KR102256790B1 - Optical aligner of the raman-atomic force microscope(afm) - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)의 광축 얼라이너는 샘플 기판의 상측에 배치되는 광학 현미경부 및 상기 샘플 기판의 하측에 배치되는 라만 분광계부를 포함하고, 상기 광학 현미경부는 상기 샘플의 상측에 배치되는 제1 렌즈를 포함하며, 상기 라만 분광계부는 상기 샘플의 하측에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고, 렌즈들의 X축 또는 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어함으로써 렌즈들의 광축을 일렬로 정렬시킨다.The optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (AFM) according to an embodiment includes an optical microscope unit disposed on an upper side of a sample substrate and a Raman spectrometer unit disposed on a lower side of the sample substrate, the The optical microscope unit includes a first lens disposed on the upper side of the sample, and the Raman spectrometer unit includes a second lens disposed on the lower side of the sample. Alternatively, the optical axes of the lenses are aligned in a line by controlling the pitch.
Description
아래의 실시예들은 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너에 관한 것이다. The following examples relate to an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope.
라만 분광기는 시스템에서 진동, 회전 및 다른 저-주파 모드를 관찰하는 데 사용되는 분광 기술에 관한 것이다. 이는 보통 가시, 근적외선 영역 또는 근적외선 영역 내의 레이저와 같은 단색광의 라만 산란에 따른다.Raman spectroscopy relates to a spectroscopic technique used to observe vibration, rotation and other low-frequency modes in a system. This is usually due to Raman scattering of monochromatic light such as lasers in the visible, near-infrared region or near-infrared region.
빛이 매질을 통과할 때 빛의 일부는 산란되어 진행방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는데 산란된 빛은 원래의 에너지를 그대로 유지하면서 산란되는 탄성 과정을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라 하고, 에너지를 잃거나 얻으면서 산란되는 비탄성 과정을 라만 산란(Raman Scattering 또는 inelastic scattering)이라 한다. 분자가 빛을 받았을 때 분자는 여기 상태(excited state)로 들뜨게 되고 이 여기 상태의 분자는 세 가지 방식을 거쳐 다시 바닥 상태로 내려오게 된다. 먼저 입사 광원의 에너지를 모두 방출하면서 바닥 상태로 떨어지게 되면 입사된 광원과 같은 에너지의 빛이 산란되어 방출되는데 이 경우가 상기 레일리 산란이다. 이에 반하여 분자의 진동 에너지만큼을 흡수하거나 방출한 후 바닥 상태로 돌아오는 경우를 라만 산란이라고 한다. 이때 진동 상태의 전이가 일어난다. 분자가 진동에너지를 흡수한 후 바닥 상태로 돌아오는 경우를 스토크스(Stokes) 효과라 하고 이때 복사선의 에너지가 분자에 의해 흡수되었으므로 입사된 광원보다 낮은 에너지, 즉 보다 긴 파장의 빛이 산란된다. 반면 분자가 가지고 있던 진동 에너지를 방출하고 바닥상태로 돌아오는 경우를 안티-스토크스(Antistokes) 효과라고 하고 복사선이 분자로부터 에너지를 얻은 상태이므로 입사된 광원보다 높은 에너지, 즉 짧은 파장의 빛이 산란되어 나온다. 이러한 라만 산란 과정을 통하여 입사된 광원과 물질 간의 에너지 교환이 일어나게 된다. 물질이 흡수 또는 방출하는 에너지는 각 물질을 구성하는 분자 구조와 밀접한 관계가 있고 라만 산란에 따른 산란광은 각 물질에 따라 고유하므로 산란광을 분석하면 물질의 분자구조를 추론할 수 있다. 일반적으로 이와 같은 변화는 빛이 산란 전후 얼마만큼 에너지를 잃거나 얻었는가를 관찰함으로써 측정될 수 있다. 상기 산란 전후의 스펙트럼의 변화를 라만 쉬프트(Raman Shift)라고 한다. 상기 라만 쉬프트는 분자의 진동 주파수에 해당한다When light passes through a medium, some of the light is scattered and deviated from the direction of travel and proceeds in the other direction. The elastic process in which the scattered light is scattered while maintaining its original energy is called Rayleigh scattering, and the energy is called Rayleigh scattering. The inelastic process that is scattered while losing or gaining is called Raman Scattering or inelastic scattering. When a molecule receives light, the molecule is excited to an excited state, and the molecule in this excited state is brought down to the ground state in three ways. First, when all the energy of the incident light source is released and falls to the ground state, light of the same energy as the incident light source is scattered and emitted. This is the Rayleigh scattering. On the other hand, the case of returning to the ground state after absorbing or releasing the vibrational energy of the molecule is called Raman scattering. At this time, the transition of the vibration state occurs. The case where the molecule returns to the ground state after absorbing the vibration energy is called the Stokes effect. At this time, since the energy of the radiation is absorbed by the molecule, less energy than the incident light source, that is, light with a longer wavelength is scattered. On the other hand, the case where the vibration energy of the molecule is released and returns to the ground state is called the anti-Stokes effect, and since the radiation is in the state of obtaining energy from the molecule, light with a higher energy than the incident light source, that is, light with a shorter wavelength, is scattered. Comes out. Energy exchange between the incident light source and the material occurs through the Raman scattering process. The energy absorbed or emitted by a substance is closely related to the molecular structure constituting each substance, and the scattered light due to Raman scattering is unique to each substance, so analyzing the scattered light can infer the molecular structure of the substance. In general, this change can be measured by observing how much energy the light loses or gains before and after scattering. The change of the spectrum before and after the scattering is referred to as Raman Shift. The Raman shift corresponds to the vibration frequency of the molecule.
이러한 라만(Raman) 분광법은 물질의 고유한 진동 스펙트럼을 측정하여 물질의 고유한 스펙트럼을 찾아냄으로써 각 물질의 정성, 정량 분석을 수행하는 방법이다. 다시 말해서, 라만 산란은 분자의 진동 지문(vibrational fingerprints)을 제공할 수 있는 광자(photons)의 비탄성적인(inelastic) 산란이다.Such Raman spectroscopy is a method of performing qualitative and quantitative analysis of each substance by measuring a substance's own vibration spectrum and finding the substance's own spectrum. In other words, Raman scattering is the inelastic scattering of photons that can provide the vibrational fingerprints of molecules.
이와 같은 라만 분광법을 AFM과 결합되는 경우 AFM의 탐침과 접촉되는 영역에 한정되어 증폭된 라만 신호가 발생하여 고 분해능의 라만 분광 분석이 가능하다. 이와 같은 방식을 탐침 증강 라만 분광법(TERS, Tip-Enhances Raman Spectroscopy)이라고 한다. 탐침 증강 라만 분광법은 노블 금속(noble-metal) 팁 끝에서 매우 강하게 증가되는 전기장을 이용하여 팁 주변 수십 nm 부분의 라만 스펙트럼을 잡아내는 분광법이다.When such Raman spectroscopy is combined with AFM, an amplified Raman signal is generated by being limited to a region in contact with the AFM probe, enabling high-resolution Raman spectroscopy analysis. This method is called Tip-Enhances Raman Spectroscopy (TERS). Probe-enhanced Raman spectroscopy is a spectroscopic method that captures a Raman spectrum of several tens of nm around a tip by using an electric field that increases very strongly at the tip of a noble-metal tip.
한국 특허 제10-2012-0006845호에는표면 증강 라만 산란 입자 및 이를 이용한 분석 시스템에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-2012-0006845 discloses a surface-enhanced Raman scattering particle and an analysis system using the same.
일 실시예에 따른 목적은 AFM 탐침의 하단에 정확히 라만 광원을 조사하기 위해 상부의 OPU(Optical pick-up)와 하부의 OPU의 광축을 정확하게 일치시킬 수 있는 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 제공하기 위한 것이다. An object according to an embodiment is to provide an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope capable of accurately matching the optical axis of an upper OPU (Optical pick-up) and a lower OPU in order to accurately irradiate a Raman light source at the bottom of the AFM probe. To provide.
일 실시예에 따른 목적은 AFM 탐침과 라만 광원의 위치가 일치되도록 광축을 정밀하게 제어 가능한, 저비용으로 제작할 수 있는 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 제공하기 위한 것이다.An object according to an embodiment is to provide an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope capable of precisely controlling an optical axis so that the positions of the AFM probe and the Raman light source are matched and capable of being manufactured at low cost.
일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)의 광축 얼라이너는 샘플 기판의 상측에 배치되는 광학 현미경부 및 상기 샘플 기판의 하측에 배치되는 라만 분광계부를 포함하고, 상기 광학 현미경부는 상기 샘플의 상측에 배치되는 제1 렌즈를 포함하며, 상기 라만 분광계부는 상기 샘플의 하측에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고, 렌즈들의 X축 또는 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어함으로써 렌즈들의 광축을 일렬로 정렬시킨다.The optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (AFM) according to an embodiment includes an optical microscope unit disposed on an upper side of a sample substrate and a Raman spectrometer unit disposed on a lower side of the sample substrate, the The optical microscope unit includes a first lens disposed on the upper side of the sample, and the Raman spectrometer unit includes a second lens disposed on the lower side of the sample. Alternatively, the optical axes of the lenses are aligned in a line by controlling the pitch.
상기 광학 현미경부는 제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시킬 수 있 제1 구동요소를 포함하고, 상기 라만 분광계부는 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제2 구동요소를 포함한다.The optical microscope unit includes a first driving element capable of moving the position of the first lens with respect to the X axis, and the Raman spectrometer unit includes a second driving element capable of moving the position of the second lens with respect to the Y axis. do.
상기 광학 현미경부는 상기 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제3 구동요소를 포함하고, 상기 라만 분광계부는 상기 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제4 구동요소를 포함한다.The optical microscope unit includes a third driving element for controlling a movement of a roll or a pitch of the first lens, and the Raman spectrometer unit includes a roll or a pitch of the second lens. And a fourth driving element for controlling the movement.
상기 제1 구동요소 및 상기 제2 구동요소는 각각 스텝 모터이며, 상기 제3 구동요소 및 상기 제4 구동요소는 각각 보이스 코일 모터일 수 있다.Each of the first driving element and the second driving element may be a step motor, and each of the third driving element and the fourth driving element may be a voice coil motor.
상기 광학 현미경부는, 레이저를 상기 제1 렌즈에 조사하는 제1 광원, 상기 제1 렌즈를 통과한 레이저를 상기 샘플에 주사하는 AFM 탐침, 상기 레이저의 세기를 검출하는 제1 레이저 파워 센서, 상기 AFM 탐침에서 반사되는 레이저의 위치를 측정하는 제1 위치 센서 및 상기 AFM 탐침에서 반사되는 레이저를 전기 신호로 전환시키는 CMOS 센서를 더 포함할 수 있다.The optical microscope unit includes a first light source for irradiating a laser to the first lens, an AFM probe for scanning the sample with a laser passing through the first lens, a first laser power sensor for detecting the intensity of the laser, and the AFM A first position sensor for measuring a position of a laser reflected from the probe, and a CMOS sensor for converting the laser reflected from the AFM probe into an electric signal may be further included.
라만 분광계부는, 라만 산란을 일으킬 수 있는 라만 레이저를 상기 제2 렌즈에 조사하는 제2 광원, 상기 제2 광원에서 조사된 라만 레이저의 세기를 검출하는 제2 레이저 파워 센서, 상기 AFM 탐침의 일단에서 반사된 라만 레이저의 위치를 측정하는 제2 위치 센서, 상기 AFM 탐침의 일단에서 발생된 라만신호증폭(SERS, Surface Enhanced Raman Spectrometer)을 통과시키는 롱 패스 필터(long pass filter) 및 상기 롱 패스 필터를 통과한 라만신호증폭의 레이저 라만 스펙트럼을 측정하는 라만 분광계를 더 포함할 수 있다.The Raman spectrometer unit includes a second light source that irradiates a Raman laser capable of causing Raman scattering to the second lens, a second laser power sensor that detects the intensity of the Raman laser irradiated from the second light source, and at one end of the AFM probe. A second position sensor for measuring the position of the reflected Raman laser, a long pass filter for passing a Raman signal amplification (SERS, Surface Enhanced Raman Spectrometer) generated at one end of the AFM probe, and the long pass filter. A Raman spectrometer for measuring the laser Raman spectrum of the passed Raman signal amplification may be further included.
구동요소들에 의하여 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들은, 상기 제2 광원에서 발산되는 라만 레이저가 상기 AFM 탐침의 일단에 조사되도록 정렬될 수 있다.Optical axes of the first lens and the second lens by driving elements may be aligned such that a Raman laser emitted from the second light source is irradiated to one end of the AFM probe.
일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)의 광축 얼라이너를 제어하는 방법은, 샘플 기판의 상측에 배치되는 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계, 샘플 기판의 하측에 배치되는 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계 및 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계를 포함한다.A method of controlling an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (AFM) according to an embodiment includes a position of a first lens disposed on an upper side of a sample substrate with respect to the X axis, and a roll Or controlling the pitch, controlling the position of the second lens disposed under the sample substrate with respect to the Y axis, the roll or the pitch, and the first lens and the second lens It includes the step of aligning the optical axes of the line.
이 때, 상기 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계는, 스텝 모터를 이용하여 상기 제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시키는 단계 및 보이스 코일 모터를 이용하여 상기 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. In this case, controlling the position, roll, or pitch of the first lens with respect to the X-axis includes moving the position of the first lens with respect to the X-axis using a stepper motor and voice It may include controlling a movement of a roll or a pitch of the first lens using a coil motor.
또한, 상기 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계는, 스텝 모터를 이용하여 상기 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시키는 단계 및 보이스 코일 모터를 이용하여 상기 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of controlling the position, roll, or pitch of the second lens with respect to the Y-axis may include moving the position of the second lens with respect to the Y-axis using a step motor, and the voice coil. It may include controlling a movement of a roll or a pitch of the second lens using a motor.
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계는, 상기 제2 렌즈를 통과하는 라만 레이저를 상기 제1 렌즈의 하측에 위치되는 AFM 탐침의 일단에 조사시킬 수 있다.In the step of aligning the optical axes of the first lens and the second lens in a line, a Raman laser passing through the second lens may be irradiated to one end of an AFM probe positioned under the first lens.
일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너는 AFM 탐침의 하단에 정확히 라만 광원을 조사하기 위해 상부의 OPU(Optical pick-up)와 하부의 OPU의 광축을 정확하게 일치시킬 수 있다.The optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope according to an embodiment may accurately match the optical axis of the upper OPU (Optical Pick-up) and the lower OPU in order to accurately irradiate the Raman light source at the lower end of the AFM probe.
일 실시예에 따른 AFM 탐침과 라만 광원의 위치가 일치되도록 광축을 정밀하게 제어 가능한 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 저비용으로 제작할 수 있다.An optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope capable of precisely controlling an optical axis such that the AFM probe according to an exemplary embodiment and the position of the Raman light source are matched may be manufactured at low cost.
도1은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 구조를 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 광학 현미경부의 구조를 나타낸다.
도3은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 라만 분광계부의 구조를 나타낸다.
도4는 광학 현미경부의 제1 렌즈와 라만 분광계부의 제2 렌즈의 움직임이 제어되는 상태를 나타낸다.
도5는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 제어하는 방법의 순서도를 나타낸다.1 shows the structure of an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope according to an embodiment.
2 shows the structure of an optical microscope part of an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope according to an embodiment.
3 shows the structure of a Raman spectrometer part of an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope according to an embodiment.
4 shows a state in which movements of the first lens of the optical microscope unit and the second lens of the Raman spectrometer unit are controlled.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope according to an exemplary embodiment.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 양태(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following description is one of several aspects of the embodiments, and the following description forms part of a detailed description of the embodiments.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing one embodiment, detailed descriptions of known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너 및 이를 제어하는 방법의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In addition, terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional or dictionary meaning, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle that there is a Raman-atomic force microscope according to an embodiment, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of an optical axis aligner and a method of controlling the same.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너 및 이를 제어하는 방법의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너 및 이를 제어하는 방법의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope according to an embodiment and a method of controlling the same, and according to an embodiment Since it does not represent all the technical ideas of the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope and the method of controlling the same, it should be understood that there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of the present application. .
도1은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도2는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 광학 현미경부의 구조를 나타내며, 도3은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너의 라만 분광계부의 구조를 나타낸다. 도4는 광학 현미경부의 제1 렌즈와 라만 분광계부의 제2 렌즈의 움직임이 제어되는 상태를 나타내고, 도5는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 제어하는 방법의 순서도를 나타낸다.1 shows the structure of an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope according to an embodiment. Specifically, FIG. 2 shows the structure of the optical microscope part of the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope according to an embodiment, and FIG. 3 is the structure of the Raman spectrometer part of the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope according to an embodiment. Represents. 4 shows a state in which the movement of the first lens of the optical microscope unit and the second lens of the Raman spectrometer unit are controlled, and FIG. 5 is a flow chart of a method of controlling the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope according to an embodiment. .
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)의 광축 얼라이너(10)는 샘플 기판(100)의 상측에 배치되는 광학 현미경부(200) 및 샘플 기판(100)의 하측에 배치되는 라만 분광계부(300)를 포함하고, 광학 현미경부(200)는 샘플의 상측에 배치되는 제1 렌즈(210)를 포함하며, 라만 분광계부(300)는 샘플의 하측에 배치되는 제2 렌즈(310)를 포함하고, 렌즈들(210, 310)의 샘플 기판에 대한 X축 또는 Y축 상에서의 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어함으로써 렌즈들(210, 310)의 광축을 일렬로 정렬시킨다.Referring to FIG. 1, the optical axis aligner 10 of a Raman-atomic force microscope (AFM) according to an embodiment is an
광학 현미경부(200)는 제1 렌즈(210)의 X축에 대한 위치를 이동시킬 수 있 제1 구동요소(미도시)를 포함하고, 라만 분광계부(300)는 제2 렌즈(310)의 Y축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제2 구동요소(미도시)를 포함할 수 있다.The
또한, 광학 현미경부(200)는 제1 렌즈(210)의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제3 구동요소(미도시)를 포함하고, 라만 분광계부(300)는 제2 렌즈(310)의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제4 구동요소(미도시)를 포함할 수 있다.In addition, the
이 때, 제1 구동요소 및 제2 구동요소는 각각 스텝 모터이며, 제3 구동요소 및 제4 구동요소는 각각 보이스 코일 모터일 수 있다.In this case, the first driving element and the second driving element may be a step motor, and the third driving element and the fourth driving element may be a voice coil motor, respectively.
구체적으로, 도2를 참조하면, 광학 현미경부(200)는, 레이저를 제1 렌즈(210)에 조사하는 제1 광원(220), 제1 렌즈(210)를 통과한 레이저를 샘플에 주사하는 AFM 탐침(230), 레이저의 세기를 검출하는 제1 레이저 파워 센서(240), AFM 탐침(230)에서 반사되는 레이저의 위치를 측정하는 제1 위치 센서(250), AFM 탐침(230)에서 반사되는 레이저를 전기 신호로 전환시키는 CMOS 센서(260)를 더 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 2, the
상기와 같은 구성을 지닌 광학 현미경부(200)에서, 제1 광원(220)에서 발산되는 레이저는 제1 거울(280)에서 반사되고 제1 빔스플리터(290)를 향한다. 상기 제1 빔스플리터(290)에서 반사된 레이저는 제1 렌즈(210)를 통과하여 AFM 탐침(230)에 집약되고 샘플에 주사된다. 이 때, 레이저의 일부는 제1 빔스플리터(290)를 통과하여 제1 레이저 파워 센서(240)에 전달될 수 있다. 이 후, 샘플에서 반사된 레이저는 제1 렌즈(210)를 통과하고 일부가 제1 빔스플리터(290)에서 반사되어 제1 위치 센서(250)에 전달된다. 또한, 상기 반사된 레이저의 일부는 상기 제1 빔스플리터(290)와 CMOS 센서(260) 사이에 배치된 제3 렌즈(270)를 통과하여 CMOS 센서(260)에 전달된다. In the
제1 렌즈(210), 제1 광원(220), 제1 레이저 파워 센서(240), 제1 위치 센서(250), 제1 거울(280), 제1 빔스플리터(290)는 상부의 OPU(Optical pick-up)를 구성할 수 있다. The
아울러, 제1 광원(220)에서 발산되어 제1 렌즈(210)를 통과하는 레이저의 광축은, 제1 구동요소에 의하여 샘플 기판을 기준으로 하는 X축에 대한 위치(1 자유도)가 변화될 수 있으며, 제3 구동요소에 의하여 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임(2 자유도)이 제어될 수 있다.In addition, the optical axis of the laser emitted from the first
도3을 참조하면, 라만 분광계부(300)는, 라만 산란을 일으킬 수 있는 라만 레이저를 상기 제2 렌즈(310)에 조사하는 제2 광원(320), 제2 광원(320)에서 조사된 라만 레이저의 세기를 검출하는 제2 레이저 파워 센서(330), AFM 탐침(230)의 일단에서 반사된 라만 레이저의 위치를 측정하는 제2 위치 센서(340), AFM 탐침(230)의 일단에서 발생된 라만신호증폭(SERS, Surface Enhanced Raman Spectrometer)을 통과시키는 롱 패스 필터(long pass filter, 350) 및 상기 롱 패스 필터를 통과한 라만신호증폭의 레이저 라만 스펙트럼을 측정하는 라만 분광계(360)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
상기와 같은 구성을 지닌 라만 분광계부(300)에서, 제2 광원(320)에서 발산되는 라만 레이저는 제2 거울(370)에서 반사되고 제2 빔스플리터(380)를 향한다. 상기 제2 빔스플리터(380)에서 반사된 라만 레이저는 제2 렌즈(310)를 통과하여 AFM 탐침(230)의 일단에 주사된다. 이 때, 라만 레이저의 일부는 제2 빔스플리터(380)를 통과하여 제2 레이저 파워 센서(330)에 전달될 수 있다. 이 후, AFM 탐침(230)의 일단에서 반사된 라만 레이저는 제2 렌즈(310)를 통과하고 일부가 제2 빔스플리터(380)에서 반사되어 제2 위치 센서(340)에 전달된다. 또한, 상기 반사된 라만 레이저의 일부는 상기 제2 빔스플리터(380)와 제3 거울(390) 사이에 배치된 롱 패스 필터(350)를 통과하여, 제3 거울(390)에서 반사된 후 라만 분광계(360)에 전달된다. 이 때, 상기 반사된 라만 레이저는 라만신호증폭(SERS, Surface Enhanced Raman Spectrometer)일 수 있다. In the
제2 렌즈(310), 제2 광원(320), 제2 레이저 파워 센서(330), 제2 위치 센서(340), 제2 거울(370), 제2 빔스플리터(380)는 하부의 OPU(Optical pick-up)를 구성할 수 있다. The
아울러, 제2 광원(320)에서 발산되어 제2 렌즈(310)를 통과하는 라만 레이저의 광축은, 제2 구동요소에 의하여 샘플 기판을 기준으로 하는 Y축에 대한 위치(1 자유도)가 변화될 수 있으며, 제4 구동요소에 의하여 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임(2 자유도)이 제어될 수 있다.In addition, the optical axis of the Raman laser emitted from the second
즉, 도4를 참조하면, 샘플 기판(100)의 평면과 평행한 2차원의 면 상에는 X축과 Y축이 형성될 수 있으며, 광학 현미경부(200)의 제1 렌즈(210)는 상기 X축에 대한 위치가 제어될 수 있다. 또한, 동시에 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어될 수 있다. 아울러, 라만 분광계부(300)의 제2 렌즈(310)는 상기 Y축에 대한 위치가 제어될 수 있으며, 동시에 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어될 수 있다.That is, referring to FIG. 4, an X-axis and a Y-axis may be formed on a two-dimensional plane parallel to the plane of the
상기에서 설명한 구성들을 포함하는 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너는 AFM 탐침의 일단에서 nano-Raman 현상을 발생시킬 수 있다. 즉, 상부의 OPU의 제1 렌즈를 통해 제1 광원에서 조사되는 레이저를 AFM head 부위를 정확히 조사하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 광축을 정확히 일렬도 배치시킴으로써, 제2 광원에서 발산되는 라만 레이저를 AFM 탐침의 일단에 정확히 조사할 수 있다. 이 때, 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 스텝 모터와 보이스 코일 모터를 이용하여 제어하고, 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 스텝 모터와 보이스 코일 모터를 이용하여 제어함으로써 빠르고 정확하게 두 렌즈의 광축을 정렬시킬 수 있다. The optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope including the configurations described above may generate a nano-Raman phenomenon at one end of the AFM probe. That is, the Raman emitted from the second light source is accurately irradiated with the laser irradiated from the first light source through the first lens of the upper OPU, and the optical axes of the first lens and the second lens are accurately aligned. The laser can be accurately irradiated to one end of the AFM probe. At this time, the position, roll, or pitch of the first lens with respect to the X axis is controlled using a step motor and a voice coil motor, and the position of the second lens with respect to the Y axis, a roll, or By controlling the pitch using a step motor and a voice coil motor, it is possible to quickly and accurately align the optical axes of the two lenses.
도5를 참조하면, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)의 광축 얼라이너를 제어하는 방법은, 샘플 기판의 상측에 배치되는 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계(S100), 샘플 기판의 하측에 배치되는 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계(S200) 및 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계(S300)를 포함한다.Referring to FIG. 5, a method of controlling an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (AFM) according to an embodiment is provided with respect to the X axis of the first lens disposed on the upper side of the sample substrate. Controlling the position, roll, or pitch (S100), controlling the position, roll, or pitch of the second lens disposed on the lower side of the sample substrate with respect to the Y axis ( S200) and aligning the optical axes of the first lens and the second lens in a line (S300).
이 때, 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계(S100)는, 스텝 모터를 이용하여 제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시키는 단계(S110) 및 보이스 코일 모터를 이용하여 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. In this case, the step of controlling the position, roll, or pitch of the first lens with respect to the X-axis (S100) is a step of moving the position of the first lens with respect to the X-axis using a stepper motor ( S110) and controlling the movement of the roll or pitch of the first lens using the voice coil motor (S120).
또한, 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계(S200)는, 스텝 모터를 이용하여 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시키는 단계(S210) 및 보이스 코일 모터를 이용하여 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.In addition, the step of controlling the position, roll, or pitch of the second lens with respect to the Y axis (S200) is a step of moving the position of the second lens with respect to the Y axis using a step motor (S210). ) And controlling the movement of the roll or pitch of the second lens using a voice coil motor (S220).
제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계(S300)는, 제2 렌즈를 통과하는 라만 레이저를 제1 렌즈의 하측에 위치되는 AFM 탐침의 일단에 조사시킬 수 있다.In the step S300 of aligning the optical axes of the first lens and the second lens in a line (S300), a Raman laser passing through the second lens may be irradiated to one end of the AFM probe positioned under the first lens.
이와 같은, 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너 및 이를 제어하는 방법을 통하여, AFM 탐침의 하단에 정확히 라만 광원을 조사하기 위해 상부의 OPU(Optical pick-up)와 하부의 OPU의 광축을 정확하게 일치시킬 수 있다.Through the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope and a method of controlling the same, the upper OPU (Optical pick-up) and the lower OPU optical axis are accurately adjusted to accurately irradiate the Raman light source at the bottom of the AFM probe. Can match.
또한, AFM 탐침과 라만 광원의 위치가 일치되도록 광축을 정밀하게 제어 가능한 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너를 저비용으로 제작할 수 있다.In addition, it is possible to manufacture an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope capable of precisely controlling the optical axis so that the AFM probe and the position of the Raman light source are matched at low cost.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, in the embodiment, the embodiment has been described by specific items such as specific components and the limited embodiment and drawings, but this is provided to help overall understanding. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention is limited to the above-described embodiments and should not be defined, and all things that have equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the inventive concept.
10 : 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너
100 : 샘플 기판
200 : 광학 현미경부
210 : 제1 렌즈
220 : 제1 광원
230 : AFM 탐침
240 : 제1 레이저 파워 센서
250 : 제1 위치 센서
260 : CMOS 센서
270 : 제3 렌즈
280 : 제1 거울
290 : 제1 빔스플리터
300 : 라만 분광계부
310 : 제2 렌즈
320 : 제2 광원
330 : 제2 레이저 파워 센서
340 : 제2 위치 센서
350 : 롱 패스 필터
360 : 라만 분광계
370 : 제2 거울
380 : 제2 빔스플리터
390 : 제3 거울10: Raman-atomic force microscope optical axis aligner
100: sample substrate
200: optical microscope unit
210: first lens
220: first light source
230: AFM probe
240: first laser power sensor
250: first position sensor
260: CMOS sensor
270: third lens
280: first mirror
290: first beam splitter
300: Raman spectrometer unit
310: second lens
320: second light source
330: second laser power sensor
340: second position sensor
350: long pass filter
360: Raman spectrometer
370: second mirror
380: second beam splitter
390: third mirror
Claims (10)
샘플 기판의 상측에 배치되는 광학 현미경부; 및
상기 샘플 기판의 하측에 배치되는 라만 분광계부;
를 포함하고,
상기 광학 현미경부는 샘플의 상측에 배치되는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 라만 분광계부는 상기 샘플의 하측에 배치되는 제2 렌즈를 포함하며,
상기 광학 현미경부는,
제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제1 구동요소;
상기 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제3 구동요소;
레이저를 상기 제1 렌즈에 조사하는 제1 광원; 및
상기 제1 렌즈를 통과한 레이저를 상기 샘플에 주사하는 AFM 탐침;
을 포함하고,
상기 라만 분광계부는,
제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제2 구동요소;
상기 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제4 구동요소; 및
라만 산란을 일으킬 수 있는 라만 레이저를 상기 제2 렌즈를 향하여 조사하는 제2 광원;
을 포함하고,
구동요소들에 의하여 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들은 일렬로 정렬되고, 상기 제2 광원에서 발산되는 라만 레이저가 상기 AFM 탐침의 일단에 조사되는,
라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너.
In the optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM),
An optical microscope unit disposed on the upper side of the sample substrate; And
A Raman spectrometer unit disposed under the sample substrate;
Including,
The optical microscope unit includes a first lens disposed above the sample, and the Raman spectrometer unit includes a second lens disposed below the sample,
The optical microscope unit,
A first driving element capable of moving the position of the first lens with respect to the X axis;
A third driving element controlling a movement of a roll or a pitch of the first lens;
A first light source for irradiating a laser to the first lens; And
An AFM probe for scanning the sample with a laser passing through the first lens;
Including,
The Raman spectrometer unit,
A second driving element capable of moving the position of the second lens with respect to the Y axis;
A fourth driving element controlling a movement of a roll or a pitch of the second lens; And
A second light source for irradiating a Raman laser capable of generating Raman scattering toward the second lens;
Including,
Optical axes of the first lens and the second lens are aligned by driving elements, and a Raman laser emitted from the second light source is irradiated to one end of the AFM probe
Optical axis aligner in Raman-atomic force microscope.
상기 제1 구동요소 및 상기 제2 구동요소는 각각 스텝 모터이며,
상기 제3 구동요소 및 상기 제4 구동요소는 각각 보이스 코일 모터인, 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너.
The method of claim 1,
Each of the first driving element and the second driving element is a step motor,
The third driving element and the fourth driving element are voice coil motors, respectively, the optical axis aligner of the Raman-atomic force microscope.
상기 광학 현미경부는,
상기 레이저의 세기를 검출하는 제1 레이저 파워 센서;
상기 AFM 탐침에서 반사되는 레이저의 위치를 측정하는 제1 위치 센서; 및
상기 AFM 탐침에서 반사되는 레이저를 전기 신호로 전환시키는 CMOS 센서;
를 더 포함하는, 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너.
The method of claim 4,
The optical microscope unit,
A first laser power sensor detecting the intensity of the laser;
A first position sensor measuring a position of a laser reflected from the AFM probe; And
A CMOS sensor that converts the laser reflected from the AFM probe into an electrical signal;
Further comprising, Raman-Atomic force microscope optical axis aligner.
라만 분광계부는,
상기 제2 광원에서 조사된 라만 레이저의 세기를 검출하는 제2 레이저 파워 센서;
상기 라만 레이저가 상기 제2 렌즈를 통과하여 상기 AFM 탐침의 일단에 주사된 후, 상기 AFM 탐침의 일단에서 반사되는 라만 레이저의 위치를 측정하는 제2 위치 센서;
상기 AFM 탐침의 일단에서 발생된 라만신호증폭(SERS)을 통과시키는 롱 패스 필터(long pass filter); 및
상기 롱 패스 필터를 통과한 라만신호증폭의 레이저 라만 스펙트럼을 측정하는 라만 분광계;
를 더 포함하는, 라만-원자간력 현미경의 광축 얼라이너.
The method of claim 5,
The Raman spectrometer unit,
A second laser power sensor detecting the intensity of the Raman laser irradiated from the second light source;
A second position sensor for measuring a position of a Raman laser reflected from one end of the AFM probe after the Raman laser passes through the second lens and is scanned at one end of the AFM probe;
A long pass filter for passing Raman signal amplification (SERS) generated at one end of the AFM probe; And
A Raman spectrometer measuring a laser Raman spectrum of a Raman signal amplification passing through the long pass filter;
Further comprising, Raman-Atomic force microscope optical axis aligner.
샘플 기판의 상측에 배치되는 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계;
샘플 기판의 하측에 배치되는 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계; 및
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계;
를 포함하고,
상기 광축 얼라이너는,
제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제1 구동요소;
상기 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제3 구동요소;
레이저를 상기 제1 렌즈에 조사하는 제1 광원;
상기 제1 렌즈를 통과한 레이저를 샘플에 주사하는 AFM 탐침;
제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시킬 수 있는 제2 구동요소;
상기 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 제4 구동요소; 및
라만 산란을 일으킬 수 있는 라만 레이저를 상기 제2 렌즈를 향하여 조사하는 제2 광원;
을 포함하고,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 광축들을 일렬로 정렬시키는 단계는, 상기 제2 렌즈를 통과하는 라만 레이저를 상기 제1 렌즈의 하측에 위치되는 AFM 탐침의 일단에 조사시키는,
방법.
In the method of controlling an optical axis aligner of a Raman-atomic force microscope (AFM),
Controlling a position, a roll, or a pitch of the first lens disposed on the upper side of the sample substrate with respect to the X axis;
Controlling a position, a roll, or a pitch with respect to the Y-axis of the second lens disposed under the sample substrate; And
Aligning optical axes of the first lens and the second lens in a line;
Including,
The optical axis aligner,
A first driving element capable of moving the position of the first lens with respect to the X axis;
A third driving element for controlling a movement of a roll or a pitch of the first lens;
A first light source irradiating a laser to the first lens;
An AFM probe for scanning a sample with a laser passing through the first lens;
A second driving element capable of moving the position of the second lens with respect to the Y axis;
A fourth driving element controlling a movement of a roll or a pitch of the second lens; And
A second light source for irradiating a Raman laser capable of generating Raman scattering toward the second lens;
Including,
The step of aligning the optical axes of the first lens and the second lens in a line includes irradiating a Raman laser passing through the second lens to one end of an AFM probe positioned under the first lens,
Way.
상기 제1 렌즈의 X축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계는,
상기 제1 구동요소인 스텝 모터를 이용하여 상기 제1 렌즈의 X축에 대한 위치를 이동시키는 단계; 및
상기 제3 구동요소인 보이스 코일 모터를 이용하여 상기 제1 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계;
를 포함하고,
상기 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치, 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)를 제어하는 단계는,
상기 제2 구동요소인 스텝 모터를 이용하여 상기 제2 렌즈의 Y축에 대한 위치를 이동시키는 단계; 및
상기 제4 구동요소인 보이스 코일 모터를 이용하여 상기 제2 렌즈의 롤(Roll) 또는 피치(Pitch)의 움직임을 제어하는 단계;
를 포함하는, 방법.
The method of claim 8,
The step of controlling the position, roll, or pitch of the first lens with respect to the X-axis,
Moving a position of the first lens with respect to the X axis using a step motor that is the first driving element; And
Controlling a movement of a roll or a pitch of the first lens using a voice coil motor that is the third driving element;
Including,
Controlling the position, roll, or pitch of the second lens with respect to the Y axis,
Moving the position of the second lens with respect to the Y axis using a step motor that is the second driving element; And
Controlling a movement of a roll or a pitch of the second lens using a voice coil motor that is the fourth driving element;
Including, the method.
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