KR100843468B1 - Multi photon confocal laser scanning microscope - Google Patents

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KR100843468B1 KR1020050095745A KR20050095745A KR100843468B1 KR 100843468 B1 KR100843468 B1 KR 100843468B1 KR 1020050095745 A KR1020050095745 A KR 1020050095745A KR 20050095745 A KR20050095745 A KR 20050095745A KR 100843468 B1 KR100843468 B1 KR 100843468B1
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Abstract

본 발명은 다광자 공초점 레이저 주사현미경에 관한 것으로서, 제1 에너지의 광자에 의해 여기가능한 물질을 포함한 대상물을 지지하는 지지부와, 상기 제1 에너지의 1/n(여기서, n은 2보다 큰 정수임)인 제2 에너지의 광자를 갖는 서브피코초의 펄스 빔을 조사하는 레이저 광원과, 상기 레이저 펄스 빔을 상기 지지부 상의 대상물의 측정면에 결상시키기 위해서 상기 지지부 상에 배치된 대물렌즈와, n개의 상기 제2 에너지의 광자에 의해 여기된 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 수광하기 위한 수광부와, 상기 레이저 광원으로부터의 상기 펄스 빔을 상기 대물렌즈로 지향시키고, 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 상기 수광부로 지향시키는 광지향수단을 포함하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multiphoton confocal laser scanning microscope, comprising: a support for supporting an object including a substance that is excited by photons of a first energy, and 1 / n of the first energy, where n is an integer greater than 2. A laser light source for irradiating a sub-picosecond pulsed beam having photons of a second energy of?), An objective lens disposed on the support to form the laser pulse beam on a measurement surface of an object on the support, and n number of the A light-receiving portion for receiving photons of first energy generated from the object excited by the photons of second energy, and directing the pulse beam from the laser light source to the objective lens, the first energy generated from the object It provides a multi-wavelength confocal laser scanning microscope including light directing means for directing the photon of the light to the light receiving portion.

공초점 레이저 주사현미경(confocal laser scanning microscope: CLSM), 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer), 2색성 빔 분배기(dichromatic beam splitter) Confocal laser scanning microscope (CLSM), semiconductor wafer, dichromatic beam splitter

Description

다광자 공초점 레이저 주사현미경{MULTI PHOTON CONFOCAL LASER SCANNING MICROSCOPE}Multiphoton confocal laser scanning microscope {MULTI PHOTON CONFOCAL LASER SCANNING MICROSCOPE}

도1은 본 발명의 일실시형태에 따른 다광자 공초점 레이저 주사현미경의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a multiphoton confocal laser scanning microscope in accordance with one embodiment of the present invention.

도2는 본 발명에 따른 2광자 공초점 레이저 주사현미경의 원리를 설명하기 위한 대상물의 밴드다이어그램이다.2 is a band diagram of an object for explaining the principle of a two-photon confocal laser scanning microscope according to the present invention.

도3은 본 발명에서의 분해능 향상원리를 설명하기 위한 레이저 조사범위에 따른 세기를 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the intensity according to the laser irradiation range for explaining the resolution improvement principle in the present invention.

도4는 본 발명에서 채용되는 3차원적 스캐닝과정을 설명하기 위한 개략도이다. 4 is a schematic diagram for explaining a three-dimensional scanning process employed in the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

11: 대상물 12: 지지부11: object 12: support

14: 레이저 광원 15a,15b: 핀홀14: laser light source 15a, 15b: pinhole

16: 대물렌즈 17: 광지향수단16: objective lens 17: light directing means

18: 수광부18: light receiver

본 발명은 공초점 레이저 주사현미경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두께방향에 따른 분해성능의 저하를 방지할 수 있는 고밀도 목적물의 측정에 적합한 다광정 공초점 레이저 주사현미경에 관한 것이다.The present invention relates to a confocal laser scanning microscope, and more particularly, to a multi-light confocal laser scanning microscope suitable for measuring a high-density object that can prevent degradation of degradation performance along the thickness direction.

통상적으로, 공초점 레이저 주사현미경(confocal laser scanning microscope: CLSM)은 점상인 레이저 광원을 대상물의 표면에 주사하고 투과 또는 반사된 광을 집광하여 그 광으로부터 대상물의 정보를 얻는 현미경을 말한다. In general, a confocal laser scanning microscope (CLSM) refers to a microscope that scans a laser light source in the form of a dot onto a surface of a target and collects transmitted or reflected light to obtain information on the object from the light.

이러한 공초점 레이저 주사현미경은 레이저 광원의 에너지에 의해 여기가능한 형광물질로 제공된 바이오물질의 정보를 판독하는데 주로 사용되어 왔다. 일반적으로, 주사현미경에 사용되는 레이저 광원은 단일광자에 의해 형광물질이 여기가능하도록 여기파장보다 큰 파장의 광을 갖는 광원이 이용된다. Such confocal laser scanning microscopes have been mainly used to read biomaterial information provided as fluorescent materials that can be excited by the energy of a laser light source. In general, a laser light source used in a scanning microscope is used a light source having a light of a wavelength larger than the excitation wavelength so that the fluorescent material can be excited by a single photon.

하지만, 이러한 레이저 광원의 사용으로 인해, 목적물의 두께방향에 따른 분해성능이 저하되는 문제가 있다. 즉, 레이저 광원의 에너지조건에 의해 주사되는 광은 목적물의 두께에 따라 흡수되므로, 깊은 위치에서는 분해성능이 크게 저하되는 문제가 있다. 특히, 두께에 따른 분해성능 저하문제는 세포와 같은 겔상의 바이오물질에서보다 에너지 흡수물질이 고밀도로 분포하는 고체상태의 물질에서 심각해진다.However, due to the use of such a laser light source, there is a problem that the degradation performance in the thickness direction of the target object is lowered. That is, since the light scanned by the energy condition of the laser light source is absorbed according to the thickness of the target object, there is a problem in that the decomposition performance is greatly reduced at a deep position. In particular, the problem of degradation degradation according to thickness becomes more serious in solid state materials in which energy absorbing materials are distributed at a higher density than in gel-like biomaterials such as cells.

이와 같이, 종래의 공초점 레이저 주사현미경은 두께방향에 따른 분해성능 저하문제로 인해 고밀도 물질인 반도체 웨이퍼와 같은 고체물질의 3차원 정보를 분석하는 장비로서 적절히 활용되지 못하여 왔다.As such, the conventional confocal laser scanning microscope has not been properly utilized as a device for analyzing three-dimensional information of a solid material such as a semiconductor wafer, which is a high density material, due to a problem of degradation in resolution along the thickness direction.

상술한 바와 같이, 본 발명은 목적물의 여기조건을 만족하도록 적어도 2개의 광자를 동시에 흡수시킴으로써 목적물의 두께에 따른 광흡수문제를 해결하고 3차원적인 분해성능을 향상시킨 새로운 공초점 레이저 주사현미경을 제공하는데 있다.As described above, the present invention solves the light absorption problem according to the thickness of the target by simultaneously absorbing at least two photons to satisfy the excitation conditions of the target, and provides a new confocal laser scanning microscope that improves the three-dimensional resolution performance It is.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,In order to solve the above technical problem, the present invention,

제1 에너지의 광자에 의해 여기가능한 물질을 포함한 대상물을 지지하는 지지부와, 상기 제1 에너지의 1/n(여기서, n은 2보다 큰 정수임)인 제2 에너지의 광자를 갖는 서브피코초(sub-picoseconds)의 펄스 빔을 조사하는 레이저 광원과, 상기 레이저 펄스 빔을 상기 지지부 상의 대상물의 측정면에 결상시키기 위해서 상기 지지부 상에 배치된 대물렌즈와, n개의 상기 제2 에너지의 광자에 의해 여기된 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 수광하기 위한 수광부와, 상기 레이저 광원으로부터의 상기 펄스 빔을 상기 대물렌즈로 지향시키고, 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 상기 수광부로 지향시키는 광지향수단을 포함하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경를 제공한다.A sub picosecond having a support for supporting an object including a substance that is excited by photons of a first energy and a photon of a second energy that is 1 / n of the first energy, where n is an integer greater than 2 excitation by a laser light source for irradiating a pulse beam of -picoseconds, an objective lens disposed on the support portion to form the laser pulse beam on a measurement surface of an object on the support portion, and n photons of the second energy. A light receiving unit for receiving photons of the first energy generated from the object, and directing the pulse beam from the laser light source to the objective lens, and directing photons of the first energy generated from the object to the light receiving unit Provided is a multiwavelength confocal laser scanning microscope comprising light directing means.

바람직하게, 상기 광지향수단은, 상기 제1 에너지에 해당하는 파장광 및 제2 에너지에 해당하는 파장광 중 일 파장광은 투과시키고 다른 파장광은 반사시키는 2색성 빔 분배기(dichromatic beam splitter)일 수 있다.Preferably, the light directing means is a dichromatic beam splitter for transmitting one wavelength of light of the wavelength corresponding to the first energy and the wavelength corresponding to the second energy and reflecting the other wavelength of light. Can be.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지의 반에 해당하는 것일 수 있다. 즉, 상기 대상물은 제1 에너지를 갖는 2광자를 동시에 흡수하여 여기될 수 있는 조건을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first energy may correspond to half of the second energy. That is, the object may have a condition that can simultaneously absorb and excite two photons having a first energy.

예를 들어, 상기 레이저 광원은 비교적 장파장인 적외선 레이저 광원이 사용될 수 있다. 이러한 적외선 레이저 광원은 질화물계 반도체 웨이퍼의 활성층 특성을 관찰하는데 유익하게 제공될 수 있다.For example, the laser light source may be a relatively long wavelength infrared laser light source. Such an infrared laser light source can be advantageously provided for observing the active layer characteristics of the nitride based semiconductor wafer.

바람직하게, 본 발명에 따른 다광자 공초점 레이저 주사 현미경은 상기 대상물의 목표면을 따라 공초점을 이동시키기 위한 2차원 이동수단을 포함할 수 있으며, 이와 함께 또는 이와 별도로 상기 대상물의 목표면을 두께 방향으로 이동시키기 위해 상기 대물렌즈를 이동시키는 수직 이동수단을 포함할 수 있다.Preferably, the multiphoton confocal laser scanning microscope according to the present invention may comprise a two-dimensional movement means for moving the confocal along the target surface of the object, with or without the thickness of the target surface of the object It may include a vertical moving means for moving the objective lens to move in the direction.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.

도1은 본 발명의 일실시형태에 따른 다광자 공초점 레이저 주사현미경의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a multiphoton confocal laser scanning microscope in accordance with one embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 다광자 공초점 레이저 주사현미경은, 측정 대상물(11)을 지지하는 지지부(12)와, 측정대상물(11)에 여기조건을 만족하는 광을 주사하는 레이저 광원(14)과, 상기 측정대상물(11)로부터 반사된 광을 수광하기 위한 수광부(18)를 포함한다.The multiphoton confocal laser scanning microscope according to the present invention includes a support portion 12 for supporting the measurement object 11, a laser light source 14 for scanning light to satisfy the excitation condition on the measurement object 11, and And a light receiving unit 18 for receiving the light reflected from the measurement object 11.

본 발명에 채용되는 레이저 광원(14)은 서브피코초의 펄스빔을 조사하는 레이저이며, 적어도 2개의 광자에 의해 여기되도록 상기 측정 대상물(11)의 여기조건에 해당하는 에너지보다 작은 에너지에 해당하는 파장광을 발생시킨다. 즉, 상기 측정대상물(11)의 제1 에너지의 광자에 의해 여기된다고 할 때에, 상기 레이저 광원은 상기 제1 에너지의 1/n(여기서, n은 2보다 큰 정수임)인 제2 에너지의 광자를 갖는다.The laser light source 14 employed in the present invention is a laser for irradiating a pulse beam of sub picoseconds, and a wavelength corresponding to an energy smaller than the energy corresponding to the excitation condition of the measurement object 11 to be excited by at least two photons. Generate light. That is, when excited by photons of the first energy of the measurement object 11, the laser light source is a photon of the second energy that is 1 / n of the first energy (where n is an integer greater than 2). Have

또한, 상기 다광자 공초점 레이저 주사현미경은 상기 지지부(12) 상에 배치된 대물렌즈(16)와 광지향수단(17)을 포함한다. 상기 대물렌즈(16)는 상기 레이저 펄스 빔(a)을 상기 지지부(12) 상에 위치한 대상물(11)의 목표면(F)에 결상시키는 수단으로 사용된다. 이러한 구조에서, 목표면(F)이 대상물(11)의 두께방향으로 이동될 수 있도록 상기 대물렌즈(16)를 상하방향으로 이동시키는 수직이동수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. The multiphoton confocal laser scanning microscope also includes an objective lens 16 and a light directing means 17 disposed on the support 12. The objective lens 16 is used as a means for forming the laser pulse beam a on the target surface F of the object 11 located on the support 12. In this structure, it may further include a vertical moving means (not shown) for moving the objective lens 16 in the vertical direction so that the target surface (F) can be moved in the thickness direction of the object (11).

본 발명에서 채용되는 광지향수단(17)은 상기 레이저 광원(14)으로부터의 상기 펄스 빔을 상기 대물렌즈(16)로 지향시키는 동시에, 상기 대상물(11)로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 상기 수광부(18)로 지향시키는 기능을 수행한다. 이러한 광지향수단(17)은 바람직하게 2색성 빔 분배기(dichromatic beam splitter)로 구현될 수 있다. 상기 2색성 빔 분배기는 파장선택성을 가지며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 상기 제2 에너지에 해당하는 파장광을 투과시켜 대상물(11)로 지향시키고, 반사된 제1 에너지에 해당하는 파장광은 반사시켜 수광부(18)로 지향시키도록 배치될 수 있다. 본 실시형태와 달리, 상기 2색성 빔 분배기는 반대되는 파장선택성을 가질 수 있으며, 이 경우에, 동일한 지향성을 갖도록 적절히 배치될 수 있다.The light directing means 17 employed in the present invention directs the pulse beam from the laser light source 14 to the objective lens 16, and at the same time the photons of the first energy generated from the object 11 A function of directing to the light receiving portion 18 is performed. Such light directing means 17 may preferably be embodied in a dichromatic beam splitter. The dichroic beam splitter has wavelength selectivity. For example, as shown, the dichroic beam splitter transmits the wavelength light corresponding to the second energy and directs it to the object 11, and the wavelength light corresponding to the reflected first energy is It may be arranged to reflect and direct to the light receiving portion 18. Unlike the present embodiment, the dichroic beam splitter may have opposite wavelength selectivity, in which case it may be appropriately arranged to have the same directivity.

도1에 도시된 다광자 공초점 레이저 주사장치의 작동을 살펴보면, 레이저 광원(14)으로부터 출사된 단펄스 빔(a)은 핀홀(15a)을 통해 광지향수단(17)을 통과한 후에, 수차가 보장되는 대물렌즈(16)에 의해 대상물(11)의 목표면(F)에 점상으로 결상된다. 상기 목표면(F)에서 반사되는 광(b)은 다시 대물렌즈(16)를 통과한 후에 광지향수단(17)을 통해 반사되어 수광부(18)에 집광된다. 수광부의 집광위치는 핀홀(15b)에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 목표면(F)의 측정영역에 일정한 궤적으로 2차원 스캐닝을 실시하여 측정영역 전체에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이러한 목표면에 따라 공초점을 이동시키는 2차원 이동수단(미도시)으로서 갈바노 스캐너와 같은 장비가 이용될 수 있다.Referring to the operation of the multiphoton confocal laser scanning device shown in Fig. 1, the short pulse beam a emitted from the laser light source 14 passes through the light directing means 17 through the pinhole 15a, and then aberration. Is formed in the form of dots on the target surface F of the object 11 by the objective lens 16. The light b reflected by the target surface F passes through the objective lens 16 and is then reflected by the light directing means 17 to be focused on the light receiving unit 18. The condensing position of the light receiving portion can be controlled by the pinhole 15b. Here, information about the entire measurement area can be obtained by performing two-dimensional scanning with a constant trajectory on the measurement area of the target plane F. FIG. Equipment such as a galvano scanner may be used as a two-dimensional moving means (not shown) for moving the confocal along this target plane.

이와 같이, 본 발명에서는 종래와 달리 측정 대상물의 여기조건인 에너지보다 작은 에너지에 해당하는 파장의 펄스 레이저 빔을 이용한다. 즉, 여기조건에 해당되는 파장보다 장파장인 펄스 레이저 빔을 이용한다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 펄스 레이저빔은 대상물의 두께 방향에 따라 빔이 거의 흡수되지 않으므로, 반도체 웨이퍼와 같은 고밀도 물질에서 두께에 의한 손실 없이 정확한 광정보를 취득할 수가 있다. 이러한 원리는 도2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.As described above, in the present invention, a pulse laser beam having a wavelength corresponding to an energy smaller than that of an excitation condition of a measurement target is used. That is, a pulse laser beam having a longer wavelength than the wavelength corresponding to the excitation condition is used. Therefore, the pulsed laser beam used in the present invention hardly absorbs the beam along the thickness direction of the object, so that accurate optical information can be obtained without loss of thickness in a high density material such as a semiconductor wafer. This principle will be described in detail with reference to FIG.

도2는 본 발명에 따른 2광자 공초점 레이저 주사현미경의 원리를 설명하기 위한 측정대상물의 밴드다이어그램이다. 여기에 도시된 밴드다이어그램은 고체상태의 반도체 물질인 측정대상물의 밴드다이어그램으로 이해될 수 있다. 2 is a band diagram of a measurement object for explaining the principle of a two-photon confocal laser scanning microscope according to the present invention. The band diagram shown here may be understood as a band diagram of the object to be measured, which is a semiconductor material in a solid state.

도2에 도시된 바와 같이, 측정대상물인 반도체는 전도대(Ec)와 가전자대(Ev) 사이의 에너지밴드갭(Eg)을 갖는다. 전도대(Ec)로부터 전자(e-)가 가전자대(Ev)로 여기되는데 필요한 광자의 에너지는 적어도 에너지 밴드갭(Eg)에 해당하는 hυ1보다 큰 에너지를 가져야 한다. 따라서, 본 발명에서는 여기에 필요한 광자에너지(hυ1)의 반에 해당하는 hυ2인 광자에너지를 갖는 펄스 레이저 광원이 이용되므로, 두께 방향에 따른 광흡수를 발생시키지 않고 측정 대상물을 통과할 수 있다. 하지만, 도2에 도시된 바와 같이, 펄스빔의 2개의 광자가 동시에 흡수되면 가전대로부터 전도대로 전하를 여기시킬 수 있다. As shown in FIG. 2, the semiconductor to be measured has an energy band gap Eg between the conduction band Ec and the valence band Ev. The energy of the photons required for the electron (e − ) to excite from the conduction band (Ec) to the valence band (Ev) should have at least an energy greater than hυ 1 corresponding to the energy bandgap (Eg). Therefore, in the present invention, since a pulsed laser light source having a photon energy of hυ 2 corresponding to half of the photon energy hυ 1 required here is used, it is possible to pass through the measurement object without generating light absorption along the thickness direction. . However, as shown in Fig. 2, when two photons of the pulse beam are absorbed at the same time, it is possible to excite the charge from the consumer electronics to the conduction band.

따라서, 펄스빔의 에너지조건이 여기조건(전자천이조건)인 밴드갭보다 낮으므로, 두께에 따른 손실없이 광을 투과시킬 수 있다. 따라서, 반도체 물질과 같은 고밀도 물질의 상대적으로 깊은 목표면에서 원하는 광정보를 얻을 수 있다.Therefore, since the energy condition of the pulse beam is lower than the band gap which is the excitation condition (electron transition condition), it is possible to transmit light without loss due to the thickness. Thus, desired optical information can be obtained in a relatively deep target plane of a high density material such as a semiconductor material.

상기한 2개의 광자가 동시에 흡수될 확률은 에너지 밴드갭에 해당하는 1개의 광자에 의해 여기될 확률보다 낮으므로, 충분히 높은 빔의 세기가 요구된다. 즉, 전자가 여기되도록 2개의 광자가 흡수될 수 있는 조건은 빔의 세기에 의존한다. 이러한 특성은 오히려 레이저 주사현미경의 분해능을 향상시킬 수 있다. 이는 도3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Since the probability that these two photons are absorbed simultaneously is lower than the probability that they will be excited by one photon corresponding to the energy bandgap, a sufficiently high beam intensity is required. In other words, the condition under which two photons can be absorbed so that electrons are excited depends on the intensity of the beam. Such characteristics may rather improve the resolution of the laser scanning microscope. This will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도3은 본 발명에서의 분해능 향상원리를 설명하기 위한 레이저 조사범위에 따른 세기를 나타내는 그래프이다. 도3에 도시된 그래프는 펄스 레이저빔이 주사된 영역에서 빔 세기분포를 나타낸다. Figure 3 is a graph showing the intensity according to the laser irradiation range for explaining the resolution improvement principle in the present invention. The graph shown in Fig. 3 shows the beam intensity distribution in the region where the pulse laser beam is scanned.

도3에 도시된 바와 같이, 목표면에 조사된 빔은 -x1과 x1 사이에서 중심부(0)가 가장 높은 빔의 세기를 갖는 대칭구조로 분포한다. 종래와 같이 여기 에너지에 해당하는 1개의 광자에 여기되는 방식에서는 거의 -x1∼ x1 영역에서 광이 반사되나, 1개의 광자펄스 레이저 빔의 2개 광자에 의해 여기될 확률은 여기 에너지에 해당하는 1개의 광자의 경우보다 높은 빔 세기가 요구되므로, 상대적으로 높은 빔세기(I2)를 만족하는 범위에서만 여기되므로, 상대적으로 좁은 범위인 -x2∼ x2 영 역에서만 여기되어 반사될 수 있다. As shown in Fig. 3, the beam irradiated onto the target plane is distributed in a symmetrical structure with the intensity of the beam having the highest center portion 0 between -x1 and x1. In the conventional method of being excited by one photon corresponding to the excitation energy, the light is reflected in the region almost -x 1 to x 1 , but the probability of being excited by two photons of one photon pulsed laser beam corresponds to the excitation energy. Since a higher beam intensity is required than that of one photon, it is excited only in a range satisfying a relatively high beam intensity (I 2 ), and thus can be excited and reflected only in a relatively narrow range of -x 2 to x 2. have.

이와 같이, 2개이상의 광자를 이용하여 여기시키는 경우에는 빔세기의 조건으로 인해 상대적으로 높은 분해능을 갖게 된다. 이러한 높은 분해능을 통해 보다 향상된 정밀도를 기대할 수 있다.As described above, when two or more photons are used to excite, relatively high resolution is obtained due to the beam intensity condition. This high resolution allows for better precision.

본 발명에 따른 공초점 레이저 주사현미경은 공초점을 이동시키는 스캐닝작동을 통해 3차원적인 분해능을 제공한다. 도4는 본 발명에서 채용되는 3차원적 스캐닝과정의 일예를 설명하기 위한 개략도이다. Confocal laser scanning microscope according to the present invention provides a three-dimensional resolution through the scanning operation to move the confocal. 4 is a schematic diagram for explaining an example of a three-dimensional scanning process employed in the present invention.

도4를 참조하면, 측정 대상물(31)의 목표면(F)에서 공초점을 S로 표시된 궤적과 같이 스캐닝한다. 이러한 2차원적인 스캐닝과정은 도1에서 목표물이 탑재된 지지부 또는 대물렌즈 등의 광학구조를 이동시킴으로써 실현될 수 있으며, 추가적으로 2차원 이동수단으로서 공지된 갈바노스캐너를 도입할 수 있다.Referring to FIG. 4, the confocal point is scanned in the target plane F of the measurement object 31 as a trajectory indicated by S. FIG. Such a two-dimensional scanning process can be realized by moving an optical structure such as a support or an objective lens on which a target is mounted in FIG. 1, and additionally, a known galvanoscancer can be introduced as a two-dimensional moving means.

이러한 목표면(F)에 따른 스캐닝이 종료한 후에, z축을 따라 이동시켜 다른 목표면에 대한 광정보를 취득할 수 있다. 이러한 수직이동수단은 대물렌즈를 수직방향으로 이동시켜 공초점 수직위치를 조절함으로써 얻어질 수 있다.After the scanning along the target surface F is completed, the optical information on the other target surface can be obtained by moving along the z axis. Such vertical movement means can be obtained by moving the objective lens in the vertical direction to adjust the confocal vertical position.

이와 같이, 목표면(F)에서의 2차원적인 스캐닝과 다른 목표면을 선택하여 추가적인 2차원 스캐닝하는 과정을 반복함으로써 3차원적인 공간에 대한 정보해석이 가능하다.In this way, the information on the three-dimensional space can be analyzed by repeating the process of selecting the target surface different from the two-dimensional scanning on the target surface F and additional two-dimensional scanning.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다광자 공초점 레이저 주사현미경은 두께에 따른 광흡수로 인한 문제가 큰 고밀도물질에 적절하게 활용될 수 있으며, 높은 3차원적인 분해능을 제공한다. 특히, 질화물 반도체 웨이퍼에 대한 측정을 실시하는 경우에, 활성층에 대해 3차원적인 분석을 실시할 경우에, 높은 3차원적인 분해능에 기초하여 전체 활성층영역에서의 발광파장을 평가할 수 있다.As described above, the multiphoton confocal laser scanning microscope according to the present invention can be suitably utilized for high density materials having a large problem due to light absorption due to thickness, and provides high three-dimensional resolution. In particular, in the case where the measurement of the nitride semiconductor wafer is carried out, when the three-dimensional analysis of the active layer is performed, the light emission wavelength in the entire active layer region can be evaluated based on the high three-dimensional resolution.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which will also be said to belong to the scope of the present invention. .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 광자가 동시 흡수되어 목적물의 여기조건을 만족하도록 레이저 광원의 에너지를 선택함으로써 목표물의 두께에 따른 광흡수 문제와 그로 인한 분해성능 저하문제를 해결한 공초점 레이저 주사현미경을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 다광자 공초점 레이저 주사 현미경은 반도체 웨이퍼와 같은 고밀도 물질의 정보를 판독하기 위한 장비로 매우 유용하게 활용될 수 있다.As described above, according to the present invention, at least two photons are simultaneously absorbed to select the energy of the laser light source to satisfy the excitation conditions of the target, thereby solving the problem of light absorption according to the thickness of the target and the resulting degradation problem. Confocal laser scanning microscopes can be provided. In particular, the multiphoton confocal laser scanning microscope according to the present invention can be very useful as an equipment for reading information of a high density material such as a semiconductor wafer.

Claims (7)

제1 에너지의 광자에 의해 여기가능한 물질을 포함한 대상물을 지지하는 지지부;A support for supporting an object including a material that is excited by photons of the first energy; 상기 제1 에너지의 1/n(여기서, n은 2보다 큰 정수임)인 제2 에너지의 광자를 갖는 서브피코초의 펄스 빔을 조사하는 레이저 광원;A laser light source for irradiating a pulsed beam of sub picoseconds having photons of a second energy that is 1 / n of the first energy, where n is an integer greater than 2; 상기 레이저 펄스 빔을 상기 지지부 상의 대상물의 측정면에 결상시키기 위해서 상기 지지수단 상에 배치된 대물렌즈;An objective lens disposed on the support means for forming the laser pulse beam on the measurement surface of the object on the support portion; n개의 상기 제2 에너지의 광자에 의해 여기된 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 수광하기 위한 수광부; 및a light receiving unit for receiving photons of first energy generated from the object excited by photons of n second energy; And 상기 레이저 광원으로부터의 상기 펄스 빔을 상기 대물렌즈로 지향시키고, 상기 대상물로부터 발생된 제1 에너지의 광자를 상기 수광부로 지향시키는 광지향수단을 포함하며,And a light directing means for directing the pulse beam from the laser light source to the objective lens and directing photons of first energy generated from the object to the light receiving portion, 상기 n은 2이며, 상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지의 반에 해당하는 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.N is 2, and the first energy corresponds to half of the second energy. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광지향수단은, 상기 제1 에너지에 해당하는 파장광 및 제2 에너지에 해당하는 파장광 중 일 파장광은 투과시키고 다른 파장광은 반사시키는 2색성 빔 분배기(dichromatic beam splitter)인 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.The light directing means is a dichromatic beam splitter for transmitting one wavelength of the wavelength light corresponding to the first energy and the wavelength light corresponding to the second energy and reflecting the other wavelength light. Multiwavelength confocal laser scanning microscope. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 광원은 적외선 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.The laser light source is a multi-wavelength confocal laser scanning microscope, characterized in that the infrared laser light source. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 대상물은 질화물계 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.The object is a multi-wavelength confocal laser scanning microscope, characterized in that the nitride-based semiconductor wafer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대상물의 목표면을 따라 공초점을 이동시키기 위한 2차원 이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.The multi-wavelength confocal laser scanning microscope further comprises a two-dimensional movement means for moving the confocal along the target surface of the object. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대상물의 목표면을 두께 방향으로 이동시키기 위해 상기 대물렌즈를 이동시키는 수직 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 공초점 레이저 주사현미경.And a vertical moving means for moving the objective lens to move the target surface of the object in the thickness direction.
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