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iNano 超高分解能 薄膜機械的特性評価装置 

KLA Corporation
iNano 超高分解能 薄膜機械的特性評価装置 システム外観
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  • システム外観

    1
  • エンクロージャー

    2
  • サンプルトレイ

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iNanoは、極低荷重を高精度かつ安定に発生させるInForce50型押込みヘッドを搭載、ナノメートルオーダーの薄膜や樹脂などのソフトマテリアルの薄膜の硬度・ヤング率を測定できます。さらに動的押込み試験による硬度・ヤング率の深さプロファイル測定やナノスケールの動的粘弾性測定、硬度・ヤング率の3次元イメージングなど、多機能な薄膜機械特性評価装置です。

特長

ISO14577 Part 1準拠
連続剛性測定法(CSR)による硬度/ヤング率の深さ方向へのプロファイル測定
● 分解能3nNの超高分解能ヘッドInForce50を搭載
● オートX-Y ステージを用いた多点自動測定
● 自動圧子形状補正機能装備
● ポリマーの局所動的粘弾性、NanoBlitz3D/4D

テクノロジー

iNanoは、押し込み試験の第一人者Dr.Warren Oliverにより新たに設計された最新のナノインデンターで、薄膜からソフトマテリアルまで、硬度・ヤング率・動的粘弾性などの多岐にわたる機械特性を評価するための超低荷重ナノインデンターです。
 
● ダイナミックモード
測定モードには、ISO14577準拠する準静的モードとダイナミック(CSR)モードの2種類があります。準静的モードでは、最大侵入深さにおける特性を算出し、一つのスチフネスS(剛性)データを出力します。CSRモードでは、侵入深さの連続関数として、荷重及び変位データと共にスチフネスデータSが得られます。CSRモードにより、試料表面から最大深さに対して、「硬度」と「ヤング率」がプロファイルとして得られます。この手法により得られるプロファイルデータから、薄膜、コーティング、その他の表面処理材料の評価に関して常に考察が必要とされる基板の影響を視覚的に捉えられ、薄膜のみの硬度とヤング率を正しく判断できます。
またポリマーなどの動的粘弾性特性では、ダイナミック周波数を変更して、各周波数に対する貯蔵モジュラス・損失モジュラス・損失係数tanδを求められるナノ粘弾性評価装置として利用できます。

● 多彩なマッピング機能
InForce50を搭載することで、多彩なマッピング機能を実現します。最速1点辺り1秒の高速押し込みを行い、サンプル表面の硬度・ヤング率を2次元マッピングするNanoBlitz3D機能、更にNanoBlitz3Dに深さ方向を加え硬度・ヤング率を3次元マッピングするNanoBlitz4D機能を装備できます。従来のISOに基づく準静的モードで実現される1ポイントのみの硬度・ヤング率データを2次元、3次元へ拡張し、“硬度顕微鏡”として利用いただけます。

● 100kHzの高速データ収集
iNanoに搭載されるInQuestコントローラは、準静的モードとダイナミックモードを1台のコンパクトなコントローラで実現しています。100kHzという高速データ収集スピードにより、高分解能・高密度なデータ収集と高速なフィードバック制御を実現でき、ナノスケールの極微小な材料の機械特性も高感度に検出できます。

● 押し込みヘッド
機械的インデンテーション試験の全ての測定は、基本の「荷重(フォース)」と「変位」データより算出されています。 ナノインデンター・システムには、独自の電磁コイルベースの荷重制御機構が使用され、サンプルに対する非常に高精度な「荷重」の印加を実現しています。
コイルに流れる電流によって圧子軸は電磁力で下側に駆動され、同時に容量センサによって「変位」を高精度に計測します。容量センサとは完全に独立した2枚のリーフスプリングの採用によって、圧子の押し込み軸は安定に上下し、横方向の移動は全くありません。独自のセンサ/荷重制御機構の設計により、高精度で再現性の非常に高い、材料の機械的特性データが得られます。

仕様

 荷重印加方式 電磁コイル
 変位検出 キャパシタンスゲージ
 最大押し込み深さ >50μm
 最大押しこみ荷重 50mN
 荷重分解能 3nN
 変位分解能 0.02nm
 測定位置確認 CCDカメラ
 測定モード
 (一部オプション)
準静的モード、ダイナミックモード(CSR)、粘弾性、スクラッチ、断面プロファイル、硬度・ヤング率の3D/4Dマッピング

システム構成

◇ 電磁コイルベースの荷重制御機構
◇ 防振台及び環境の影響を防ぐキャビネット
◇ プリマウント型「バーコビッチ」ダイヤモンド圧子
◇ マウスコントロールによる自動モーションシステム
◇ カラーCCDカメラ
◇ 高速・高分解能InQuestコントローラ
◇ InView制御・解析ソフトウェア
◇ ディスプレイ一体型PC

アプリケーション

◇ 硬度・ヤング率(ISO14577 完全準拠)
◇ クリープ
◇ 動的粘弾性測定
◇ 硬度・ヤング率の3D/4Dマッピング
◇ 統計
◇ ビッカース硬度
など

高速マッピングNanoBlitz

NanoBlitz 4D はナノメカニクス社のコントローラの超高速積算能力と高感度アクチュエータの組み合わせで、1 インデントを3.5 秒で実現し、最高30 × 30 のデータ密度で、ダイナミック試験を連続実行し、機械特性にXYZ 軸の座標系を加えた4D データの取り込みを行います。さらなるスピードアップ、最大データ数の増加、対応試料の範囲の増加のために開発が続けられています。

● 特長
・ 材料表面の内部機械的特性の評価
・ 高速インデンテーション
  - サンプリング時間:3.5 秒
  - 最高インデンテーション数:1000
  - 間隔:200nm(NanoFlip にて)
・ 3 次元直交表示
・ XYZ 直交軸にスチフネス/硬度/ヤング率
・ 深さVS ヤング率/硬度のマッピング
・ 5 情報(トポグラフィ、深さ、スチフネス、硬度、ヤング率)を1 試験で同時取り込み/マッピング

● 仕様
・ 最大荷重:50mN(InForce50 でのみ対応)
・ 速度:約3.5 秒/インデント(試料、ステージに依存)
・ 最大インデント数:30 × 30 列
・ データ出力:MATLAB 他
・ 機械特性:ヤング率、硬度、スチフネス
・ インデント間隔:約2μm(iNano)
           (インデントの深さ/径、あるいは試料に依存)

● 測定例
 
誘電体層と金属層が重なった構造を持つマイクロエレクトロニクス
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SEM像   光学像

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機械的特性の3Dイメージング

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