含む。図６Ｂに示すように、インターフェース部材316は二つの構成部品、例えば、ジャケット支持部318と係合する大きさと形状を有する支持インターフェース612と、ステージ支持部602と係合する大きさと形状を有するステージインターフェース614を含む。ここに示されるステージインターフェース614は、支持インターフェース612に対し長さ601（例えば約1mm）分窪んでいる。ジャケット支持部318およびステージ支持部602は対応する長さを有し、この長さが、窪んだステージインターフェース614と協働して、ここに述べるように、筐体110内での（筐体そのものの）加熱または冷却の間、リンケージ600の膨張および縮小により、正味の高さ変化が約0mmとなるようにする。一つの実施例において、ジャケット支持部318は約25mmの長さ603を有し、ステージ支持部602は約9.5mmの長さ605を有する。リンケージの構成部品用に選定された材料とこれらの長さとの組み合わせにより、高さ変化が最小に抑えられる。

【0054】

支持インターフェース612に対しステージインターフェース614が窪んでいることにより、ステージ支持部602とジャケット支持部318のそれぞれの膨張および縮小に対し、協働する対抗運動がなされる。例えば、試料の加熱の間、ステージ支持部602およびジャケット支持部318は試料ステージ300から少なくともある程度の熱伝達を受け、これによりステージインターフェース614およびベースプレート204それぞれに対し、上方に膨張する。ジャケット支持部318の膨張は、支持インターフェース612を上方に付勢する。ステージインターフェース614は支持インターフェース612に相対するため、ステージ支持部602およびジャケット支持部318それぞれの膨張に対し、インターフェース部材316はステージ支持部602およびジャケット支持部318それぞれの膨張とは反対方向に膨張する。例えば、加熱の際は、ステージ支持部602およびジャケット支持部318の上方への膨張に対し、インターフェース部材316は下方に膨張する。環境キャビティの冷却の際は、その逆が発生する。つまり、ステージ支持部602およびジャケット支持部318は第一の方向に縮小し、インターフェース部材316はそれを相殺する第二の方向に縮小する。これにより、定常状態温度での加熱においてもまたは冷却においても、定常状態温度からの変動による膨張・縮小リンケージ600の正味の移動量としては、正味の高さ変化0となる。

【0055】

従って、試料ステージ300が定常状態温度まで加熱（または冷却）され、試料ヒーター304、トップヒータ312の電圧変動、または環境キャビティ206に提供される冷却流体の変動のうち一つ以上により温度変動が起きると、膨張・縮小リンケージ600が動作し、このような温度変動によるステージ面306における膨張または縮小を相殺する。これにより、図６Ａに示す試料ステージ300上の試料の高さは、定常状態温度に対し温度が変動しても（加熱の際も、または冷却の際も）実質的に変わらない。従って、例えば試験機器アセンブリ100の試験機器106を用いて行われる測定は、所望の定常状態温度からの温度変動によって移動するような試料ではなく、実質的に不動の試料に対して行われることになる（加熱の際も、または冷却の際も）。

【0056】

図７は図６Ａおよび６Ｂの膨張・縮小リンケージ600の模式図を示す。模式図において、ステージ支持部602、インターフェース部材316、ジャケット支持部318のそれぞれに対応する一対の矢印のうち、左側の矢印は、筐体110の他部分へ付随的な熱伝達を伴う少なくとも試料ステージ300に対応する。ステージ支持部602、インターフェース部材316、ジャケット支持部318のそれぞれに対応する一対の矢印のうち、右側の矢印は、例えば冷却された、または低温の流体を環境コンディショニング導入口322（図３に示される）から導入することによる、ステージ300および任意で環境キャビティ206の冷却に対応する。図示されるように、加熱状態におけるインターフェース部材316の下方への移動は、これに対応する、ステージ支持部602およびジャケット支持部318の膨張により起きるこれらの構成部品の上方移動を相殺する。同様に、環境キャビティ206の冷却中に、インターフェース部材316の相対的に上方への移動が、これに対応する、リンケージ600のステージ支持部602およびジャケット支持部318の縮小により起きるこれらの構成部品の下方移動を相殺する。

【0057】

ステージ支持部602、ジャケット支持部318、およびインターフェース部材316（例えば、ボトムジャケット200）のそれぞれの材料は、その材料の熱膨張係数、熱伝導率、などを含む、熱的機械的特性に基づいて選定される。材料の選定、およびここに述べる、ジャケット支持部318、およびインターフェース部材316、ステージ支持部602のそれぞれの寸法の間の関係を含むリンケージの構成により、加熱の際もまたは冷却の際も、インターフェース部材316がステージ支持部602およびジャケット支持部318双方の膨張および縮小を相殺することができる。つまり、インターフェース部材316はステージ支持部602およびジャケット支持部318に対し反対の方向に移動し、これらの機能部の膨張および縮小を相殺し、（例えばステージ300が定常状態温度からの温度変動を受けた際、）ステージ面306を、その上に配置されたサンプルと共に所望の高さに維持することができる。

【0058】

別の実施例において、試料ステージ300は、ステージ面306に直接隣接して配置された凹谷部404を含む（これも図４に示される）。凹谷部404をステージ面306に近接して配置することにより、ステージ支持部602とステージ面306が緊密に係合し、試料ステージ300の膨張および縮小と、それに対応する表面306の高さ変化を実質的に軽減または最小化される。つまり、凹谷部404をステージ面306に直接隣接またはステージ面306に一致するように配置することで、第二の厚み414（同様に図４に示される）が実質的に最小となる。これにより、加熱または冷却の間の試料ステージ300の膨張または縮小が、試料の高さへの影響という点で最小に抑えられる（例えば、膨張・縮小リンケージ600の動作への影響が最小となる）。ここに述べる膨張・縮小リンケージ600は従って、定常状態温度からの温度変動があっても、ステージ面306およびその上に配置された試料を、実質的に変わらない高さに維持することができる。

【0059】

一つの実施例において、図６Ａ、Ｂに示す膨張・縮小リンケージ600は、下記の膨張・縮小式に示される特徴を持つ説明的な例である。上述のように、インターフェース部材316は、定常状態温度に対する加熱または冷却により起こる、ステージ支持部602およびジャケット支持部318のＺ変位を最小に抑える。インターフェース部材316の温度が変化（ΔＴ）する際、ステージ支持部の上端の温度は試料ステージ300の温度により制御されるため、ステージ支持部602の平均温度変化はインターフェース部材316の温度変化に対し約半分となる。ジャケット支持部318の下端の温度はその下のベースプレート204の温度により決まるため、ジャケット支持部318の平均温度変化もインターフェース部材316（例えば、任意でボトムジャケット200）の温度変化に対し約半分となる。環境コンディショニングアセンブリ108内の温度変化によりもたらされる（そして膨張・縮小リンケージ600により低減される）Ｚ変位はステージ支持部602、インターフェース部材316、およびジャケット支持部318のＺ変位の合計となる。これらの構成部品の寸法および材料は、Ｚ変位の合計がおよそゼロになるように選定される。ジャケット支持部318は、これに限定されるものとではないが、アンバー（Invar）を含む、熱膨張係数の低い材料からなる。インターフェース部材316（例えばボトムジャケット200）は銅からなり、他の構成部品に対し、中程度な熱膨張係数を有する。ステージ支持部602は、これに現定されるものではないが、少なくともインターフェース部材316に対し、低い熱膨張係数を有する石英からなる。

Ｚ変位＝ΔＴ×長さ×熱膨張係数
ジャケット支持部（材料：アンバー）＝1/2ΔＴ×25mm×1.2ppm/℃＝15nm/℃
インターフェース部材（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/℃

【0060】

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。

【0061】

図8は環境コンディショニングアセンブリ108の一部の模式図を示す。図８に示すように、トップジャケット202は、試料ステージ300上に配置された試料806の一部に沿って組み合わされている。さらに図示されるように、試料806はトップジャケット202、例えばトップヒータ312、と、試料ヒーター304を内部に含む試料ステージ300との間に挟持される。上述のように、試料806を挟持することにより、試料806に表面対表面の接触がもたらされ、これにより、トップヒータ312およびステージ面306との境界にあたる、試料806の両面での伝導性熱伝達が促進される（試料ヒーター304は任意で試料ステージ300内に設けられる）。

【0062】

上述のように、一つの実施例において、トップジャケット202は、ボトムジャケット200の経路321内に受容される大きさと形状を有する一つ以上のガイドポスト320を含む。別の実施例において、経路321内にリニアガイド軸受616が設けられ、ガイドポスト320と密接してこれを受容し、図８に示すように、トップジャケット202を実質的な垂直軸に沿って導き試料806に係合させる。これにより、トップヒータ312が試料806と接触する際（例えば、図５にて先に示した挟持面500において）、トップヒータ312は試料806に対し実質的に水平移動を加えない。従って、試料806はトップヒータと安定して接触し、試料ステージ300と挟持面500の間に挟持され、試料806には実質的に水平移動が起こらない。別の実施例においては、トップジャケットおよびボトムジャケット202、200にばねクランプなどの固定部構造が適用され、例えば銅板からなるボトムジャケットおよびトップジャケット200、202が試料806をトップヒータ312との間に（例えばトップヒータ312はトップジャケット202に含まれ、ボトムジャケット200内に設けられた試料ステージ300との間に）、重力により積極的に挟持する。

【0063】

再び図８を参照し、上述のように、少なくとも一つの実施例において、トップヒータ312は複数の流路510を含む。流路510は試験機器アクセスポート218と環境キャビティ206の他部分とを連通させる。例えば、環境キャビティ206に、例えば図３の環境コンディショニング導入口322を通して環境コンディショニング用流体が供給される際、環境キャビティ206内に与えられる環境は、試料806の真上の試験機器アクセスポート218（例えば、環境キャビティ206の一部）にも広がる。これにより、試料806全体が環境キャビティ206の環境内に維持される。例えば図１の試験機器106のプローブ800が試験機器アクセスポート218内を通って試料806と接触する。環境キャビティ206内の環境が試験機器アクセスポート218にも与えられているため、プローブ800はこの与えられた環境（例えば、加熱された、冷却された、一つ以上の流体により調節されたものなど）において試料806に接触する。換言すれば、試験機器アクセスポート218は、環境キャビティ206に連通し、環境キャビティ206の一部である。

【0064】

上述のように、一つの実施例において、トップヒータ312とステージ300との間の挟持により、試料806を通して、確実に一貫した加熱が行われるよう構成されている。例えば、挟持によりもたらされる表面対表面の接触により、試料806への熱伝達が促される。トップヒータ312および試料ヒーター304が同じ温度に加熱されると、試料806においてトップヒータ312と試料ステージ300にそれぞれ係合する、対向する表面間の温度勾配が実質的に最小化される。別の実施例において、トップヒータ312および試料ヒーター304は異なる程度に加熱される。例えば、トップヒータ312は第一の温度まで加熱され、試料ヒーター304は、トップヒータ312の第一の温度とは異なる第二の温度まで加熱される。このような例において、挟持された試料806では、挟持面500に隣接する最上面と、ステージ面306に隣接する最下面のとの間に温度勾配がもたらされる。これにより、試料内の温度勾配に沿った試料の特性の測定が所望される場合に、トップヒータ312と試料ステージ300を試料806に係合させ挟持することにより、そのような温度勾配が与えられる。

【0065】

図８にさらに示すように、一つの実施例において、プローブ800はプローブ先端804において、一つ以上の電気接点808を含む。同様に、試料ステージ300は対応する一つ以上の電気接点810を含む。示されているように、電気接点808、810はトップヒータ312と試料ステージ300に挟持された試料806と係合するよう構成される。一つの実施例において、図１にて先に示した試験機器106が試料ステージ300と共に用いられ、試料806の一つ以上の電気的特性試験を行う。例えば、プローブ800の接点808とステージ300の接点810の間に電位が印加されることより、これに限定されるものではないが、抵抗率、導電率を含む試料806の一つ以上の特性が測定される。

【0066】

図９は、環境コンディショニングアセンブリ108の模式的な例を示す。上述のように、環境コンディショニングアセンブリ108は環境キャビティ206を有する筐体110を提供する。図９に示す例において、筐体110は、ジャケットシール314沿って結合されたボトムジャケットおよびトップジャケット200、202を含む。図示されるように、環境キャビティ206は環境キャビティ内において、試料を実質的に隔離しつつ、試験機器アクセスポート218を通してアクセスが可能な状態にする。加えて、環境キャビティは、例えば包囲筐体のキャビティ周囲が試料を近接して取り囲むようにすることで、小規模の環境を試料に直接隣接する領域に局所化する。図１に示す試験機器アセンブリ100の機器チャンバ102に関し、機器チャンバ容積102は、対応する環境キャビティ206の容積に対し大幅に大きい。従って、環境コンディショニング用流体を一つ以上の導入口または排出口により提供すること、および、試料ステージ300上に配置された試料に対する局所的加熱または冷却により、より大きな環境（例えばキャビティ206よりも大きい容積）での加熱および温度変動を起こすことなく、環境キャビティ206内の環境の調節を容易に行うことができる。

【0067】

図９に示すように、一つの実施例において、環境コンディショニングシステムが提供される。環境コンディショニングシステムは、例えば環境コンディショニング導入口322および一つ以上の環境コンディショニング排出口324、900を通り、環境キャビティ206内に延在する。一つの実施例において、環境コンディショニング排出口324は、トップジャケット202内に、例えば試験機器アクセスポート218に隣接して設けられる。一つの実施例において、環境コンディショニング排出口324は任意で試験機器アクセスポート218内に負圧（例えば真空）を与え、これにより、環境キャビティ206からの流体の退出を防止する。別の実施例において、環境コンディショニング排出口900は環境キャビティ206の、環境コンディショニング導入口322と反対の側に設けられる。環境コンディショニング排出口900は環境キャビティ206内および試料ステージ300上の試料にわたり環境コンディショニング用流体が送達されるよう促し、流入路322と排出口900の間を送達される加熱または冷却液、およびその他の環境コンディショニング用流体に、環境キャビティ206および試料がさらに確実にさらされるようにする。

【0068】

図９を再度参照し、環境キャビティ206を調節するための、複数の環境コンディショニング用流体リザーバーの一例を示す。一つの実施例において、環境コンディショニング導入口322に連通した冷却または加熱流体源904が設けられる。冷却または加熱流体源904は冷却または加熱され所望の温度とした、気体、液体などの供給源を含む。流体は、環境コンディショニング導入口322と連通する調節ポンプ908を通して送達される。調節ポンプ908は、これに限定されるものではないが、ポンプ、ブロワー、ファン、滴下機構などを含む。

【0069】

別の実施例において、環境コンディショニングループはコンディショニング用流体源906（例えば、調節ポンプ908と連通している）を含む。コンディショニング用流体源906は、これに限定されるものではないが、不活性ガス、空気、反応性流体、液体、加湿ガスなどの一つ以上のリザーバーを含む。例えば、一つの実施例において、コンディショニング用流体源906は、アルゴンおよび水素の混合ガスなどの不活性ガスの供給源を含む。不活性ガスを（調節ポンプ208を用いて）環境キャビティ206内に送り込むと、その内部の試料周辺の環境が不活性ガスにより満たされる。試料を（試料ステージ300の）試料ヒーター304またはトップヒータ312のうち一つ以上を用いて加熱すると、環境キャビティ206内の環境の温度が、それに応じて例えば1,500℃の温度まで上昇する。環境キャビティ206内に不活性ガスが存在することで、試料ステージ300上の試料の酸化は実質的に最小に抑えられる。従って、試料の試験（例えばプローブ800を用いる）は、この高温下で、内部の試料を酸化させるリスクを伴うことなく行われる。

【0070】

別の実施例において、コンディショニング用流体源906は、冷却された水の槽を通し送達される、例えば気泡不活性ガスのような加湿ガス源を含む。別の実施例において、コンディショニング用流体源906は、環境キャビティ206内の試料と化学反応を起こすよう構成された反応性流体の供給源を提供する。これにより、反応性流体を環境キャビティ206内に送達することで、試料との化学反応は局所化され、プローブ800は、環境コンディショニングアセンブリ108外部の環境要因から実質的に隔離された、小規模の局所的環境内で反応中の試料を検査することができる。

【0071】

図９にさらに示すように、一つの実施例において、環境コンディショニング排出口324、900のうち一方または両方は抽出ポンプ912および抽出リザーバー910と連通している。抽出ポンプ912は、一つの実施例において、環境コンディショニング排出口324、900うち一つ以上にて負圧を提供する。これにより、環境コンディショニング導入口322を通して提供される環境コンディショニング用流体は、環境キャビティ206から排出される。任意で、環境コンディショニング用流体の流れは環境キャビティ206内を一定の流量で送達され、試料ステージ300上に配置された試料周辺の環境が実質的に維持されるようにする。例えば、手順の要求（例えば、氷点下の温度までの冷却または1,500℃に近い温度への加熱）に従い、加熱または冷却のうち一つ以上が、試験手順の行われる間継続して維持される。一つの実施例において、環境コンディショニング排出口324は試験機器アクセスポート218内に配置され、排出口324は、環境コンディショニング導入口322を通して供給される流体を、アクセスポート218から流体が流出する前に抜き取るよう構成されている。

【0072】

所望の温度（例えば低温または高温）で試験および測定を正確に行うために、環境コンディショニングアセンブリ108内の試料は、試験の間、例えばプローブ800が接触する間、所望の温度に維持されている必要がある。プローブ800を試験のため試料と接触させる前に試料が所望の温度（例えば1,500℃）に保たれている場合、加熱をしない状態だと、接触面積と相対的な温度差に基づき熱がプローブに伝達され、大幅な温度低下が起こる。試料からプローブ800への温度分布は、これらの構成部品の相対的熱抵抗に左右される。非常に小さい接触部分（例えば、プローブ先端804が試料に接触する部分）を通る狭い熱流束は、大きな熱抵抗をもたらす（熱抵抗は、熱流束に対し垂直な面積に反比例する）。接触部分付近の熱抵抗が大きいと、試料の接触部分およびその近辺に大きな温度低下がもたらされる。プローブ先端804との接触の際の接触領域の温度は、試料全体の温度と同じではない。

【0073】

従って、熱伝導を最小化し、試料を所望の温度に維持するために、プローブの加熱が用いられる。図９に示されるように、（例えば、図１の試験機器106の）プローブ800は、試験機器アクセスポート218を通り環境キャビティ206内に伸びている。一つの実施例において、例えば、試料ヒーター304およびトップヒータ312の一つ以上による伝導加熱、もしくは環境コンディショニング導入口322を通した対流加熱または冷却により、試料が試料ステージ300上で加熱される場合、少なくともいくつかの状況下では、プローブ先端804を対応して同一の温度に加熱することが望ましい。一つの実施例において、プローブ先端804を環境キャビティ206内に配置することにより、プローブ先端804を、試料ステージ300上に配置された試料と同一の温度に容易に加熱することができる。例えば、トップヒータ312、ボトムヒーター304及びその間に配置された試料と共に、プローブ先端804の周りに局所的な環境が与えられ、これによりプローブ先端804が、放熱により、試料ステージ300上の試料と実質的に同一の温度に加熱される。別の実施例においては、加熱または冷却流体などの環境コンディショニング用流体が環境コンディショニング導入口322を通して与えられる（または流体がヒーター304、312の一つにより加熱される）場合、これにより、環境キャビティ206内の環境が所望の温度に加熱または冷却される。プローブ先端804は環境キャビティ206の環境内に配置されているため、プローブ先端は同じ所望の温度に対流加熱または冷却される。

【0074】

従って、プローブ先端と試料ステージ300上に配置された試料との接触により、プローブ先端804（あらかじめ環境キャビティ206内に配置されている場合）は実質的に同一の温度となる。これにより、プローブ先端804と試料ステージ300上の試料との間の熱伝達が最小に抑えられる。そして、プローブ先端804と試料のそれぞれが実質的に同じ温度であるため、プローブ先端804との間に熱伝達が発生することなくその高温において試料の試験が行われる。従って、試験手順が行われる間を通して試料が所望の温度に維持される。

【0075】

別の実施例において、環境コンディショニングアセンブリ108は、気体流をプローブ800に提供するよう構成された気体送達経路326を含む。上述のように、一つの実施例において、プローブ800は、例えば試料ステージ300の試料の加熱に伴う温度変化に敏感な試験機器106の繊細な電子機器および測定機器（例えば静電容量型トランスデューサ、センサーなど）と結合される。一つの実施例において、気体送達経路326は、環境キャビティ206から試験機器106のトランスデューサへと向かう加熱された流体の上方への流れ（例えば、プローブ800のプローブシャフトに沿って）を阻止する。例えば、図９に示すように、気体送達経路326は遮断流体ポンプ912および遮断流体源914と結合される。一つの実施例において、遮断流体源914は加熱または冷却された流体の流れ（または任意で、室温の気体の流れ）を、遮断流体ポンプ912による送出によって、横断的に設けられた気体送達経路326へと供給する。気体送達経路326からのガスの流れは、プローブ800のプローブシャフト802を横切り、これにより、試験機器アクセスポート218からの加熱された流体の上方への流れを阻止する。つまり、試験機器アクセスポート218から上昇してくる付随的な環境コンディショニング用流体（例えば気体、加熱または冷却された流体など）の流れは、気体送達経路326からの流体の流れにより阻止される。これにより、試験機器106と組み合わされた繊細な電子機器、トランスデューサなどが、環境キャビティ206の加熱または冷却された環境から保護される。

【0076】

図１０は、図１および図２に示される環境コンディショニングアセンブリ108のような環境コンディショニングアセンブリを使用する方法1000の一例を示す。方法1000について述べるにあたり、ここに述べる一つ以上の構成要素、機能部、機能、ステップなどに参照する。便宜上、参照番号を用いて参照することがある。参照番号は説明の目的で付与されるものであり、限定するものではない。例えば、方法1000において述べられる機能部品、機能、ステップなどは、これに限定されるものではないが、対応する番号付きの構成要素、ここに述べる他の対応する機能部（番号付きのものおよび番号無しのもの）、およびそれらの同等物含む。

【0077】

方法1000は、1002において、試料806などの試料を、筐体110（例えば包囲筐体110）の環境キャビティ206内で、試料ステージ300のステージ面（例えばステージ面306）上に配置することを含む。筐体110のキャビティ周囲は、試料ステージ300および試料を取り囲むように集められている。例えば、一つの実施例において、キャビティ周囲は、試料ステージ300の周りに近接して配置されたトップジャケットおよびボトムジャケット202、200のうち一つ以上の内周と一致する。これにより、試料の周辺に提供される局所化された環境は、例えば図１に示される機器チャンバ102のような比較的開放された環境に比べ、小さくなる。

【0078】

1004において、試料加熱または冷却システムを用い、環境キャビティ206内で試料を定常状態温度まで加熱または冷却する。一つの実施例において、試料加熱または冷却システムは、伝導、対流、放射加熱または冷却システムのうち一つ以上を含む。例えば、一つの実施例において、試料は、それぞれ試料と近接して、例えば接触挟持するように配置された試料ヒーター304および任意でトップヒータ312を用いて伝導加熱される。別の実施例において、加熱または冷却は、例えば環境コンディショニング導入口322を通じて提供され環境コンディショニング排出口（例えば図９に示される排出口324、900）を通じて排出される環境コンディショニング用流体により行われる。一つの実施例において、試料を定常状態温度に加熱または冷却することは、例えば電圧変動、環境コンディショニング用流体の温度変動などに起因し、試料の温度が定常状態温度の上下へと変動することを含む。

【0079】

方法1000は、1006において、加熱または冷却中にもたらされる温度変動に際し、環境コンディショニングアセンブリ108内の試料の高さおよびステージ面306の高さを実質的に変わらないように維持することを含む。一つの実施例において、これらの高さは、図６Ａおよび６Ｂに示される膨張・縮小リンケージ600の膨張および拡大により、変わらないように維持される。上述のように、一つの実施例において、膨張・縮小リンケージ600は筐体110と試料ステージ300の間に組み合わされる。

【0080】

方法1000は、1008において、試験機器アクセスポート218を通し、プローブ800を用いて試料にアクセスすることを含む。試験機器アクセスポート218は、筐体110を通り環境キャビティ206内へと延在する。試験機器アクセスポートのアクセスポート周囲は、試験機器アクセスポート内に配置された試験機器の周辺に設けられるため、その間に、例えば環境キャビティ206内に配置された試料にプローブを接触させ試料を変形させる機械的検査手順を行う間、プローブ800の動きを促す動作用の溝が含まれる。これにより、試験機器アクセスポート218は、環境キャビティ206によって試料に与えられる隔離された環境を維持しながら、同時に環境コンディショニングアセンブリ108の外部から伸びるプローブがキャビティ206内に配置された試料に干渉することを可能とする。

【0081】

方法1000においては、いくつかの任意選択項目が続く。一つの実施例において、方法1000は、試料806のような試料を、筐体110のトップジャケットおよびボトムジャケットの間に挟持することを含む。別の実施例においては、トップジャケットおよびボトムジャケット202、200はトップヒータ312および試料ステージ300を含む。トップヒータ312および試料ステージ300から試料806へと、対向する表面から伝導性熱伝達が行われるように、トップヒータ312および試料ステージ300の間に試料806が挟持される。

【0082】

上述のように、環境コンディショニングアセンブリ108は一つの実施例において、膨張・縮小リンケージ600を含む。一つの実施例において、膨張・縮小リンケージ600は、加熱または冷却の間第一の方向に移動する第一の部分と、加熱または冷却の間反対の第二の方向に膨張するリンケージ600の第二の部分を含む。これにより、加熱の間、第一の部分は第一の方向に膨張し、第二の部分は第二方向に膨張して第一の部分の第一の方向への膨張を相殺する。試料の冷却（例えば環境キャビティ206を冷却するよう構成された環境コンディショニング用流体の導入による）の際は、膨張・縮小リンケージの第一の部分は第二の方向（上述の第一の方向と反対）に移動し、第二の部分は、第一の部分が移動する第一の方法と逆の第一の方向に縮小する。これにより、冷却の際は、膨張・縮小リンケージ600は第一の部分および第二の部分により協働し、加熱の際と同様に、試料の高さおよびステージ面の高さが実質的に変わらないように維持する。つまり、試料806（図8）が所望の温度、例えば1,500℃近くまたはそれより低い定常状態温度に維持されつつ、試料806および環境キャビティ206内における温度変動に起因する膨張および縮小、熱機械的ドリフトなどが、リンケージ600を用いて低減される。換言すれば、膨張・縮小リンケージ600は、温度変動の間、対抗する膨張または縮小により協働し、これにより試料およびステージ面306を、実質的に変わらない高さに維持する。

【0083】

別の実施例において、方法1000は、試験機器アクセスポートを通るプローブ800を加熱または冷却することを含む。図９にて先に示したように、一つの実施例において、試験機器アクセスポート218内に配置された機器プローブ800は、環境キャビティ206内の環境により提供される放射または対流加熱および冷却のうち一つ以上により加熱される。例えば、環境コンディショニング用流体（冷却または加熱されたもの）を提供することにより、流体が試料300およびプローブ800の両方に対流熱伝達もたらし、これによりプローブ800（例えばプローブ先端804）を、試料ステージ300上の試料と実質的に同一の温度に維持する。別の実施例において、環境キャビティ206が例えば試料ステージ300と組み合わされた試料ヒーター304および任意でトップヒータ312により加熱される場合、プローブ先端804は放射に基づく熱伝達により加熱される。別の実施例において、プローブ先端804は放射および対流熱伝達の組み合わせにより加熱される。

【0084】

さらに別の実施例において、方法1000では、プローブ先端804と、プローブシャフトの反対側の先端、例えばプローブシャフト802の反対側の先端などと組み合わされた、トランスデューサやセンサー素子などの敏感な機器が連結されるプローブシャフトの一部、との間の熱伝達を制限することを含む。一つの実施例において、試験機器アクセスポート218に近接して延在する環境コンディショニング排出口324によって、プローブ800に沿った、例えばプローブシャフトの反対側の先端に向かうような熱伝達の制限が実現される。例えば、図９に示されるように、環境コンディショニング排出口324は試験機器アクセスポート218に連通しているため、例えば加熱または冷却された流体などの流体を、アクセスポート内から抜き取り、これによりプローブシャフト802に沿った上方への熱伝達を低減する。さらに別の実施例においては、同じく図９に示された気体送達経路326が、プローブ800にわたって遮断用の流体を流すために用いられる。例えば環境キャビティ206内の加熱された環境に対し冷却されたまたは室温に保たれた不活性ガスなどの遮断用の流体を加圧して流すことにより、プローブ800に沿った熱の流れが阻止される。つまり、気体送達経路326により供給される気体の流れがプローブ800を横切り、これによりプローブ800に沿ってトランスデューサなどの繊細な機器に向かう（そしてプローブシャフト802内の熱に対し対流伝達をもたらす）上方への高温または低温の流体の流れを阻止する。

【0085】

任意で、方法1000はさらに、環境キャビティ206内において試料ステージ300上に配置された試料周辺の局所化された環境の調節を行うことを含む。上述のように、環境キャビティ206は第一の容積を有し、機器チャンバ102などの機器キャビティは第二の容積を有し、第二の容積は環境キャビティ206の第一の容積よりも大きい。試料ステージ300上の試料周辺に局所化された環境を調節することにより、機器チャンバ102の他部分を調節することが避けられる。さらに、機器チャンバ102の周辺の環境が、環境キャビティ206内に配置された試料に干渉することも避けられる。

【0086】

任意で、方法1000はさらに、一つの実施例において、環境コンディショニングアセンブリ108内において試料の試験を行うことを含む。例えば、一つの実施例において、図８および９に示されるプローブ800などのプローブが、試験機器アクセスポート218を通して導入される。プローブ800は、プローブ先端804を試料ステージ300上の試料に係合させることを含む、一つ以上の機械的試験手順を実行する。プローブが試料ステージ300に係合することにより、任意で、試料が変形し、これに限定されるものではないが、試料に加えられる力、プローブ先端804による貫通の深さ、および対応する、硬度、弾性係数などの機械的特徴を含む、試料の一つ以上の機械的特性および特徴の測定が可能になる。さらに別の実施例において、環境キャビティ206内での試料の試験は、例えば図８に示される電気接点808を用いてプローブ先端804に電気的バイアスを印加することを含む。加えて、試料ステージ300にも、対応する電気接点810によりバイアスが印加される。試料が試料表面306上にある状態で、プローブ先端804を試料806に係合させることにより環境キャビティ206内の試料806の検査が行われる。この係合により一つ以上の電気的特性が測定され、これにより、試料806の一つ以上の電気的特性が判定される。

【実施例】

【0087】

実施形態１は、ミクロン以下のスケールでの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と、前記環境キャビティ内の試料ステージであって、試料をその上に支持するよう構成されたステージ面を含み、前記包囲筐体のキャビティ周囲は前記試料ステージを取り囲んでいる、試料ステージと、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を含むことができる。

【0088】

実施形態２は、前記包囲筐体は、機器アセンブリの機器チャンバの内に配置され、機器チャンバ容積は、前記環境キャビティの環境キャビティ容積よりも大きい、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１の内容と組み合わせることができる。

【0089】

実施形態３は、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アクセスポート周囲は、前記試験機器アクセスポート内に配置された試験機器の周りに設けられ、その間に動作用の溝がある、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１または２の一つまたは任意の組み合せの内容と組み合わせることができる。

【0090】

実施形態４は、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、前記試料ステージは、前記トップジャケットおよび前記ボトムジャケットの間に配置されている、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0091】

実施形態５は、前記トップジャケットはトップヒータを含み、前記トップジャケットと前記ボトムジャケットは、前記試料ステージの前記試料ヒーターと、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、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至４の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0092】

実施形態６は、前記トップジャケットと前記ボトムジャケットの一方は一つ以上のガイドポストを含み、前記ボトムジャケットと前記トップジャケットの他方は一つ以上のリニア軸受を含み、前記リニア軸受は、前記ガイドポストを受容して前記トップジャケットを前記ボトムジャケットの位置と合わせ、前記試料ステージに対する前記トップジャケットの水平移動を制限する、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至５の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0093】

実施形態７は、支持インターフェースと、前記支持インターフェースから窪んでいるステージインターフェースとを有するインターフェース部材と、前記ステージインターフェースにて前記インターフェース部材と結合される一つ以上のステージ支持部であって、その一つ以上が試料ステージと結合さ結合される一つ以上のステージ支持部と、前記支持インターフェースにて前記インターフェース部材と結合される一つ以上のインターフェース支持部と、を含む膨張・縮小リンケージを含み、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、前記膨張・縮小リンケージの膨張および縮小により、前記ステージ面のステージ面高さが、実質的に変わらないよう維持される、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至６の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0094】

実施形態８は、前記包囲筐体のボトムジャケットは、前記インターフェース部材を含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至７の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0095】

実施形態９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ーフェース支持部は、前記温度変動の際に第一の方向に膨張または縮小し、前記支持インターフェースと前記ステージインターフェースの間の前記インターフェース部材は、前記温度変動の際に、前記第一の方向と反対の第二の方向に膨張および縮小し、前記インターフェース部材の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ーフェース支持部の第一の方向への前記膨張または縮小と一致する、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至８の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0096】

実施形態１０は、前記一つ以上のステージ支持部は、前記ステージインターフェースの周辺に配置された少なくとも三つの支持ピンを含み、前記少なくとも三つの支持ピンは、前記試料ステージの対応するピン凹部内に受容される、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至９の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0097】

実施形態１１は、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へと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、複数の支持ピンであって、支持ピン端が前記複数のピン凹部に受容され、前記ステージ面に隣接する前記凹谷部と係合する複数の支持ピンを含み、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小さい、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１０の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0098】

実施形態１２は、前記一つ以上のインターフェース支持部は、前記包囲筐体のボトムジャケットの支持キャビティ内に受容される三つの細長いジャケット支柱を含み、前記ジャケット支柱のそれぞれは、前記支持インターフェースと係合する端面と、前記ボトムジャケットの前記支持キャビティのそれぞれのキャビティ壁から離間した柱体とを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１１の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0099】

実施形態１３は、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ーを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１２の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0100】

実施形態１４は、前記試料加熱または冷却システムは、冷却剤流体源と、前記包囲筐体内の環境コンディショニング導入口であって、前記環境コンディショニング導入口は、前記冷却剤流体源と、内部に試料ステージを有する前記包囲筐体の環境キャビティと連通する、環境コンディショニング導入口と、前記包囲筐体内の環境コンディショニング排出口であって、前記環境コンディショニング排出口は、前記環境キャビティと連通する、環境コンディショニング排出口とを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１３の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0101】

実施形態１５は、ミクロン以下のスケールでの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、環境キャビティを内部に含む包囲筐体であって、前記包囲筐体は、前記環境キャビティを囲むトップジャケットおよびボトムジャケットを含む、包囲筐体と、前記環境キャビティ内の、試料表面を有する試料ステージあって、前記試料ステージは試料ヒーターを含み、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ーと前記トップジャケットとの間に試料を挟持するよう構成される、試料ステージと、第一の部分および第二の部分を含む膨張・縮小リンケージであって、前記第一と第二の部分のそれぞれは加熱または冷却の際に、温度変化に起因して膨張または縮小し、前記第一の部分および第二の部分の前記膨張または縮小により、前記試料表面の高さが変わらないように維持する、膨張・縮小リンケージと、前記トップジャケット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であって、前記試験機器アクセスポートのアクセスポート周囲は、前記試験機器アクセスポート内に配置された試験機器の周辺に設けられ、その間に動作用の溝がある、試験機器アクセスポートと、を含み、前記包囲筐体は試料ステージを取り囲むキャビティ周囲を含み、前記包囲筐体は、前記環境キャビティおよび前記試料ステージを、前記包囲筐体の外部の環境から隔離する、ことを特徴とする、環境コンディショニングアセンブリ、を含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１４の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0102】

実施形態１６は、前記トップジャケットはトップヒータと組み合わされており、前記トップジャケットおよび前記ボトムジャケットは、前記試料ヒーター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、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１５の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0103】

実施形態１７は、前記トップヒータと、前記試料ヒーターを有する前記試料ステージとは、その間に挟持される試料と表面対表面で係合するよう構成される、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１６の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0104】

実施形態１８は、前記トップヒータは、一つ以上の流路を含み、前記一つ以上の流路は、前記環境キャビティから前記試験機器アクセスポートへと延在する、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１７の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0105】

実施形態１９は、前記膨張・縮小リンケージの前記第一の部分は、前記ボトムジャケットであって、前記ボトムジャケットは、支持インターフェースと、前記支持インターフェースに対して窪んでいるステージインターフェースと、を含む前記ボトムジャケット、
を含み、前記膨張・縮小リンケージの前記第二の部分は、前記ステージインターフェースにて前記ボトムジャケットと結合される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は前記試料ステージと結合される、ステージ支持部と、前記支持インターフェースにて前記ボトムジャケットと結合される、一つ以上のジャケット支持部、とを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１８の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0106】

実施形態２０は、前記膨張・縮小リンケージの前記第一の部分は、温度変動の際に第一の方向に膨張または縮小し、前記膨張・縮小リンケージの前記第二の部分は、温度変動の際に前記第一の方向と反対の第二の方向に膨張または縮小し、前記第二の部分の前記第二の方向への前記膨張または縮小は、前記第一の部分の前記第一の方向への前記膨張または縮小と一致する、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至１９の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0107】

実施形態２１は、前記トップジャケットおよび前記ボトムジャケットの一方にジャケットシールが組み合わされており、前記ジャケットシールは、前記トップジャケットおよび前記ボトムジャケットの他方と係合し、前記トップジャケットと前記ボトムジャケットとの間の境界を封止する、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２０の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0108】

実施形態２２は、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、また前記封包筐体は、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とを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２１の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0109】

実施形態２３は、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、またその前に、前記環境コンディショニング用流体を抜き取る、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２２の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0110】

実施形態２４は、前記包囲筐体は、前記包囲筐体を通って延在する一つ以上の加熱または冷却経路を含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２３の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0111】

実施形態２５は、遮断リングが、前記試料ステージと前記包囲筐体の前記キャビティ周囲との間の、前記環境キャビティの部分を埋める、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２４の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0112】

実施形態２６は、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し、前記包囲筐体のキャビティ周囲は前記試料ステージと前記試料とを取り囲んでおり、試料加熱または冷却システムを用い、前記環境キャビティ内において前記試料を定常状態温度で加熱または冷却し、前記定常温度での加熱または冷却は、前記定常状態温度の上下への温度変化を含み、
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組み合わされた膨張・縮小リンケージの膨張および縮小により、前記温度変化に際し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し、試験機器アクセスポートを通し、プローブを用いて前記試料に接触し、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伸しており、前記試験機器アクセスポートのアクセスポート周囲は、前記試験機器アクセスポート内に配置された試験機器の周辺に延伸し、その間に動作用の溝がある、ことを含むことを特徴とする、方法を含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２５の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0113】

実施形態２７は、前記包囲筐体の、トップジャケットとボトムジャケットとの間に前記試料を挟持することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２６の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0114】

実施形態２８は、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、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む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２７の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0115】

実施形態２９は、前記試料を加熱することは、前記試料ヒーターと前記トップヒータを用いて、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において、加熱することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２８の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0116】

実施形態３０は、前記試料を加熱することは、前記試料ヒーターを用いて、前記試料を前記第一の表面において第一の温度まで加熱し、前記トップヒータを用いて、前記試料を前記第二の表面において第二の温度まで加熱し、ここで、前記第二の温度は前記第一の温度とは異なること含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至２９の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0117】

実施形態３１は、前記試料を挟持する前に前記トップジャケットの位置を前記ボトムジャケットと合わせ、前記試料を挟持する間、前記トップジャケットまたは前記トップジャケットと結合され前記試料に係合する構成部品の水平移動を制限することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３０の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0118】

実施形態３２は、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、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前記第二の方向に膨張させることを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３１の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0119】

実施形態３３は、前記膨張・縮小リンケージの前記第一の部分を膨張させることは、前記第一の方向に、インターフェース部材と組み合わされた一つ以上のインターフェース支持部を膨張させ、前記インターフェース部材と前記試料ステージとの間に結合された一つ以上のステージ支持部を膨張させることを含み、前記膨張・縮小リンケージの前記第二の部分を膨張させることは、前記一つ以上のインターフェース支持部と前記一つ以上のステージ支持部との間の前記インターフェース部材を、前記第二の方向に膨張させることを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３２の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0120】

実施形態３４は、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、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３３の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0121】

実施形態３５は、前記膨張・縮小リンケージの前記第一の部分を縮小させることは、前記第一の方向に、インターフェース部材と組み合わされた一つ以上のインターフェース支持部を縮小させ、前記インターフェース部材と前記試料ステージとの間に結合された一つ以上のジャケット支持部を縮小させることを含み、前記膨張・縮小リンケージの前記第二の部分を縮小させることは、前記一つ以上のインターフェース支持部と前記一つ以上のステージ支持部との間の前記インターフェース部材を、前記第二の方向に縮小させることを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３４の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0122】

実施形態３６は、前記試験機器アクセスポート内を通るプローブを加熱または冷却することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３５の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0123】

実施形態３７は、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組み合わ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まで加熱又は冷却することを含み、また、前記プローブ先端と前記および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、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３６の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0124】

実施形態３８は、前記試験機器アクセスポートのアクセスポートコーンを通して前記試料を観察することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３７の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0125】

実施形態３９は、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、ここで、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、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３８の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0126】

実施形態４０は、前記局所化された環境を調節することは、前記試料または前記局所化された環境のうち一つ以上を加熱すること、前記試料または前記局所化された環境のうち一つ以上を冷却すること、不活性ガス、空気、反応性流体または液体、のうち一つ以上を含むコンディショニング用流体を前記環境キャビティに導入すること、前記環境キャビティの前記湿度を制御すること、のうち一つ以上を含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至３９の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0127】

実施形態４１は、前記局所化された環境を調節することは、前記包囲筐体内の環境コンディショニング導入口にてコンディショニング用流体を導入し、環境コンディショニング排出口にて前記コンディショニング用流体を抜き取ることを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至４０の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0128】

実施形態４２は、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り、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隔離することを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至４１の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0129】

実施形態４３は、前記機器アクセスポート内を通る前記プローブを用いて、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機械的に試験を行うことを含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至４２の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0130】

実施形態４４は、プローブ先端および前記試料ステージに電気的バイアスを印加し、
測定された電気的特徴に従って、前記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含む、ことを含むことができ、または、これを任意で含むものとして、任意で実施形態１乃至４３の一つまたは任意の組み合わせの内容と組み合わせることができる。

【0131】

これらの非限定的実施形態は、それぞれ単独で有効であり、または、他のいずれか一つ以上の実施形態と、任意の置換もしくは組み合わせにより、併用することができる。

【0132】

上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を成す、付随の図面への参照を含む。図面は、例示として、本発明を実施しうる具体的な実施形態を示す。これらの実施形態はまた、本明細書において、「実施例」とも称される。このような実施例は、ここに示した、またはここに記載したもの以外の要素を含みうる。しかし、本発明の発明者は、ここに示した、またはここに記載した要素のみが提供される実施例も想定する。さらに、本発明の発明者は、ここに示したもしくはここに記載した特定の実施例（またはその一つ以上の態様）に関して、あるいはその他の例（またはその一つ以上の態様）に関して、ここに示したもしくはここに記載した要素（またはその一つ以上の態様）の、任意の組み合わせまたは置換を用いた例も想定する。

【0133】

本明細書と、参照により組み込まれたいずれかの文献の間での用法に矛盾があった場合、本明細書における用法が優先する。

【0134】

本明細書において、特許文書において一般的であるように、「a」および「an」の用語は、その他の場合または「少なくとも一つ（at least one）」もしくは「一つ以上（one or more）」という定義とは独立して、一つまたは複数という意味を含む。本明細書において、「or」という用語は、非排他的であることを示すため、または、「ＡまたはＢ」が、別途定めない限り、「ＢではなくＡ」「ＡではなくＢ」ならびに「ＡおよびB」を含みうるように用いられる。本明細書において、「including」および「in which」は、平易な英語において「comprising」および「wherein」に相当する語として用いられる。また、下記の請求項において、「including」および「comprising」は開放形式であり、つまり、これらの語の後に列挙されたもの以外の要素を含むシステム、機器、物品、組成、式、またはプロセスも、その請求項の範囲に当てはまるものとみなされる。さらに、下記の請求項において、「第一」「第二」および「第三」などの語は、単に標記として用いられ、それらが修飾するものに対し数的要件を課すことを意図したものではない。

【0135】

本明細書に記載される方法の実施例は、少なくとも部分的に、機械またはコンピュータによって実施されうる。いくつかの例は、電子機器に上記の実施例に記載された方法を実施させるために用いうる命令で符号化した、コンピュータにより読み取り可能な媒体または機械により読み取り可能な媒体を含みうる。そのような方法の実施には、マイクロコード、アセンブリ言語コード、上位言語コードなどのコードが含まれうる。このようなコードは、様々な方法を実施するための、コンピュータにより読み取り可能な命令を含みうる。コードはコンピュータプログラム製品のいくつかの部分を形成しうる。さらに、一つの実施例において、コードは、例えば実行時またはその他の時に、一つ以上の揮発性、非一時的、または非揮発性の有形のコンピュータにより読み取り可能な媒体に、有形に格納されていてもよい、コンピュータにより読み取り可能なこれらの有形の媒体の例は、これらに限定されるものではないが、ハードディスク、着脱可能な磁気ディスク、着脱可能な光ディスク（例えばコンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み取り専用メモリ（ROM）、などを含みうる。

【0136】

上記の説明は例示を目的としたものであり、限定を目的としたものではない。例えば、上記の実施例（またはその一つ以上の態様）は、それぞれと組み合わせて用いてもよい。例えば当業者が上記の説明を参照した上で、他の実施形態を用いてもよい。要約は、米国特許法施行規則（37C.F.R）第1.72条第（b）項に準拠し、読者が技術的開示の性質を素早く確認できるよう提供されるものである。これは、請求項の範囲または意味の解釈または限定に用いられないという理解のもと、提出されるものである。また、上記の詳細な説明において、様々な特徴をまとめて、本開示を合理化してもよい。これは、ここに開示され、請求項に記載されない特徴が、請求項に必須のものであることを意図するものと解釈されるべきではない。むしろ、発明の内容は開示される特定の請求項のすべての特徴よりも少ない特徴において存在しうる。従って、下記の請求項は、ここにおいて実施例または実施形態として詳細な説明に組み込まれるものであり、それぞれの請求項は別個の実施形態として単独で有効であり、また、このような実施形態は、様々な組み合わせまたは置換により、それぞれと併用することができることが想定される。本発明の範囲は、添付の請求項を、そのような請求が適用される均等物の全範囲と共に参照し、判断されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】