KR101535494B1 - 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치가 게시되어 있다. 단위 면적 기반의 고속 라만 분석 방법은 고속 라만 분석 장치가 형광 여기 신호를 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계, 검사 대상에 대한 라만 분석이 결정된 경우, 고속 라만 분석 장치가 검사 대상에 레이저 신호를 조사하는 단계와 고속 라만 분석 장치가 레이저 신호를 기반으로 수집된 라만 신호를 기반으로 라만 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR HIGH SPEED RAMAN ANALYSIS USING UNIT AREA PATCHING}

본 발명은 라만 분석에 관한 것으로써 보다 상세하게는 거대 픽셀로 정의된 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.

라만 분석 장치는 라만 스펙트럼을 분석하는 분광계를 기반으로 시료의 물성 특징에 따른 라만 스펙트럼을 분석할 수 있다. 라만 분석 장치는 라만 스펙트럼을 생성하기 위해 레이저를 주로 사용하는 광원과 분광계를 기본으로 구성된다.

라만 분석 장치에서 사용되는 레이저의 파장은 자외선에서 적외선 파장 영역에 이르는 다양한 파장일 수 있다. 생체 시료를 대상으로 하는 경우에는 주로 가시광선 및 근 적외선 영역의 에너지를 갖는 레이저를 많이 사용한다. 아르곤 레이저의 514.5nm 라인, 크립톤 레이저의 647nm 라인 및 YAG 등 고체 레이저의 532nm 라인과 660nm 라인과 785nm 라인 등이 그 예이다.

분광계로는 레일리 산란 등의 미광(謎光)을 충분히 제거할 필요가 있어서 더블 모노크로메이터를 2개 및 3개를 사용하는 방법이 사용되어 왔다. 최근에는 우수한 광 특성을 갖는 간섭필터를 사용하고 1개의 모노크로메이터를 사용하는 것이 보편화되었다.

도 1은 종래의 라만 분석 장치의 구성도이며, 도 2는 종래의 라만 분석 방법의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 라만 분석 장치에서 레이저 광원(10)으로부터 출발하는 광원은 공간 필터(11:Spatial Filter)와 미러(12:Mirror) 및 다이크로익 미러(13:Dichroic Mirror)로 구성되는 광 경로를 거쳐 X축 미러(14:X-axis Mirror)에 도착한다.

종래의 라만 분석 장치는 광 경로 상에 X축 및 이와 수직인 Y축으로 움직이는 X축 미러(14:X-axis Mirror) 및 Y축 미러(15:Y-axis Mirror)를 배치하고, 이들을 각각 미세 조정하여 대물렌즈(20)를 통해 광원이 입사되어 스테이지(29) 상의 시료(21)와 만나는 경로를 스팟(Spot)별로 미세하게 이동시킬 수 있다.

X축 미러(14) 및 Y축 미러(15)는 보이스 코일 모터(16,17:Voice Coil Motor) 및 이의 구동을 제어하는 드라이버(18,19)를 통해 미세 조정이 가능하다.

대물렌즈(20)를 통해 입사한 광원은 시료(21)와 부딪쳐 산란하게 되는데, 대부분은 입사광과 같은 에너지를 가지고 산란하나, 일부는 고유한 정도로 시료(21)와 에너지를 주고받아 비탄성 산란하게 된다.

이때, 시료(21)의 물성 특성에 따라 광원이 에너지를 잃는 스톡스(Stokes) 산란 및 광원이 에너지를 얻는 안티 스톡스(Anti-Stokes) 산란의 파장은 고유한 형태로 나타나며, 분광계(50)는 에지 필터(28:Edge Filter)를 통해 이를 수집(일반적으로 스톡스 산란)하여 고유한 형태의 스펙트럼으로 표시할 수 있다.

종래의 라만 분석 장치에서는 이러한 스팟 별 스펙트럼 영상을 카메라(40)로 반복적으로 촬영한 후 컴퓨터(30)로 분석하여 시료(21)의 특성을 파악한다.

상기와 같은 구성은 X축 미러(14)와 Y축 미러(15)를 분리 구성한 후 이를 각각 미세 조정하는 구성(통상, 이를 갈보 미러라 함)으로 인해, 그 정밀도가 고도로 요구되는 고가의 부속품이 복수로 탑재되어야만 한다. 따라서, 비용이 높아지며, 측정 범위가 넓어질 경우 광학적 왜곡에 의해 중심에서 멀어지는 영역의 품질이 저하되는 문제가 있어 그 측정 영역에 한계가 존재한다. 또한, 레이저 광이 상기 X축 미러(14)와 Y축 미러(15)에 공통적으로 반사되어야 하므로 반사 가능한 물리적 반사 영역 제한에 의해 측정 가능한 시료의 넓이가 제한되는데, 예를 들어 다중 생체 표지자 분석을 위한 시료나 반도체 웨이퍼 등과 같이 수백 마이크로미터 이상의 광범위한 넓이의 분석을 요구하는 시료에 대응하지 못하고 있는 실정이다.

물론, 미러 대신 스테이지가 움직이는 경우나 이들을 모두 지원하는 경우도 있으나 정밀도 및 속도가 낮고 비용이 높아지며 크기가 커져 경제성과 성능 모두 바람직하지 않다.

도 2는 도 1에 도시한 라만 분석 장치의 정보의 수집 및 분석 방식을 개략적으로 도시한 것으로, 라만 분석 장치가 스팟(22)별로 X축 미러(14) 및 Y축 미러(15)를 미세 조정하여 광 경로(25)를 이동시키며 분광계(50)가 스팟(22)별로 수집(26)한 라만 정보를 분석 툴(35)이 기 설정된 스팟별 정보를 포함하는 라만 맵(36:Raman Map)과 대응시켜 분석한다.

앞서 예를 든 도 1의 라만 분석 장치는 반도체 웨이퍼의 크랙 검사나 이물 검사, 미세 시료의 분석 등에 사용되고 있는데, 측정할 수 있는 시료의 면적이 작아 다양한 용도로 활용 가능하도록 부피와 비용을 줄이면서 측정 시료의 면적을 넓히는데 한계가 있다.

이와 같이 종래의 소규모 산업을 위한 분석이나 의료용 분석을 위한 라만 분석 장치 및 방법은 성능과 크기 및 비용에서 보급하는데 한계가 있는데, 특히 의료용 분석의 용도에서는 이러한 문제점이 두드러진다.

의료용 분석의 예로서, 단일의 생체 표지자를 이용한 질병의 진단은 다량의 시료가 필요하며 그 진단 속도가 매우 느려 진단 비용이 상승하고 많은 수의 진단이 어렵다. 또한, 진단 시약의 후보군을 탐색하기 위해서는 다수의 후보 물질을 검사해야 하는데, 후보 물질을 단수로 검사하는 경우 최적의 후보 물질 발굴을 위해 긴 탐색시간이 필요하므로 실효성이 낮다.

그에 따라 최근에는 다중 표지자를 이용한 진단 시약의 탐색 및 질병 진단을 위해 나노 분광학이 활용되고 있다. 최근의 가장 각광받는 기술로서는 다중 표지 프로브(Probe)를 이용하여 다수의 바이오 마커에 대한 독립적인 신호를 얻고 이를 한 번에 분석하여 다중 표적을 동시에 검출하는 방식으로, 다양한 방식에 대한 연구가 학계에 보고되고 있다.

이러한 다중 진단에 적용하는 신호의 Read-out 방식은 종래와 같이 단일 시료를 여러 스팟(spot)에 나눠서 분석하여 검사 항목에 따라 시료의 양이 증가하는 멀티 스팟팅(Multi spotting) 기술이 아니라, 금 또는 은의 나노 입자를 이용한 프로브를 제작하여 신호의 민감도를 증가시키는 나노 프로브(nanoprobe) 기술을 통해 정량적 분석 결과를 도출하는 기술로서, 다양한 표지 기술을 통해 다량의 서로 다른 물질의 표지가 동시에 가능하다.

이러한 다중 표지자 진단에 최근 적용되는 가장 일반적인 나노 프로브 기술은 FACS(Fluorescense-Assisted Cell Sorter)와 같은 형광 기반의 다중 측정 기술을 들 수 있는데, 이러한 방식은 형광을 기반으로 측정하기 때문에 단위 측정 물질의 파장 폭이 넓어 다중 진단이 가능한 표지자의 개수가 제한되므로 수백만 개 이상의 후보물질을 표지하거나 탐색하는 분야에는 사용할 수 없다.

전술한 종래 라만 측정 장치의 구조적 제한과 다중 표지자 분석 방식의 한계에도 불구하고 의료 서비스의 수준이 높아짐에 따라 다중 생체 표지자 분석에 대한 수요가 증가하고 있으므로 다중 생체 표지자 분석을 위한 충분한 넓이의 시료에 대한 분석이 가능한 라만 분석 장치를 빠른 측정이 가능하면서도 신호의 민감도와 정확도가 높은 새로운 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 제10-2011-0125640 [명칭: 다중 분리형 광원을 사용하는 라만 분광 장치, 시스템 및 방법]

본 발명의 제1 목적은 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법은 고속 라만 분석 장치가 형광 여기 신호를 기반으로 수백 μm × 수백 μm 크기의 슈퍼 픽셀로 정의되는 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계, 상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정된 경우, 상기 고속 라만 분석 장치가 상기 검사 대상에 레이저 신호를 조사하는 단계와 고속 라만 분석 장치가 상기 레이저 신호를 기반으로 수집된 라만 신호를 기반으로 상기 라만 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법은 상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정되지 않은 경우, 상기 고속 라만 분석 장치가 다음 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동하는 단계와 상기 고속 라만 분석 장치가 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다음 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법은 상기 라만 분석이 수행된 이후, 상기 고속 라만 분석 장치가 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동하는 단계와 상기 고속 라만 분석 장치가 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계는 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 검사 대상에서 발생된 형광 신호를 분석하여 상기 검사 대상에 대한 유효한 라만 분석이 가능한지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 레이저 신호는 순차적으로 제1 다이어크로익 미러, 스캐닝 미러, 제2 다이크로익 미러에서 반사되고, 제3 다이어크로익 미러 및 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고, 상기 라만 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 및 상기 제3 다이어크로익 미러를 투과하고, 상기 제2 다이어크로익 미러, 상기 스캐닝 미러에서 반사되고 상기 제1 다이어크로익 미러를 투과하여 고속 라만 분석 장치의 분광계로 입사될 수 있다.

상기 형광 여기 신호는 상기 제3 다이어크로익 미러에서 반사되고, 상기 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고, 상기 형광 신호는 상기 대물 렌즈, 상기 제3 다이크로익 미러 및 상기 제2 다이크로익 미러를 투과하여 형광 신호 분석을 위한 카메라로 입사될 수 있다.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 장치에 있어서, 상기 고속 라만 분석 장치는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 형광 여기 신호를 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하고, 상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정된 경우, 상기 검사 대상에 레이저 신호를 조사하고, 상기 레이저 신호를 기반으로 수집된 라만 신호를 기반으로 상기 라만 분석을 수행하기 위해 구현될 수 있다.

상기 프로세서는 상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정되지 않은 경우, 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동시키고, 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하도록 구현될 수 있다.

상기 프로세서는 상기 라만 분석이 수행된 이후, 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동시키고, 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하도록 구현될 수 있다.

상기 프로세서는 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 검사 대상에서 발생된 형광 신호를 분석하여 상기 검사 대상에 대한 유효한 라만 분석이 가능한지 여부를 판단하도록 구현될 수 있다.

상기 레이저 신호는 순차적으로 제1 다이어크로익 미러, 스캐닝 미러, 제2 다이크로익 미러에서 반사되고, 제3 다이어크로익 미러 및 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고, 상기 라만 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 및 상기 제3 다이어크로익 미러를 투과하고, 상기 제2 다이어크로익 미러, 상기 스캐닝 미러에서 반사되고 상기 제1 다이어크로익 미러를 투과하여 분광계로 입사될 수 있다.

상기 형광 여기 신호는 순차적으로 상기 제3 다이어크로익 미러에서 반사되고, 상기 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고, 상기 형광 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 상기 제3 다이크로익 미러 및 상기 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 형광 신호의 분석을 위한 카메라로 입사될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치는 라만 분석을 수행함에 있어서 단위 면적 단위로 라만 분석을 수행할지 여부를 미리 결정함으로써 라만 분석이 필요한 영역에 대해서만 라만 분석을 수행할 수 있다. 따라서 직경 수 mm 크기 이상의 대면적 시료에 대한 라만 분석을 빠르게 수행할 수 있다.

도 1은 종래의 라만 분석 장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 라만 분석 방법의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석을 위한 광학계를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 각 경로를 통해 검출된 광의 파장 길이에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석을 위한 광학계를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 각 경로를 통해 검출된 광의 파장 길이에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 장치를 나타낸 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 대면적 시료에 대한 고속 라만 분석 방법 및 장치에서는 대면적 시료를 수백μm×수백μm 수준의 일정한 크기로 분할하여 단위 영역(또는 단위 면적, 슈퍼 픽셀)을 정의하고, 단위 영역 각각에 대해서 형광 분석을 실시하여 해당 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 해당 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행할지 여부는 다양한 기준으로 결정될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

만약, 형광 분석을 기반으로 단위 영역에 대한 라만 분석의 수행이 결정되는 경우, 단위 영역에 대한 라만 분석을 실시할 수 있다. 반대로, 형광 분석을 기반으로 단위 영역에 대한 라만 분석의 수행이 결정되지 않는 경우, 단위 영역에 대한 라만 분석이 실시되지 않고 다음 단위 영역에 대한 형광 분석이 수행될 수 있다. 이러한 방법을 기반으로 대면적의 시료에 대한 고속 라만 분석이 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 장치의 라만 분석부는 검사 단위인 단위 영역에 대한 검사만을 가능한 수준으로 구성하고, 시료가 위치한 스테이지를 단위 영역 단위로 이동시키는 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 대면적에 대한 라만 분석을 위한 광학계가 구비되지 않아도 되므로 고속 라만 분석 시스템의 비용과 크기가 줄어들 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 대면적 시료에 대한 고속 라만 분석 방법 및 장치에 대해 구체적으로 게시한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.

도 3을 참조하면, 고속 라만 분석의 대상인 대면적 시료는 소정의 단위 영역(수백μm×수백μm, 예를 들어 200μm×200μm)으로 구분될 수 있다. 이러한 소정의 단위는 라만 분석의 단위 영역일 수 있고, 이를 단위 영역(350)이라는 용어로 표현할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전체 단위 영역 중 일부의 단위 영역(350)에 대해 라만 분석이 수행될 수 있다. 우선 선택된 하나의 단위 영역(350)에 대해 형광 영상 분석을 수행하여 해당 단위 영역(350)에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 판단할 수 있다.

구체적으로 고속 라만 분석 장치는 형광 여기광(예: 밴드패스 필터에 의해서 파장이 선택된 LED광)에 의해서 단위 영역(350)로부터 발생되는 형광 신호를 측정할 수 있다. 다수의 생체 표지자에 표적된 나노 입자의 양은 측정된 형광 신호를 기반으로 확인될 수 있다. 즉, 단위 영역 단위로 측정된 형광 신호를 기반으로 단위 영역(350)에 대한 라만 분석이 수행될지 여부를 미리 판단할 수 있다. 이러한 단계를 형광 전 스캐닝(fluorescence pre-scanning) 단계(S300)라고 할 수 있다.

형광 전 스캐닝 단계에서는, 예를 들어, 단위 영역(350)에 검사 대상(예를 들어, 다수의 생체 표지자에 표적된 나노 입자)이 위치하였는지 여부를 기반으로 라만 분석의 실시 여부가 결정될 수 있다. 또는 단위 영역(350)에 위치한 검사 대상의 임계량을 기반으로 검사 대상이 단위 영역(350)에 임계량 이상 위치하였는지 여부를 판단하여 단위 영역(350)에 대한 라만 분석 여부가 결정될 수도 있다. 검사 대상의 임계량은 유의미한 라만 분석을 위한 검사 대상의 양일 수 있다. 검사 대상의 임계량은 사용자에 의해 설정될 수 있다.

만일 고속 라만 분석 장치에서 특정 단위 영역에 대한 라만 분석(또는 라만 신호의 수집)이 수행되는 것으로 결정된 경우, 특정 단위 영역에 대한 라만 분석이 수행될 수 있다. 이러한 단위 영역 단위의 연속적 라만 분석 방법을 연속 라만 스캐닝 단계(S320)라는 용어로 표현할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 단위 영역에 대한 라만 분석시 스팟 분석(한 지점에서 분광 카메라 1번 동작)도 가능하지만 라만 분석을 좀 더 고속화 하기 위하여 연속 스캔 방식이 활용될 수도 있다. 연속 스캔 방식은 카메라 셔터를 한번 연 상태에서 검사 영역을 스캔하면서 연속되는 영상에서 획득되는 라만 신호를 분석하는 방식이다. 연속 스캔 방식을 이용할 경우 셔터 동작에 따른 노이즈가 줄어들고 라만 검사 속도가 고속화될 수 있다. 따라서 소정의 단위 영역(수백μm×수백μm, 예를 들어 200μm×200μm)에 대해서 하나의 라만 스펙트럼이 저장되며, 이 스펙트럼은 단위 영역 중 일부의 시료에서 얻어진 신호가 아니고 단위 영역 전 영역의 시료가 라만 여기광에 조사되고 라만 산란광을 방출한 것을 합한 것이다.

반대로 고속 라만 분석 장치에서 특정 단위 영역에 대한 라만 분석(또는 라만 신호의 수집)이 수행되지 않는 것으로 결정되는 경우, 특정 단위 영역 이후의 다음 분석 대상 단위 영역에 대한 형광 전 스캐닝 단계를 위해 고속 라만 분석 장치 스테이지의 이동 단계(S340)가 수행될 수 있다.

스테이지 이동 단계(S340)에서는 다음 분석 대상 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 검사 대상이 위치한 스테이지가 이동될 수 있다. 스테이지의 이동 방향은 복수의 단위 영역에 대한 라만 분석의 순서를 기반으로 결정될 수 있다.

물론 특정 단위 영역에 대한 라만 분석이 수행되는 경우에도 특정 단위 영역에 대한 라만 분석 이후, 다음 분석 대상 단위 영역에 대해 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하기 위해 스테이지 이동 단계(S340)가 수행될 수 있다.

즉, 형광 전 스캐닝과 형광 전 스캐닝 이후 연속 라만 스캐닝 단계 또는 스테이지 이동 단계가 반복적으로 수행되면서 대면적에 위치한 검사 대상에 대한 라만 신호를 수집할 수 있다. 검사 대상에 대한 라만 분석은 단위 영역 별로 수집된 라만 신호에 대해 수행될 수도 있고, 복수의 단위 영역에 대해 수집된 라만 신호에 대해 수행될 수도 있다.

본 발명의 실시예와 같이 단위 면적(예를 들어, 단위 영역)을 기반으로 라만 분석 필요성을 검사하고, 라만 분석이 필요하지 않은 단위 영역을 스킵하는 경우, 대면적에 위치한 검사 대상에 대한 라만 분석 시간이 크게 감소할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 라만 분석을 위한 미세한 스팟 단위의 스테이지 이동이 아니라 일정한 영역을 가지는 픽셀 단위의 스테이지의 이동이 수행되게 된다. 따라서, 좀 더 큰 단위의 스테이지 이동을 기반으로 라만 분석이 수행되므로 분석의 정밀도가 외부 환경에 따른 영향에 둔감해 질 수 있다. 또한, 라만 분석을 위한 시스템의 구성 비용 역시 스테이지 무빙 방식의 라만 분석 장비에 비해 낮아지게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.

도 4를 참조하면, 형광 전스캐닝(fluorescence pre-scanning)을 통해 단위 영역에 대한 라만 분석을 실시할지 여부에 대해 판단한다(단계 S400).

본 발명의 실시예에 따르면, 우선 선택된 하나의 단위 영역에 대해 형광 영상 분석을 수행하여 해당 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 판단할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 장치는 단위 영역 상의 검사 대상에 백색광을 조사하고 백색광을 기반으로 검사 대상으로부터 출력되는 형광 신호를 측정할 수 있다. 고속 라만 분석 장치는 측정된 형광 신호를 기반으로 검사 대상(예를 들어, 다수의 생체 표지자에 표적된 나노 입자)의 양을 빠르게 확인하고 단위 영역에 대한 라만 분석을 실시할지 여부를 미리 판단할 수 있다. 단위 영역은 라만 분석의 탐색 여부를 결정하는 하나의 단위일 수 있다.

즉, 형광 전 스캐닝 단계에서는 전술한 바와 같이 단위 영역에 위치한 검사 대상의 임계량을 기반으로 검사 대상이 단위 영역에 임계량 이상 위치하였는지 여부를 판단하여 단위 영역에 대한 라만 분석을 실시할지 여부를 결정할 수도 있다.

고속 라만 분석 장치는 특정 단위 영역에 대한 라만 분석(또는 라만 신호의 수집)을 수행하는 것으로 결정한 경우, 연속 라만 스캐닝을 수행한다(단계 S410).

본 발명의 실시예에 따르면, 고속 라만 분석 장치는 스팟 분석 방식 또는 연속 스캔 방식 등을 기반으로 단위 영역 단위에 대한 라만 분석을 수행할 수 있다. 라만 분석을 위한 광학계 구조에 대해서는 후술한다.

반대로 고속 라만 분석 장치가 특정 단위 영역에 대한 라만 분석(또는 라만 신호의 수집)을 수행하지 않는 것으로 결정하는 경우, 특정 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행하지 않고, 다음 분석 대상 단위 영역에 대해 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하기 위한 스테이지 이동 단계를 수행할 수 있다(단계 S420).

스테이지 이동 단계에서는 스테이지의 상의 다음 분석 대상 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지가 이동될 수 있다. 스테이지의 이동 방향은 복수의 단위 영역에 대한 라만 분석의 순서를 기반으로 결정될 수 있다.

물론 특정 단위 영역에 대한 연속 라만 스캐닝 단계를 기반으로 라만 분석이 수행되는 경우에도 특정 단위 영역에 대한 라만 분석 이후, 다음 분석 대상 단위 영역에 대해 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하기 위한 스테이지 이동 단계(단계 S420)가 수행될 수 있다.

즉, 형광 전 스캐닝과 형광 전 스캐닝 이후 연속 라만 스캐닝 단계 또는 스테이지 이동 단계가 반복적으로 수행되면서 대면적에 위치한 검사 대상에 대한 라만 신호를 수집할 수 있다.

검사 대상에 대한 라만 분석 정보를 수집한다(단계 S430).

검사 대상에 대한 라만 분석은 단위 영역 별로 수집된 라만 신호에 대해 수행될 수도 있고, 복수의(또는 전체 라만 분석된) 단위 영역에 대해 수집된 라만 신호에 대해 수행될 수도 있다(단계 S430).

한편, 라만 분석의 경우 스캔 미러를 이용한 스팟 분석이나 스캔 분석을 기반으로 수행될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 대면적 시료에 대한 고속 라만 분석 방법을 위한 광학계 구조에 대해 게시한다.

본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 위한 광학계는 3종류의 다이크로익 미러(특정 파장 기준으로 일측 투과 일측 반사를 수행하는 미러)가 적용될 수 있다. 3종류의 다이크로익 미러는 형광체 여기 신호, 형광 신호, 레이저 신호, 라만 신호를 각각 다른 경로를 통해 고속 라만 분석 장치로 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 다이크로익 미러의 통과 대역에 따라 출력되는 라만 신호의 파장과 출력되는 형광 신호의 파장의 대역 배치가 다양하게 조절될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석을 위한 광학계를 나타낸 개념도이다.

도 5를 참조하면, 고속 라만 분석을 위한 광학계(이하, 광학계라고 함)는 제1 다이크로익 미러(510), 스캐닝 미러(540), 제2 다이크로익 미러(520) 및 제3 다이크로익 미러(530)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 3개의 다이크로익 미러와 하나(또는 한쌍)의 스캐닝 미러(X, Y축)를 통해 4종류의 광 경로를 획득할 수 있다.

레이저(500)에서 발생된 레이저 신호(또는 레이저 광신호)(505)는 제1 다이크로익 미러(510), 스캐닝 미러(540), 제2 다이크로익 미러(520)를 통해 정반사되고, 제3 다이크로익 미러(530) 및 대물 렌즈(550)를 투과하여 검사 대상(또는 시료) 내 특정 위치에 조사될 수 있다. 검사 대상 내의 특정 위치는 단위 영역에 대응되는 위치일 수 있다.

검사 대상(예를 들어, 단위 영역 상의 시료)에 조사되는 레이저 신호(505)를 기반으로 여기되는 반사 파장인 라만 신호(575)는 광학계의 광 경로를 통해 분광계(spectrometer)(570)로 입사될 수 있다. 라만 신호(575)는 역으로 대물 렌즈(550) 및 제3 다이크로익 미러(530)를 투과하고, 제2 다이크로익 미러(520), 스캐닝 미러(540)에서 반사되고 제1 다이크로익 미러(510)를 투과하여 라만 분석을 위한 분광계(570)에 입사될 수 있다.

분광계(570)에 입사된 라만 신호(또는 라만 광신호)(575)는 격자판으로 전달될 수 있다. 선형 카메라는 분광계의 격자판(그레이팅)에 의해 파장 별로 다른 각도로 반사 혹은 투과되는 광을 촬영할 수 있다. 선형 카메라는 상이 맺히는 위치를 기반으로 분광계(570)에 입사된 라만 신호(575)의 파장이 구분할 수 있다. 분광계(570)에서 검사 대상인 특정 물체(시료)에 의해 여기되어 산란되는 광인 라만 신호(575)는 고유한 파장(들)을 가질 수 있다. 분광계(570)는 해당 파장(들)이 맺히는 카메라 상의 위치를 기반으로 파장들을 구분할 수 있고, 구분한 파장을 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상을 분석할 수 있다.

광학계의 또 다른 광 경로는 형광 여기 신호(excitation signal for Fluorescence)(535)의 입사 경로와 검사 대상에 입사된 형광 여기 신호(535)에 의해 생성된 형광 신호(565)의 경로를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 형광 여기 신호(535)는 형광 전처리 단계에서 사용될 수 있다. 즉, 단위 영역 상의 검사 대상에 입사된 형광 여기 신호(535)에 의해 생성된 형광 신호(565)를 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부가 결정될 수 있다. 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석은 전술한 바와 같이 분광계(570)에 입사되는 광(라만 신호)를 기반으로 수행될 수 있다.

형광 여기 신호(535)는 제3 다이크로익 미러(530)에서 반사되어 대물 렌즈(550)를 투과하여 단위 영역 상의 검사 대상에 입사될 수 있다. 단위 영역 상의 검사 대상에 입사된 형광 여기 신호(535)는 형광 신호(fluorescence signal)(565)를 유도할 수 있다. 형광 신호(565)는 제3 다이크로익 미러(530) 및 제2 다이크로익 미러(520)를 투과하여 형광 신호(565)를 위한 카메라(560)로 입사될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 라만 분석 장치는 카메라(560)로 입사된 형광 신호(565)를 기반으로 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 각 광 경로를 통해 검출된 광의 파장 길이를 나타낸 그래프이다.

도 6에서는 도 5에서 게시한 광학계에 의해 생성된 광 신호들의 파장 길이가 게시된다. 도 6에서 게시되는 광 신호들의 파장 길이는 임의적인 값으로써 변할 수 있다.

도 5의 광학계에서는 647nm 이상의 파장만을 투과시키는 제1 다이크로익 미러, 500nm의 파장 길이를 초과하는 파장만을 투과시키는 제3 다이크로익 미러, 600nm의 파장 길이보다 작은 파장만을 투과시키는 제2 다이크로익 미러를 가정한다.

도 6을 참조하면, 파장의 길이는 가장 긴 순서대로 우측부터 라만 신호(610), 레이저 신호(600), 형광 신호(630) 및 형광 여기 신호(620)일 수 있다.

레이저 신호(600)의 파장 길이는 643nm일 수 있다.

제3 다이크로익 미러를 투과하고, 제2 다이크로익 미러에서 반사된 후, 제1 다이크로익 미러를 투과한 라만 신호(610)의 파장 길이는 647nm 이상일 수 있다.

형광 여기 신호(620)의 파장 길이는 450nm일 수 있다.

제3 다이크로익 미러 및 제2 다이크로익 미러를 투과한 형광 신호(630)의 파장 길이는 500nm~600nm 이상일 수 있다.

이러한 라만 신호(610), 레이저 신호(600), 형광 신호(630) 및 형광 여기 신호(620)의 파장은 사용되는 광원의 파장, 광학계에서 사용되는 다이크로익 미러의 종류에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 형광체와 이를 여기시키는 형광 여기 신호(620)의 종류에 따라 검출되는 파장의 길이는 변할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법에서는 단일 구조의 광학계를 사용하면서도 형광체의 종류를 다양하게 사용하여 여러 종류의 검사 대상에 대한 검사가 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 필요한 경우, 형광 여기 광 신호와 다이크로익 미러의 교체를 통해서 원하는 형광체를 사용한 라만 분석이 수행될 수 있다. 따라서, 라만 분석의 범용성이 확대될 수 있다.

도 7 및 도 8에서는 도 5에서 게시된 광원과 다른 파장의 광원이 사용되고 도 5에서 게시된 광학계의 다이크로익 미러와 다른 파장을 투과 및 반사시키는 다이크로익 미러가 사용되는 경우에 대해 게시한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석을 위한 광학계를 나타낸 개념도이다.

도 7의 좌측을 참조하면, 광학계에서는 647nm 이상의 파장만을 투과시키는 제1 다이크로익 미러(710), 635nm의 파장 길이를 초과하는 파장만을 투과시키는 제3 다이크로익 미러(730), 750m의 파장 길이보다 작은 파장만을 투과시키는 제2 다이크로익 미러(720)를 가정한다. 또한, 형광 여기 광신호의 파장 길이는 635nm일 수 있다.

고속 라만 분석을 위한 광학계에서는 도 5에서 전술한 바와 마찬가지의 광 경로를 통해 광 신호가 투과 또는 반사될 수 있다.

구체적으로, 레이저 신호(또는 레이저 광신호)(705)은 제1 다이크로익 미러(710), 스캐닝 미러(740), 제2 다이크로익 미러(720)를 통해 정반사되고, 제3 다이크로익 미러(730) 및 대물 렌즈(750)를 투과하여 검사 대상 내 특정 위치에 조사될 수 있다. 검사 대상(예를 들어, 단위 영역 상의 시료)에 조사되는 레이저 신호(705)를 기반으로 여기되는 반사 파장인 라만 신호(775)가 광학계의 광 경로를 통해 분광계(770)로 입사될 수 있다. 라만 신호(775)는 역으로 대물 렌즈(750) 및 제3 다이크로익 미러(730)를 투과하고, 제2 다이크로익 미러(720), 스캐닝 미러(740)에서 반사되고 제1 다이크로익 미러(710)를 투과하여 라만 분석을 위한 분광계(770)에 입사할 수 있다.

또한, 고속 라만 분석을 위한 광학계의 또 다른 광 경로는 형광 여기 신호(735)의 입사 경로와 시료에 입상된 형광 여기 신호(735)에 의해 생성된 형광 신호(765)의 경로를 포함할 수 있다. 형광 신호(765)는 제3 다이크로익 미러(730) 및 제2 다이크로익 미러(720)를 투과하여 형광 신호(765)를 위한 카메라(760)로 입사될 수 있다.

광 신호의 파장 길이 및 고속 라만 분석을 위한 광학계에서 사용하는 다이크로익 미러의 투과 파장이 변경되는 경우, 도 6에서 검출된 광 신호의 파장과 다른 파장 범위의 광 신호가 검출될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 각 경로를 통해 검출된 광의 파장 길이에 대한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 파장의 길이는 가장 긴 순서대로 우측부터 형광 신호(840), 라만 신호(830), 레이저 신호(820) 및 형광 여기 광 신호(810)일 수 있다.

레이저 신호(820)의 파장 길이는 643nm일 수 있다.

제3 다이크로익 미러를 투과하고, 제2 다이크로익 미러에서 반사된 후, 제1 다이크로익 미러를 투과한 라만 신호(830)의 파장 길이는 647nm~750nm 범위일 수 있다.

형광 여기 신호(810)의 파장 길이는 635nm일 수 있다.

제3 다이크로익 미러 및 제2 다이크로익 미러를 투과한 형광 신호(840)의 파장 길이는 750nm 이상일 수 있다.

도 6과 비교하여 보면 라만 신호(830), 레이저 신호(820), 형광 신호(840) 및 형광 여기 신호(810)의 파장은 사용되는 광원의 파장, 광학계에서 사용되는 다이크로익 미러의 종류에 따라 변동될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법의 다양성을 설명하기 위한 개념도이다.

전술한 바와 같이 고속 라만 분석을 수행할지 여부를 판단하기 위해 시료가 위치한 스테이지가 단위 영역 단위로 이동할 수 있다. 이러한 단위 영역 단위 이동은 모든 시료 면적에 대해서 순차적으로 이루어질 수 있는데, 순차적으로 우측으로 이동하다가 시료의 끝에 도달하면 하단 단위 영역부터 순차적으로 좌측으로 이동하는 식의 방식이 일반적이다. 이러한 방식을 이용한다 하더라도 앞서 설명했던 바와 같이 형광 전 스캐닝 단계에서 라만 분석이 필요하지 않은 단위 영역은 라만 분석을 생략하기 때문에 실질적으로 전체 시료를 모두 분석하면서도 분석 속도를 높일 수 있게 된다.

한편, 순차 이동 방식은 좌측이나 우측 방향의 순차적인 단위 영역 단위 스캐닝 뿐만 아니라 특정한 패턴을 가질 수도 있다. 예를 들어 도시된 바와 같이 단위 영역들의 순서(900, 910, 920, 930)로 스테이지 이동이 다르게 적용될 수도 있다.

다른 방식으로, 샘플링 방식을 통해 분석 속도를 고속화하는 경우에도 단순 샘플링이 아닌 형광 전 스캐닝 방식의 활용을 통해서 원하는 샘플을 골라서 라만 분석을 실시할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르면 모든 단위 영역에 대한 라만 분석이 실시되지 않고, 일부의 단위 영역에 대한 개략적인 라만 분석이 수행될 수 있다.

예를 들어, 현재 라만 분석 대상인 대상 단위 영역(900)의 주변에 위치한 픽셀인 주변 단위 영역(제1 단위 영역(910), 제2 단위 영역(920) 및 제3 단위 영역(930))에 대해 형광 전 스캐닝 단계가 수행될 수 있다.

형광 전 스캐닝 단계를 통해 제1 단위 영역(910), 제2 단위 영역(920), 제3 단위 영역(930) 중 검사 대상의 임계량이 가장 높은 하나의 단위 영역에 대해서만 라만 분석을 수행할 수 있다. 고속 라만 분석 시스템은 카메라를 기반으로 주변 단위 영역 각각에 대응되는 형광 신호를 분석하고, 분석된 결과를 기반으로 하나의 단위 영역을 다음 라만 분석 대상으로 결정할 수 있다. 고속 라만 분석 시스템의 스테이지는 다음 라만 분석 대상으로 결정된 하나의 단위 영역의 라만 분석을 위해 이동될 수 있다.

만약, 제1 단위 영역(910)에 위치한 검사 대상의 임계량이 가장 높은 경우, 제1 단위 영역(910)에 대해서만 라만 분석이 수행될 수 있다. 이러한 경우, 스테이지는 제1 단위 영역(910)에 대한 라만 분석을 위해 이동할 수 있다.

즉, 제1 단위 영역(910)은 라만 분석의 대상인 대상 단위 영역이 될 수 있다. 다시 제1 단위 영역(910)의 주변에 위치한 픽셀인 주변 단위 영역(제4 단위 영역(940), 제5 단위 영역(950))에 대해 다시 형광 전 스캐닝 단계가 수행될 수 있다. 제2 단위 영역(920)에 대해서는 이미 수행된 형광 전 스캐닝 단계의 결과를 사용할 수 있다. 마찬가지로 제2 단위 영역(920), 제4 단위 영역(940), 제5 단위 영역(950) 중 검사 대상의 임계량이 가장 높은(혹은 인접 단위 영역들에 대한 형광 전 스캐닝 단계에서 얻어진 정보를 기반으로 하는 다른 종료의 기준에 따른) 하나(혹은 일부)의 단위 영역에 대해서만 라만 분석을 수행할 수 있다.

이러한 방법을 사용하는 경우, 전체 단위 영역 중 일부의 단위 영역에 대해서만 빠른 이동 경로를 통해 라만 분석이 수행될 수 있다.

도 9에서 게시하는 라만 분석을 위한 스테이지의 이동 경로는 예시적인 것으로써 다양한 단위의 이동 경로를 가질 수도 있다. 라만 분석을 위한 스테이지의 이동 경로는 라만 분석에 걸리는 시간 설정에 따라 고속 라만 분석 시스템에서 결정될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법을 나타낸 개념도이다.

도 10에서는 라만 분석에 걸리는 시간 설정에 따라 고속 라만 분석 시스템에서 스테이지의 이동 경로가 결정되는 방법에 대해 게시한다.

고속 라만 분석 시스템의 분석 모드에 따라 라만 분석을 위한 스테이지의 이동 경로가 서로 다른 방법으로 결정될 수 있다.

도 10의 상단과 같은 제1 분석 모드(1010)는 모든 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행하는 분석 모드이다. 제1 분석 모드(1010)는 가장 정확한 결과를 제공하는 방식이지만 형광 전 스캐닝 단계에서 라만 분석이 생략되는 단위 영역이 있으므로 기존 라만 분석 방식에 비해 상당한 속도의 개선을 보여준다.

하지만, 분석의 종류에 따라서는 정확한 전체 검사가 필요한 경우 외에도 신속한 시료의 상태를 분석해야 하는 경우들이 있을 수 있다. 도 10의 중단과 같은 제2 분석 모드(1020)는 도 9와 같이 주변 단위 영역 중 검사 대상의 임계량이 가장 높은 단위 영역에 대한 라만 분석을 수행하는 모드일 수 있다.

그 외에 샘플링 방식으로 시료를 검사하는 방식도 필요할 수 있다. 도 10의 하단과 같은 제3 분석 모드(1030)는 전체 단위 영역 중 미리 설정된 이동 경로에 따라 라만 분석을 수행하는 분석 모드일 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 단위 영역 단위를 건너 뛰면서, 일부의 단위 영역에 대한 라만 분석이 수행될 수 있다.

이뿐만 아니라 사용자의 설정에 따라 라만 분석을 위한 스테이지의 이동 경로가 미리 설정될 수 있고, 고속 라만 분석 시스템의 스테이지는 사용자의 설정에 따라 이동될 수도 있다.

전술한 본 발명의 실시예에서는 다수 생체 표지자 분석 방식을 예로 들어 설명하였으나 검사 대상에 형광체가 반응하여 검사 대상을 형광 분석을 기반으로 구분할 수 있는 경우라면 위의 구성을 적용할 수 있다. 따라서, 생체 표지자를 시료로 한 분석뿐만 아니라 동식물 원료, 산업용 화학 재료의 분석, 형광체 적용 제품(디스플레이 등)의 균일성 분석 등 다양한 분야에서 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 방법이 적용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고속 라만 분석 장치를 나타낸 블록도이다.

도 11을 참조하면, 고속 라만 분석 장치는 광학계(1000), 형광 신호 분석부(1110), 분광계(1120), 입력부(1130), 스테이지 이동부(1140), 프로세서(1150)를 포함할 수 있다.

위의 구성부 중 일부는 실시예에 따라 추가되거나 삭제되는 구성부일 수 있다. 위의 구성부는 도 1 내지 도 10에서 전술한 고속 라만 분석 방법의 동작을 수행하기 위해 구현될 수 있다. 각 구성부는 예를 들어, 아래와 같은 동작을 수행할 수 있다.

광학계(1100)는 레이저 신호를 발생시키는 레이저부, 형광 여기 신호를 발생 시키는 형광 여기 신호 발생부, 레이저 신호 및/또는 형광 여기 신호가 투과 또는 반사되는 스캐닝 미러, 다이크로익 미러 및 대물 렌즈 등을 포함할 수 있다.

형광 신호 분석부(1110)는 형광 신호를 수신하고, 수신한 형광 신호를 분석하기 위해 구현될 수 있다. 또한, 형광 신호 분석부(1110)는 라만 분석을 위한 분석 모드에 따라 복수의 단위 영역 중 특정 단위 영역을 선택하기 위한 형광 신호 분석을 수행할 수도 있다.

분광계(1120)는 라만 신호를 수신하고, 라만 신호에 대한 라만 분석을 수행하기 위해 구현될 수 있다.

입력부(1130)는 라만 분석을 위한 분석 모드를 입력하거나, 사용자의 스테이지 이동 경로에 대한 설정 정보 등을 입력하기 위해 구현될 수 있다.

스테이지 이동부(1140)는 라만 분석을 위한 분석 모드에 따라 스테이지를 이동시키기 위해 구현될 수 있다.

프로세서(1150)는 광학계(1100), 형광 신호 분석부(1110), 분광계(1120), 입력부(1130), 스테이지 이동부(1140)를 제어하기 위해 구현될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법에 있어서,
   라만 분석 장치가 형광 여기 신호를 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계;
   상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정된 경우, 상기 라만 분석 장치가 상기 검사 대상에 레이저 신호를 조사하는 단계; 및
   상기 라만 분석 장치가 상기 레이저 신호를 기반으로 수집된 라만 신호를 기반으로 상기 라만 분석을 수행하는 단계를 포함하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정되지 않은 경우, 상기 라만 분석 장치가 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동하는 단계;
   상기 라만 분석 장치가 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 라만 분석이 수행된 이후, 상기 라만 분석 장치가 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동하는 단계; 및
   상기 라만 분석 장치가 상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하는 단계는,
   상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 검사 대상에서 발생된 형광 신호를 분석하여 상기 검사 대상에 대한 유효한 라만 분석이 가능한지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 레이저 신호는 순차적으로 제1 다이어크로익 미러, 스캐닝 미러, 제2 다이크로익 미러에서 반사되고, 제3 다이어크로익 미러 및 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고,
   상기 라만 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 및 상기 제3 다이어크로익 미러를 투과하고, 상기 제2 다이어크로익 미러, 상기 스캐닝 미러에서 반사되고 상기 제1 다이어크로익 미러를 투과하여 상기 라만 분석 장치의 분광계로 입사되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 형광 여기 신호는 상기 제3 다이어크로익 미러에서 반사되고, 상기 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고,
   상기 형광 신호는 상기 대물 렌즈, 상기 제3 다이크로익 미러 및 상기 제2 다이크로익 미러를 투과하여 형광 신호 분석을 위한 카메라로 입사되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 방법.
   
7. 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치에 있어서, 상기 라만 분석 장치는 프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는 형광 여기 신호를 기반으로 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하고,
   상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정된 경우, 상기 검사 대상에 레이저 신호를 조사하고,
   상기 레이저 신호를 기반으로 수집된 라만 신호를 기반으로 상기 라만 분석을 수행하기 위해 구현되는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 검사 대상에 대한 상기 라만 분석이 결정되지 않은 경우, 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동시키고,
   상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 라만 분석이 수행된 이후, 다른 단위 영역의 위치와 대물 렌즈의 위치가 대응되도록 스테이지를 이동시키고,
   상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 다른 단위 영역 상의 검사 대상에 대한 상기 라만 분석을 수행할지 여부를 결정하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.
   
10. 제7항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 형광 여기 신호를 기반으로 상기 검사 대상에서 발생된 형광 신호를 분석하여 상기 검사 대상에 대한 유효한 라만 분석이 가능한지 여부를 판단하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 신호는 순차적으로 제1 다이어크로익 미러, 스캐닝 미러, 제2 다이크로익 미러에서 반사되고, 제3 다이어크로익 미러 및 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고,
    상기 라만 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 및 상기 제3 다이어크로익 미러를 투과하고, 상기 제2 다이어크로익 미러, 상기 스캐닝 미러에서 반사되고 상기 제1 다이어크로익 미러를 투과하여 분광계로 입사되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 형광 여기 신호는 순차적으로 상기 제3 다이어크로익 미러에서 반사되고, 상기 대물 렌즈를 투과하여 상기 검사 대상에 조사되고, 상기 형광 신호는 순차적으로 상기 대물 렌즈, 상기 제3 다이크로익 미러 및 상기 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 형광 신호의 분석을 위한 카메라로 입사되는 것을 특징으로 하는 단위 영역 패치기법을 활용한 라만 분석 장치.

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