KR20140009366A - 통합형 현미경 및 이와 관련된 방법과 장치 - Google Patents

통합형 현미경 및 이와 관련된 방법과 장치 Download PDF

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KR20140009366A
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리안 무르딕
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알에이치케이 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 한 실시예는 광학 현미경 장비와 통합된 주사 탐침 현미경(SPM) 장비를 포함하는 통합형 현미경을 포함하고 있고, 다른 실시예는 관련 방법 및 장치를 포함하고 있다.

Description

통합형 현미경 및 이와 관련된 방법과 장치{INTEGRATED MICROSCOPE AND RELATED METHODS AND DEVICES}
본 발명은 대체로 현미경 기술 및 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 주사 탐침 현미경 및 장비에 관한 것이다.
주사 탐침 현미경(SPM:scanning probe microscopy) 기술은 과학자들이 탐침과 샘플 재료 사이의 상호작용을 관찰함으로써 샘플 재료를 분석하는데 사용하는 기술이다. 예를 들면, 원자간력 현미경(AFM:atomic force microscope)은 캔틸레버형 탐침의 팁과 재료 표면 사이의 인력과 척력을 재료 표면에 대해 수직 또는 법선방향과 재료 표면에 대해 평행 또는 횡방향으로 측정한다. 상기의 인력과 척력은, 상기 탐침의 팁이 재료의 표면을 가로질러서 스캐닝함에 따라 상기 탐침의 팁의 위치의 함수로서 이미지 형태로 표시될 수 있다.
라만 분광법(Raman spectroscopy)은 광속을 샘플 재료 표면으로 보내서 밑에 있는 원자의 비탄력적인 구조적 변화(inelastic conformational change)를 유발하여, 원자를 광자로 방출시키는 기술인데, 이때 광자는 방사된 광속으로부터 잃어버린(또는 얻은) 에너지와 동일한 에너지를 가진다. 광자는 파장에 따라 CCD 스크린에 분산되어, 라만 스펙트럼(Raman spectrum)을 형성할 수 있고, 상기 라만 스펙트럼은 샘플에 존재하는 원자 결합의 종류에 따라서 특유의 피크값을 가진다. 라만 분광법의 공간 해상도는 파장의 대략 절반인 초점 크기와 대략 동일하다.
팁 강화 라만 분광법(TERS:Tip-enhanced Raman spectroscopy)은 주사 탐침 현미경(SPM)의 탐침 팁과 샘플 재료 사이의 접속부에 광을 집중시켜서, 강한 장의 강화(strong field enhancement)로 상기 접속부로부터 나오는 광자 신호를 증폭시키는 기술이다. 이것은 제한 요인이 공초점 한계(confocal limit)가 아니라 탐침 끝부분의 직경이기 때문에 보다 양호한 공간 해상도를 얻을 수 있다.
상기의 내용에 기초하여, 본 발명은 통합형 현미경 및 이와 관련된 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다
한 가지 예시적인 실시예는 광학 현미경 장비와 통합된 주사 탐침 현미경(SPM) 장비를 포함하는 통합형 현미경을 포함하고 있고, 다른 실시예는 이와 관련된 방법 및 장치를 포함하고 있다.
본 발명의 개시된 실시예들 중의 하나 이상의 실시예의 특징 및 장점은, 첨부된 도면과 함께, 아래의 예시적인 실시예의 상세한 설명과 청구항을 고려하면 당해 기술분야의 통상의 전문가에는 자명한 사항이 될 것이다.
도 1은 현미경의 예시적인 실시예의 개략도이고;
도 2는 도 1의 현미경에 대응하는 예시적인 장비의 사시도이고;
도 3은 도 1의 현미경에 대응하는 예시적인 장비의 정면도이고;
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 장비의 잠망경 탑의 부분 단면도이고;
도 4a는 다른 실시형태에 따른 잠망경 탑의 일부분의 부분 사시도이고;
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 장비의 스캐닝 탑의 부분 단면 사시도이고;
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도 1의 현미경의 스캐닝 헤드를 나타내는, 도 4에 도시된 스캐닝 탑의 일부분의 부분 단면도이고;
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 도 1의 현미경의 스캐닝 헤드의 확대 부분 단면 사시도이고;
도 8은 도 1의 현미경의 반사 조명 경로 및 반사 집광 경로의 개략도이고;
도 9는 예시적인 실시예에 따른 도 1의 현미경의 스캐닝 헤드의 확대 부분 단면도이고; 그리고
도 10은 하나 이상의 본 발명의 개시된 방법을 실행하기 위해 도 1의 현미경과 연결될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 장치의 개략도이다.
대체로, 현미경, 이와 관련된 사용 방법 및 장치를 하나 이상의 예시적인 실시예를 이용하여 설명한다. 예시적인 여러 실시예를 주사 탐침 현미경 환경에서의 사용과 관련하여 설명한다. 그러나, 설명을 진행함에 따라 본 발명은 다양한 상이한 사용처에서 유용하며 다양한 실시예로 실행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도면을 상세하게 참고하면, 도 1은 광학 현미경 기술을 수행하는 것 및/또는 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 용이하게 하거나 증대시키는 것에 사용될 수 있는 광학 현미경 장비(12)를 포함하고, 그리고 광학 현미경 장비(12)와 통합되어 있는 주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14)도 포함하고 있는 현미경(10)의 예시적인 실시예를 개략적으로 나타내고 있다. 예를 들면, 광학 현미경 장비(12)는 외주 광학요소(peripheral optic)(16)를 포함하고 있고, 주사 탐침 현미경(SPM) 장비는 상기 외주 광학요소(16) 내에 배치된 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)를 포함하고 있다. 광학 현미경 기술은 원거리장(far-field) 광학 현미경 기술을 포함하고, 주사 탐침 현미경(SPM) 기술은 공초점(confocal) 주사 탐침 현미경(SPM) 기술 및 근접장(near-field) 광학 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 포함할 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14)는 상기 외주 광학요소(16) 속으로 아래로 매달려 있는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18) 및 외주 광학요소(16) 내의 조사 중인 재료를 지지하기 위해 외주 광학요소(16) 아래에 배치된 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)를 포함할 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 캔틸레버형 탐침 헤드(cantilevered probe head), 소리굽쇠형 탐침 헤드(tuning fork probe head), 또는 임의의 다른 적절한 유형의 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 포함할 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)는 X-Y 스테이지, X-Y-Z 스테이지, 또는 임의의 다른 적절한 유형의 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지를 포함할 수 있다. 한 가지 예에 있어서, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)는 미국 위스콘신주 매디슨의 매드 시티 랩스(Mad City Labs)로부터 구입할 수 있는 나노-엘피 나노위치결정기(Nano-LP nanopositioner)로 될 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20) 및 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 하나 이상의 나노위치결정기, 예를 들면, 압전 요소, 및/또는 임의의 다른 적절한 나노위치결정장치를 포함할 수 있다.
광학 현미경 장비는 광속원(light beam source)(22)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광속원(22)은 광속을 발생시켜서 방출하는 기점(24), 및/또는 광학적으로 기점(24)의 하류부에 있는 모드 전환 및 광속 확대(MCBE:mode conversion and beam expansion) 모듈(28)을 포함할 수 있고, 상기 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 기점(24)으로부터 광속을 받아들여서, 상기 광속을 처리하고, 그리고 처리된 광속을 하류로 전달한다. 아래에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 광학 현미경 장비(12)는 임의의 적절한 분석을 위해 임의의 적절한 기술에 따라 상류의 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)로부터 광속을 받아들이고, 이 광속을 조사 중인 재료로 보내고, 상기 재료로부터 반사된 광을 전달하고, 그리고 반사된 광을 수집(집광)하기 위해서 다양한 다른 광학요소를 포함할 수도 있다.
예를 들면, 상기 기술 및 분석은 분광법 및/또는 영상법(imaging)을 포함할 수 있다. 분광법의 예는 공초점 라만 분광법(confocal Raman spectroscopy), 적외선 흡수/소멸 분광법(infrared absorption/extinction spectroscopy), 및/또는 형광/발광 분광법(fluorescense/photoluminescence spectroscopy)을 포함한다. 영상법의 예는 공초점 원자간력 현미경관찰법(AFM:atomic force microscopy) 및 주사 터널 현미경관찰법(scanning tunneling microscopy)을 포함한다. 다른 예는 팁 강화 라만 분광법(TERS)을 포함하는 근접장 광학 주사 탐침 현미경(SPM) 기술 및 분석, 및/또는 개구없는 근접장 주사 광학 현미경관찰법(a-NSOM:apertureless near-field scanning optical microscopy)을 포함한다. 임의의 다른 적절한 광학적 및/또는 주사 탐침 현미경(SPM) 기술 및/또는 분석법이 이용될 수 있다. 현미경(10)은 하나의 플랫폼에 다양한 기술의 결합을 가능하게 할 수 있고, 투명한 및/또는 불투명한 샘플 재료의 조사를 다양하게 실행할 수 있고, 그리고 다양한 기술의 가장 효율적인 사용을 가능하게 하기 위해서 탐침 팁 및/또는 샘플 재료에 대해 충분한 자유도를 제공할 수 있다.
광원 기점(24)은 레이저를 포함할 수 있다. 상기 광원 기점(24)은, 예를 들면, 중간 적외선 스펙트럼을 통하여 볼 수 있는 입사광을 제공하는 광속을 발생시켜서 방출하기 위해 임의의 적절한 장치를 포함할 수 있다.
모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 기점(24)으로부터 수용된 광속의 하나 이상의 특성을 향상시키기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 예를 들면 3mm 내지 6mm 직경의 비교적 작은 직경 및/또는 불균일 강도(nonuniform intensity)의 선형 편광된 입력 광속을 수용할 수 있다. 따라서, 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 광속을 처리하여 전달 모드 조명에 대해서는 예를 들면 4mm 내지 6mm 직경의 확장된 직경이고, 반사 모드 조명에 대해서는 15mm 내지 20mm 직경의 방사 편광된(radially polarized), 및/또는 공간적으로 필터링된 출력 광속을 만들어 낼 수 있다. 방사 편광된 광은 외주 광학요소(16) 내에서의 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)에 의한 광의 소멸을 최소화하기 위해서 제공될 수 있다. 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 입구 개구(30), 제1 얼라인먼트 조리개(32), 제2 얼라인먼트 조리개(33), 그리고 광속을 선형 편광 모드로부터 방사 편광 모드를 전환시키는 제1 얼라인먼트 조리개(32)의 하류에 있는 모드 전환기(34)를 포함할 수 있다. 상기 모드 전환기(34)는, 제1 얼라인먼트 조리개(32) 및 제2 얼라인먼트 조리개(33)를 이용하여 모드 전환기(34)의 위치를 광속과 정렬될 수 있게 하기 위해서 옮겨질 수 있다. 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 또한, 광학적으로 하류 방향으로 편광된 광을 전달하기 위해서 모드 전환기(34)의 하류에 있는 제1 비축 포물 반사경(off-axis parabolic mirror)(36)(예를 들면, 30°), 제1 비축 포물 반사경(36)의 하류에 있는 핀구멍 개구(38), 그리고 광학적으로 하류 방향으로 편광된 광을 전달하기 위해서 핀구멍 개구(38)의 하류에 있는 제2 비축 포물 반사경(40)(예를 들면, 30°)을 포함할 수 있다. 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 제2 비축 포물 반사경(40)의 하류에 있는 제1 조향 반사경(42), 이 제1 조향 반사경(42)의 하류에 있는 제2 조향 반사경(44), 광속을 원하는 크기로 확대하는 제2 조향 반사경(44)의 하류에 있는 반사 빔 익스팬더(reflective beam expander)(46), 그리고 출구 개구(48)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사 빔 익스팬더(46)는 적외선에 사용하기에 적합할 수 있다.
비록 구체적인 예가 제공되었지만, 광속원(22)은 주사 탐침 현미경(SPM)/광학적인 통합형 현미경용으로 적합한 광속을 발생시켜서 방출하기 위해 임의의 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기한 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)의 다양한 요소의 일부 또는 모두가 별개의 모듈로 통합될 필요가 없으며 여러 요소로 분리되거나 다른 모듈, 서브-모듈 등으로 통합될 수 있다.
다른 광학요소는 상류의 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)로부터 광속을 수용하고, 이 광속의 방향을 조절하고, 그리고 조절된 광속을 하류로 보내는, 광학적으로 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)의 하류에 있는 빔 조향 모듈(50)을 포함할 수 있다. 빔 조향 모듈(50)은 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)로부터의 출력 광속을 수용할 수 있고 이 광속을 외주 광학요소(16) 내에 정확하게 정렬시키기 위해서 광속의 방향을 조절할 수 있다. 빔 조향 모듈(50)은 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)로부터 광속을 수용하는 입구 개구(52), 입구 광속의 방향을 조절하는 입구 개구(52)의 하류에 있는 제1 조향 반사경(54), 그리고 상기 광속의 방향을 추가적으로 조절하는 제1 조향 반사경(54)의 하류에 있는 제2 조향 반사경(56)를 포함할 수 있다. 빔 조향 모듈(50)은 또한, 전달 모드 동안 광속의 수집을 위한 제1 집광 반사경(58), 제1 집광 반사경(58)의 하류에 있는 집광 광학요소 또는 집광기(60), 그리고 집광기(60)의 하류에 있는 출구 개구(62)를 포함할 수 있다. 제1 집광 반사경(58)은 색선별 반사경(dichroic mirror)을 포함할 수 있고, 집광기(60)는 분석을 위해 어발란체 포토 다이오드(APD:avalanche photo diode), 전하 결합 소자(CCD:charge coupled device) 등과 같은 하나 이상의 광 센서 또는 이미지 센서(61)로 보내기 위한 광섬유 출력부를 포함하는 광섬유 집광기로 될 수 있다. 상기한 다양한 요소들의 일부 또는 전부가 별개의 모듈로 통합될 필요가 없으며 여러 요소로 분리되거나 다른 모듈, 서브-모듈 등으로 통합될 수 있다.
다른 광학요소도 외주 광학요소(16)와 아래의 광학요소들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 광학요소(64)가 외주 광학요소의 제1 측, 예를 들면, 외주 광학요소(16)의 아래쪽에 배치될 수 있다. 광학요소(64)는 이하에서 기술되겠지만 Z 축을 따라서 이동가능하거나 나노위치결정가능(nanopositionable)할 수 있다. 광학요소(64)는 투과 대물렌즈를 포함할 수 있고, 상기 투과 대물렌즈는 초점맞춤이 가능한 렌즈를 포함할 수 있다. 다른 광학요소(66)가 외주 광학요소(16)의 제2 측, 예를 들면, 외주 광학요소(16)의 위쪽에 배치될 수 있다. 광학요소(66)는 반사 대물렌즈, 예를 들면, 비축 포물 반사경 또는 임의의 다른 적절한 반사 광학요소를 포함할 수 있다. 조명 모드 반사경(68)이 투과 대물렌즈(64)의 제1 측 또는 투과 조명 경로의 상류에서 광학적으로 제2 조향 반사경(56)의 하류에 있는 외주 광학요소(16)의 제1 측에 배치될 수 있다. 조명 모드 반사경(68)은 현미경(10)의 투과 조명 모드에서는 상기 광학요소(64)와 광학적인 연결상태로 될 수 있고, 현미경(10)의 반사 조명 모드에서는 상기와 같은 광학적인 연결상태에서 이탈되거나 벗어날 수 있다. 조명 모드 반사경(68)은 제1 측 또는 투과 집광 경로에서 광학적으로 제1 집광 반사경(58)의 상류에 배치될 수 있다. 제1 잠망경 반사경(70)은 제2 측 조명 경로에서 광학적으로 조명 모드 반사경(68)의 하류에 배치될 수 있고, 제2 잠망경 반사경(72)은 반사 조명 모드에 대해서 반사 광학요소(16)와 광학적인 연결상태에서 제2 측 조명 경로를 따라서 광학적으로 제1 잠망경 반사경(70)의 하류에 배치될 수 있다. 제1 잠망경 반사경(70)은 제1 잠망경 반사경의 반사면을 따라서 뻗어 있으며 제2 측 조명 경로와 수직인 축 A에 대해서 피벗운동할 수 있다. 제2 잠망경 반사경(72)은 제2 측 조명 경로를 따라서 병진이동가능하게 될 수 있다. 제2 집광 반사경(74)은 반사 모드 동안 광속의 집광을 위해 제2 측 또는 반사 집광 경로에 배치될 수 있고, 이 경우 반사 광학요소(66)가 광학적으로 외주 광학요소(16)와 제2 집광 반사경(74)의 사이에 배치될 수 있다. 제3 집광 반사경(76)은 제2 집광 반사경(74)과 하류로의 광학적인 연결상태에서 반사 집광 경로에 배치될 수 있고, 제2 집광기(78)는 제2 집광 반사경(74)과 제3 집광 반사경(76)의 하류에 배치될 수 있다. 제2 집광 반사경(74)은 색선별 반사경(dichroic mirror)을 포함할 수 있고, 제2 집광기(78)는 분석을 위해 어발란체 포토 다이오드(APD), 전하 결합 소자(CCD) 등과 같은 하나 이상의 광 센서 또는 이미지 센서(79)로 보내기 위한 광섬유 출력부를 포함할 수 있다.
현미경(10)의 다양한 실시예에 따르면, 현미경(10)을 이용하는 하나 이상의 방법이 하나 이상의 작동 모드에 따라서 실행될 수 있다. 예를 들면, 현미경(10)은 투명한 재료에 초점을 맞추거나 관찰하기 위한 투과 조명 모드와, 투명한 재료 또는 불투명한 재료 중의 적어도 하나에 초점을 맞추거나 관찰하기 위한 반사 조명 모드에 따라 작동될 수 있다. 보다 상세하게는, 광속원(22)이 임의의 적절한 방식으로 작동될 수 있고, 광속이 빔 조향 모듈(50)에 의해서 조향될 수 있다. 조명 모드 반사경(68)이 동작 위치로 위치되어 조사 중인 재료의 제1 측을 비추기 위해서 광속을 제1 측 조명 경로를 따라 향하게 하는 투과 조명 모드에 따라 사용될 수 있거나, 조사 중인 재료의 제2 측을 비추기 위해서 광속을 잠망경 광학요소를 통하여 제2 측 조명 경로를 따라 향하게 하는 반사 조명 모드에 따라 동작 위치로부터 이탈될 수 있다.
다른 예에서는, 현미경(10)이 제1 측 조명 경로를 활성화시키는 것, 그리고 제1 측 집광 경로 및 제2 측 집광 경로를 동시에 활성화시키는 것을 포함하는, 이중-집광-모드 또는 다중-집광-모드에 따라 작동될 수 있다. 보다 상세하게는, 집광 경로가 임의의 적절한 방식으로, 예를 들면, 조사 중인 재료로부터 반사된 광 또는 조사 중인 재료를 통하여 투과된 광을 모으기 위해서 집광기(60, 78)를 작동시키는 것에 의해서 활성화될 수 있다. 이중-집광-모드는 투명한 기판을 관찰할 때 수행될 수 있다. 예를 들면, 조명 모드 반사경(68)은 도 1에 도시된 것과 같이 반사경(56)과 대물렌즈(64) 사이에서 광학적으로 연결된 상태로 그리고 반사경(56) 및 대물렌즈(64)와 광학적으로 연결된 상태로 배치될 수 있다.
이제 도 2를 참고하면, 현미경(10)용의 예시적인 장비가 한 가지 예시적인 실시형태에 따라 도시되어 있다. 현미경(10)은 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28), 빔 조향 모듈(50), 잠망경 탑(80), 그리고 스캐닝 탑(82)을 포함할 수 있다. 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈(28)은 상부가 개방된 박스 또는 프레임(27) 및 투명하게 될 수 있는 프레임(27)용 커버(29)를 포함할 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 입구 개구(30) 및 출구 개구(48)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 빔 조향 모듈(50)은 상부가 개방된 박스 또는 프레임(49) 및 투명하게 될 수 있는 프레임(49)용 커버(51)를 포함할 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 입구 개구(52) 및 출구 개구(62), 그리고 통과 개구(5. 63)를 포함할 수 있다. 잠망경 탑(80)과 스캐닝 탑(82)은 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
잠망경 탑(periscope tower)(80)은 제2 측 조명 경로를 따라서 광속을 받아들여서, 이 광속을 스캐닝 탑(82)으로 전달하고, 제2 측 집광 경로를 따라서 스캐닝 탑(82)으로부터 전달된 반사광을 받아들일 수 있다. 잠망경 탑(80)은 피벗운동가능한 반사경(70), 병진이동가능한 반사경(72), 제2 집광 반사경(74), 그리고 제3 집광 반사경(76)을 가지고 있을 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 잠망경 탑(80)은 탑 베이스(84), 탑 베이스(84)에 피벗운동가능하게 결합될 수 있으며 직립부(87)를 포함할 수 있는 프레임(86), 직립부(87)에 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있는 프레임 베이스(89)를 포함할 수 있는 제1 레벨(88), 그리고 임의의 적절한 방식으로 직립부(87)에 그리고 직립부(87)와 직립부(87)의 사이에 결합될 수 있는 제2 레벨 부재 또는 플레이트(91)를 포함할 수 있는 제1 레벨(88) 위에 있는 제2 레벨(90)을 포함할 수 있다. 잠망경 탑(80)은 또한 탑 베이스(84)의 밑면으로부터 탑 베이스(84)를 지지할 수 있는 장착 플레이트(81)를 포함할 수도 있다. 제1 잠망경 반사경(70)은 제1 레벨(88)에서 임의의 적절한 방식으로 프레임(86)에 의해 지지될 수 있으며 반사면을 가지고 있다. 프레임 베이스(89)는 제1 잠망경 반사경(70)의 반사면을 따라서 뻗어 있으며 제2 측 조명 경로를 가로지르는 축 A를 중심으로 탑 베이스(84)에 대해서 피벗운동가능하게 될 수 있다. 예를 들면, 잠망경 탑(80)은 프레임 베이스(84)에 결합된 베어링 블록(94)에 대응하는 탑 베이스(89)에 결합될 수 있는 베어링 블록(92) 및 제1 잠망경 반사경(70)의 양 측에 있는 각각의 베어링 블록 사이에서 축 A를 따라서 뻗어 있는 샤프트(96)를 포함할 수 있다.
제2 잠망경 반사경(72)은 제2 레벨 상의 프레임(86)에 의해 지지될 수 있고 제2 측 조명 경로를 따라서 병진이동가능하게 되도록 제1 잠망경 반사경(70)으로 가까워지고 제1 잠망경 반사경(70)으로부터 멀어지는 방향으로 상기 프레임(86)에 이동가능하게 결합될 수 있다. 예를 들면, 잠망경 탑(80)은 상기 프레임(86)의 일부분에 결합된 리니어 슬라이드(98)와, 제2 잠망경 반사경(72)을 지지하며 리니어 슬라이드(98)에 미끄럼이동가능하게 결합된 반사경 지지부(100)를 포함할 수 있다. 또한, 미세위치결정기(micropositioner)(102)가 프레임(86)의 다른 부분에, 예를 들면, 커플링(103)에 의해 플레이트(91)에 결합될 수 있고, 제2 잠망경 반사경(72)의 이동을 조절하기 위해 반사경 지지부(100)에 결합된 액추에이터(104)를 가질 수 있다. 미세위치결정기(102)는 마이크로미터 배럴(micrometer barrel)을 포함할 수 있다.
도 4를 참고하면, 잠망경 탑(80)이 축 A의 한 쪽에서 프레임(86)의 일부분에 조절력을 가하는 프레임 피벗 조절기(106)와, 축 A의 다른 쪽에서 프레임(86)의 다른 부분에 가압력(bias force)을 가하는 프리로더(preloader)(108)를 포함할 수도 있다. 따라서, 프레임(86)의 피벗운동은 잠망경 탑(80)의 나머지 광학요소들이 제1 잠망경 반사경(70)에 대한 조절에 따라 조절되도록 용이하게 조절될 수 있다. 프레임 피벗 조절기(106)는 지지부(110), 지지부(110)와 일체로 되거나 지지부(110)에 결합될 수 있는 내부에 나사가 형성된 부재(112), 내부에 나사가 형성된 부재(112)에 나사결합식으로 수용된 외부에 나사가 형성된 부재(114), 외부에 나사가 형성된 부재(114)와 일체로 되거나 외부에 나사가 형성된 부재(114)에 결합될 수 있는 구형 결합 부재(116), 그리고 외부에 나사가 형성된 부재(114)와 일체로 되거나 외부에 나사가 형성된 부재(114)에 결합될 수 있는 스톱 칼라(stop collar)(118)를 포함할 수 있다. 구형 결합 부재(116)와 결합하기 위해서 별개의 마찰 플레이트(120)가 프레임(86)의 베이스(89)에 결합될 수 있다.
한 가지 실시형태에서, 프리로더(108)는 장착 플레이트(81)에, 예를 들면, 장착 플레이트의 카운터보링가공된(counterbored) 통로에 지지될 수 있는 슬리브(122)와, 이 슬리브(122)내에 지지되어 있으며 탑 베이스(84)의 통로를 통하여 뻗어 있고 피벗운동가능한 프레임 베이스(89)의 밑면과 결합하기 위한 헤드(126)에서 종결되어 있는 샤프트(124)를 포함할 수 있는 플런저를 포함할 수 있다. 프리로더(108)는 또한 플런저의 헤드(126) 아래에 배치된 와셔(128)와, 프레임 베이스(89)에 가압력을 가하기 위해서 장착 플레이트(81)와 프레임 베이스(89) 사이에 배치되어 있으며 와셔(128)과 결합된 스프링(130)을 포함할 수도 있다. 프리로더(108)는 추가적으로 또는 상기 장치 대신에 임의의 다른 유형의 스프링 및/또는 스프링 및 플런저 장치, 또는 축 A을 중심으로 프레임(86)에 힘을 가하기에 적합한 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 그리고 도 4a를 참고하면, 프리로더(108')가 장착 플레이트(81)(또는 탑 베이스(84)) 및 피벗가능한 프레임 베이스(89)에 결합된 인장 코일스프링(130')을 포함할 수 있고, 프레임 피벗 조절기(106)의 반대쪽의 축 A의 측에서 프레임 베이스(89)에 가압력을 가할 수 있다. 예를 들면, 인장 코일스프링(130')이 장착 플레이트(81)의 하부 표면의 대응하는 릴리프에 배치될 수 있는 부착 부재(122')에 결합된 한 단부와, 피벗가능한 프레임 베이스(89)의 상부 표면의 대응하는 릴리프에 배치될 수 있는 다른 부착 부재(124')에 결합된 다른 단부를 포함할 수 있다. 프리로더(108')는 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이 탑의 양 측에 배치될 수 있다.
도 3을 참고하면, 잠망경 탑(80)이 제1 레벨(88)과 제2 레벨(90) 사이에 배치되어 있으며, 임의의 적절한 방식으로 직립부(87)에 그리고 직립부(87)와 직립부(87) 사이에 결합된 제3 레벨 부재 또는 플레이트(131)를 포함할 수 있는 프레임(86)의 제3 레벨(130)을 더 포함할 수 있다. 제1 집광 반사경(74)은 제2 레벨(90)에서 프레임(86)에 의해 지지될 수 있고, 제2 집광 반사경(76) 및 제2 집광기(78)는 제3 레벨(130)에서 프레임(86)에 의해 지지될 수 있다. 예를 들면, 제2 집광 반사경(76)은 상기 플레이트(131)에 의해 지지될 수 있고, 집광기(78)는 직립부(87)들 중의 하나에 의해 지지될 수 있다.
현미경(10)은 또한 스캐닝 탑(82)을 포함할 수 있고, 상기 스캐닝 탑은 광속원(22)으로부터 직접적으로 또는 잠망경 탑(80)을 통하여 간접적으로 광속을 받아들이고, 조사 중인 재료로부터 반사된 광을 수집하고, 상기 반사된 광을 전달하고, 재료에 주사 탐침 현미경(SPM) 검사를 실행하는데 사용될 수 있다. 스캐닝 탑(82)은 조사 중인 재료, 외주 광학요소(16), 주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14), 투과 대물렌즈(64), 반사 광학요소(66), 그리고 이동가능한 조명 모드 반사경(68)을 지지할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참고하면, 스캐닝 탑(82)은 베이스(144)와, 베이스(144)의 상부에 지지되어 있으며 투과 대물렌즈(64)(도 1)를 지지하는 투과 대물렌즈 레벨(146)를 포함할 수 있고, 상기 투과 대물렌즈 레벨은 Z 축을 따라서 조절가능하게 될 수 있으며 나노위치결정가능한 광학 장치(148)의 일부분으로 될 수 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 나노위치결정가능한 광학 장치(148)는 세로 축(Z 축)을 가지고 있는 하우징(150)과, 이 하우징(150)내에 배치되어 있으며 상기 세로 축을 따라서 이동가능한 슬라이더(152)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징 플레이트(151)는 슬라이더(152)에 가압력을 가하기 위하여 하우징 플레이트의 한 측에 있는 개구(도시되어 있지 않음)를 통하여 하우징(150)에 결합될 수 있다. 슬라이더(152)를 하우징(150)에 대해 이동시키기 위해서 복수의 나노위치결정기, 예를 들면 압전 요소(154)가 하우징(150)의 표면과 슬라이더(152)의 표면 사이에(그리고 플레이트(151)와 슬라이더(152)의 사이에) 배치될 수 있다. 따라서, 상기 슬라이더, 압전 요소, 그리고 상기 하우징은 큰 팬 모터(PAN motor) 구조로 될 수 있다. 광학요소(64)는 임의의 적절한 방식으로 슬라이더(152)에 의해 지지될 수 있다. 예를 들면, 광학요소(64)의 후방부가 슬라이더(152)의 횡방향으로 뻗은 플랜지(156)의 오목부 속으로 인도될 수 있고, 대응하는 슬라이더 플랜지(156)에 고정되거나, 용접되거나, 부착되거나 할 수 있다. 광학요소(64)는 초점맞춤이 가능한 렌즈, 예를 들면, 차등 간섭 대비성(differential interference contrast)을 가진 1.4 NA와 lOO배 배율을 가진, ZEISS PLAN-APOCHROMAT을 포함할 수 있다.
스캐닝 탑(82)은 또한 투과 대물렌즈 레벨(146)의 상부에 지지되어 있으며 외주 광학요소(16) 및 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)를 지지하는 통합 레벨(158)을 포함할 수 있고, 이 경우 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 외주 광학요소(16) 내에 배치되어 있으며, Z 축을 따라서 조절가능하고, 외주 광학요소(16)의 근초점(near focal point)으로 위치결정가능한 팁을 가진 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침(160)을 가지고 있다.
스캐닝 탑(82)은 또한, 통합 레벨(158)의 상부에 지지되어 있으며 반사 광학요소(66)를 지지하는 반사 광학요소 레벨(162)와, 투과 대물렌즈 레벨(146)와 통합 레벨(158)의 사이에 지지되어 있으며 Z 축을 따라서 조절가능한 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)를 지지하는 스캐너 스테이지 레벨(164)를 포함할 수 있다. 외주 광학요소(16)는, 외주 광학요소(16)의 하부 단부와 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)의 상부 표면 사이에 공간을 가진 상태로 통합 레벨(158)로부터 스캐너 스테이지 레벨(164) 쪽으로 뻗을 수 있다.
스캐닝 탑(82)은 투과 대물렌즈 레벨(146)와 스캐너 스테이지 레벨(164) 사이에 배치되어 있으며 스캐너 스테이지 레벨(164)을 지지하는 스캐너 조절 레벨(166)을 더 포함할 수 있다. 스캐너 조절 레벨(166)은 축방향의 조절 부재(168)를 포함할 수 있다. 도 3을 참고하면, 스캐너 스테이지 레벨(164)에 Z 축을 따르는 이동을 부여하기 위해서 조절 레벨 구동렬(170)이 축방향의 조절 부재(168)에 결합될 수 있다. 조절 레벨 구동렬(170)은 모터(172)와, 이 모터(172)에 결합되어 있는 웜 구동 기어(174)를 포함할 수 있고, 웜 구동 기어(174)는 웜 구동 기어(174)와 맞물려 있으며, 예를 들면, 부재 또는 플레이트(147)를 통하여, 투과 대물렌즈 레벨(146)에 의해 회전가능하게 지지된 웜 피구동 기어(176)를 포함하고 있다. 조절 샤프트(178)가 웜 피구동 기어(176)에 설치될 수 있으며, 대응하는 내부에 나사가 형성된 부분을 포함할 수 있는 축방향의 조절 부재(168)와 나사식으로 결합되기 위해 외부에 나사가 형성된 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 조절 레벨 구동렬(170)은 Z 축을 따라서 스캐너 스테이지 레벨(164)(및 재료)의 대략적인 위치결정(coarse positioning)을 제공하기 위해서 작동될 수 있고, 반면에 스캐너 스테이지(20)는 Z 축을 따라서 재료의 정밀한 위치결정을 제공하기 위해서 작동될 수 있다. 예를 들면, 대략적인 위치결정은 5,000 나노미터/초 내지 50,000 나노미터/초를 포함할 수 있고, 정밀한 위치결정은 0.05 나노미터/초 내지 5 나노미터/초를 포함할 수 있다. 다른 예에서는, 대략적인 위치결정이 2 미크론 내지 40 미크론, 보다 상세하게는 약 5 미크론의 단계 크기(step size)를 포함할 수 있다. 대략적인 위치결정의 단계 크기(증감 크기)는 정밀한 위치결정의 전체 Z-범위, 예를 들면 50 미크론보다 작은 것이 바람직하다. 정밀한 위치결정의 단계 크기는 0.1nm 내지 200nm를 포함할 수 있다. 한 가지 방법 실시형태에 따르면, 정밀한 위치결정 동안 Z 위치 설정값 기준이 만족되는 것으로 결정되면, 정밀한 위치결정은 완료된다. 그렇지 않으면, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)가 Z-축을 따라서 후퇴되고, 대략적인 위치결정이 대략적인 단계(coarse step)에 따라 실행된 다음, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)를 이용하여 정밀한 위치결정이 다시 시도된다. 샘플 재료가 탐침 팁에 도달할 때까지 상기 절차가 반복된다. 팁/샘플 상호작용, 광학적인 검증(optical verification) 등을 포함하는 임의의 적절한 설정값 기준이 사용될 수 있다.
스캐닝 탑(82)은 임의의 적절한 방식으로 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들면, 투과 대물렌즈 레벨(146)은 임의의 적절한 방식으로 투과 대물렌즈 레벨(146)과 베이스(144)의 대응하는 플레이트(147, 145)에 설치될 수 있는 샤프트(180)에 의해 베이스(144)의 상부에 지지될 수 있다. 또한, 통합 레벨(158)은 운동 장착부(kinematic mount)에 의해 투과 대물렌즈 레벨(146)의 상부에 지지될 수 있고, 상기 운동 장착부는 플레이트(147)에 결합된 샤프트(182), 통합 레벨 플레이트(159)의 소켓(186)에 수용된 구형 부재(184), 및 상기 구형 부재(184)를 수용하기 위해 V자 형상의 소켓(190)을 가질 수 있는 칼라(collar)(188)를 포함할 수 있다. 한 가지 실시예에서 상기 샤프트(182)와 칼라(188)는 통합되거나 단일체로 될 수 있다. 상기 소켓(186)은 소켓 내에 지지된 중실형(solid) 실린더(192)를 포함할 수 있다. 상기 중실형 실린더(192)는 임의의 다른 적절한 방식으로 소켓(186)에 납땜되거나, 용접되거나, 부착되거나 결합될 수 있다. 구형 부재(184)와 실린더(192)의 결합에 의해 우수한 반복가능한 장착이 보장된다. 마찬가지로, 반사 광학요소 레벨(162)은 통합 레벨 플레이트(159)에 결합된 샤프트(183)와 도시된 것과 같은 운동 장착부 구조의 나머지 부분을 포함하는 운동 장착부에 의해 통합 레벨(158)의 상부에 지지될 수 있다. 마찬가지로, 스캐너 스테이지 레벨(164)은 운동 장착부에 의해 뒤집어진 방향으로 조절 레벨(166)의 상부에 지지될 수 있고, 상기 운동 장착부는 스캐너(20)에 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있는 스캐너 어댑터 플레이트(21)에 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있는 샤프트(181)를 포함하고 있다. 최종적으로, 조절 레벨(166)은, 예를 들면, 샤프트(182)에 대한 미끄럼이동가능한 장착을 위해서 조절 레벨 플레이트(167)에 의해 지지될 수 있는 부싱(194)을 통하여 투과 대물렌즈 레벨(146)의 상부에 지지될 수 있다. 조절 레벨 플레이트(167)는 구동렬(170)을 통하여 샤프트(182)를 따라서 조절될 수 있고, 정지부(196)가 플레이트(147)와 플레이트(167) 사이의 운동을 제한하기 위해서 플레이트(147)와 플레이트(167) 사이에 배치될 수 있다.
도 6을 참고하면, 외주 광학요소(16)가 회전 반사면(200)을 가진 오목한 원주방향의 반사경을 포함할 수 있다. 예를 들면, 오목한 원주방향의 반사경은 타원형 반사경을 포함할 수 있다. 어떠한 경우에도, 오목한 원주방향의 반사경은 제1 단부(204)에서 소직경부(202)를 가지고 제2 단부(208)에서 대직경부(206)를 가지고 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 외주 광학요소(16)의 제1 단부(204)에는 상대적으로 가깝고, 외주 광학요소(16)의 제2 단부(208)에는 상대적으로 먼 위치로부터 매달려서, 제2 단부(208)쪽으로 뻗을 수 있다. 한 가지 예시적인 실시형태에서, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 바퀴살(212)(도 5) 및 광선이 통과할 수 있는 바퀴살(212)과 바퀴살(212) 사이의 원주방향의 공간을 가진 바퀴살형 부재(spoked member)(210)로부터 매달려 있을 수 있다. 상기 바퀴살형 부재(210)는 외주 광학요소(16)의 대직경부(206)에 인접하여 지지된 반경방향 외측부 또는 림(214), 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)를 지지하는 반경방향 내측부 또는 허브(216), 그리고 상기 림(214)과 상기 허브(216) 사이에 뻗어 있는 바퀴살(212)을 포함할 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14)는 또한 상이한 유형의 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 외주 광학요소(16) 속에 매달기 위해서 모듈형 장착부(modular mount)(218)를 포함할 수 있다. 상기 모듈형 장착부(218)는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)가 두 개의 직교하는 방향으로, 예를 들면, X' 축 및 Y' 축을 따라서 이동할 수 있게 해준다.
도 6에 도시된 제1 예시적인 실시형태에서는, 모듈형 장착부(218)가 바퀴살형 부재(210)의 허브(216) 내의 더브테일 홈(dovetail mortise)(220)과, 상기 더브테일 홈(220) 내에 배치된 더브테일 돌기(dovetail tenon)(222), 그리고 더브테일 돌기(222)와 더브테일 홈(220) 사이에 배치된 나노위치결정 요소(224, 225)를 포함할 수 있다. 모듈형 장착부(218)는 또한, 예를 들면, 상기 더브테일 돌기(222) 내의 제2 더브테일 홈(226)과, 제2 더브테일 홈(226) 내에 배치된 제2 더브테일 돌기(228), 그리고 제2 더브테일 돌기(228)와 제2 더브테일 홈(226) 사이에 배치된 부가적인 나노위치결정 요소(230, 231)를 포함할 수 있다. 따라서, 모듈형 장착부(218)는 Z 축을 따라서 서로 쌓여 있는 나노위치결정기들을 포함할 수 있다. 다양한 나노위치결정 요소는 압전 요소를 포함할 수 있다. 스캐닝 헤드(18)는 임의의 적절한 방식으로 더브테일 돌기(228, 222)에 결합된 하우징(232)과, 이 하우징(232)에 의해 지지된 전기자 조립체(234)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 제2 예시적인 실시형태에서는, 모듈형 장착부(218')가 림(214') 및 허브(216')를 가지고 있는 바퀴살형 부재(210')를 포함할 수 있고, 허브(216')는 허브(216')의 한 측에, 예를 들면, 허브의 포켓(217')에 적어도 하나의 자석(220')을 가지고 있다. 상기 모듈형 장착부(218')는 또한, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18')에 결합된 허브(216')의 반대 측에 있는 철제 부재(222')와, 허브(216')와 철제 부재(222') 사이에 배치된 하나 이상의 나노위치결정 요소(224', 225'), 예를 들면, 압전 요소를 포함할 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18')는 임의의 적절한 방식으로 철제 부재(222')에 결합된 하우징(232'), 이 하우징(232')에 의해 지지된 전기자 조립체(234'), 그리고 상기 하우징(232')과 전기자 조립체(234') 사이의 나노위치결정 요소(233')를 포함할 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18')는 소리굽쇠 형태의 탐침(160')을 포함할 수 있다.
도 6a에 도시된 제3 예시적인 실시형태에서는, 모듈형 장착부(318)가 바퀴살형 부재(210)(도 6)의 허브(214)에 결합될 수 있고 더브테일 홈(320)을 가질 수 있는 제1 더브테일 홈 부재(316)를 포함할 수 있다. 이 제1 더브테일 홈 부재(316)는 제1 더브테일 홈 부재(316)의 평면 부분에 있는 통로(315)를 통하여 뻗을 수 있는 파스너(도시되어 있지 않음)에 의해 상기 허브(214)에 고정될 수 있다. 모듈형 장착부(318)는 또한, 더브테일 홈(320)에 배치된 더브테일 돌기(322a), 더브테일 돌기(322a)와 더브테일 홈(320) 사이에 배치된 나노위치결정 요소(324, 325), 그리고 나노위치결정 요소에 대응하며 나노위치결정 요소(324, 325)에 예비하중(preload)을 제공하기 위해서 제1 더브테일 홈 부재(316)의 양 측에 있는 대응하는 포켓 내에 배치된 자석(323)을 포함할 수 있다. 자석(323)은 나노위치결정 요소(324, 325)에 대해 수직으로 지향될 수 있는 작동 축을 가질 수 있고, 자석(323)은 제1 더브테일 홈 부재(316)에 압입 끼워맞춤되거나, 부착되거나, 임의의 다른 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
모듈형 장착부(218)는 더브테일 돌기(322a)에 결합될 수 있으며, 더브테일 홈(326)을 포함할 수 있는 제2 더브테일 홈 부재(322b)를 더 포함할 수 있다. 더브테일 돌기(322a)는, 예를 들면, 더브테일 돌기(322a)에 있는 통로(327)를 통하여 뻗을 수 있는 파스너(도시되어 있지 않음)에 의해 제2 더브테일 홈 부재(322b)에 별도로 결합될 수 있거나, 제2 더브테일 홈 부재(322b)와 일체로 결합될 수 있다. 모듈형 장착부(318)는 또한, 더브테일 홈(326)에 배치된 더브테일 돌기(328a), 더브테일 돌기(328a)와 더브테일 홈(326) 사이에 배치된 나노위치결정 요소(330, 331), 그리고 나노위치결정 요소에 대응하며 나노위치결정 요소(330, 331)에 예비하중을 제공하기 위해서 제2 더브테일 홈 부재(322b)의 양 측에 있는 대응하는 포켓 내에 배치된 자석(323)을 포함할 수 있다. 자석(323)은 나노위치결정 요소(330, 331)에 대해 수직으로 지향될 수 있는 작동 축을 가질 수 있고, 자석(323)은 제2 더브테일 홈 부재(322b)에 압입 끼워맞춤되거나, 부착되거나, 임의의 다른 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 더브테일 돌기(328a)는, 예를 들면, 더브테일 돌기(328a)에 있는 통로(327)를 통하여 뻗을 수 있는 파스너(도시되어 있지 않음)에 의해 더브테일 홈 부재(328b)에 별도로 결합될 수 있거나, 더브테일 홈 부재(328b)와 일체로 결합될 수 있다. 모듈형 장착부(218)는 더브테일 돌기(328a)와 결합될 수 있거나 더브테일 돌기(328a)와 일체로 될 수 있고, 주사 탐침 현미경(SPM) 헤드 하우징(232)에 결합된 단부를 포함할 수 있는 헤드 커플링 부재(328b)를 더 포함할 수 있다. 더브테일 홈 부재(328b)는 임의의 적절한 방식으로 주사 탐침 현미경(SPM) 헤드 하우징(232)에 고정될 수 있거나, 임의의 적절한 방식으로 주사 탐침 현미경(SPM) 헤드 하우징(232)에 다른 방식으로 결합될 수 있다.
도 8을 참고하면, 주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14)가 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침(160) 및 외주 광학요소(16) 내에 배치된 재료(M)를 가지고 있는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)를 포함하고 있다. 외주 광학요소(16)는 타원체 반사경에 가장 가까운(예를 들면, 타원체 반사경의 소직경부 근처의) 제1 초점 또는 근초점(f1), 타원체 반사경으로부터 가장 먼 제2 초점 또는 원초점(f2), 그리고 광학 요소의 내측 반사면(200)에 의해 특정된 이론적인 타원(E)을 포함하고 있다. 투과 대물렌즈(64)는 상기 타원(E) 속으로 뻗어 있거나 뻗어 있지 않을 수 있고, 반사 광학요소(66)는 상기 타원(E)의 외측에 배치될 수 있지만, 투과 대물렌즈(64)와 반사 광학요소(66)의 초점은 공간적으로 겹칠 수 있다. 투과 대물렌즈(64)와 반사 광학요소(66)는 자신의 조명 경로를 따라서 광선을 전달 및/또는 자신의 반사 경로를 따라서 반사광을 수용할 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 헤드(18) 및 재료(M)를 지지하는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지(20)는 각각 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침(160)의 팁의 위치가 제1 초점(f1)으로 위치될 수 있게 하는 것 및/또는 재료의 위치를 제1 초점(f1)과 관련된 2차원 평면으로 위치될 수 있게 하는 것을 위하여 피에조 구동될(piezo-driven) 수 있다. 주사 탐침 현미경(SPM) 장비(14)는 입사 방사선장의 편광(polarization)이 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁의 세로 축에 대해서, 예를 들면, 소정의 각도 허용오차 내로, 예를 들면 +/- 10도 내로 정렬되도록 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁의 위치를 초점이 맞추어진 방사선장(focused radiation field) 내에 있게 할 수 있다.
도 9를 참고하면, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)가 내측 피에조 표면(internal piezo surface)(236)을 가진 내부를 가지고 있는 하우징(232), 상기 내측 피에조 표면(236)을 따라서 하우징(232)의 내부에 배치된 압전 요소(233), 그리고 세로 축을 따라서 하우징(232) 내에서 이동가능한 전기자(238)를 포함할 수 있는 전기자 조립체(234)를 포함할 수 있다. 전기자(238)는 제1 단부(240), 축방향으로 제1 단부(240)의 반대쪽에 배치된 제2 단부(242), 그리고 하우징(232)의 내측 피에조 표면(236)에 대응하며 압전 요소(233)와 접촉하고 있는 외측 피에조 표면(244)을 포함할 수 있다. 전기자(238)는 또한, 제2 단부(242)에 있는 나사가 형성된 관통 구멍(246), 제1 단부(240)에 있는 카운터보어(248), 카운터보어(248) 내에 배치된 슬라이더(250), 전기자(238)의 나사가 형성된 관통 구멍(246) 내에 배치되어 있으며 슬라이더(250)와 접촉하고 있는 조절 나사(252), 조절 나사(252)의 대응하는 포켓 내에 배치된 세 개 이상의 구형 부재(254), 카운터보어(248) 내에서 전기자(238)의 제1 단부(240)에 배치된 환형 플레이트 또는 와셔(256), 그리고 카운터보어(248) 내에 배치되어 있으며 슬라이더(250), 예를 들면, 슬라이더의 환형 포켓(260)과 와셔(256)에 대해 가압된 스프링(258)을 포함할 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 또한 광섬유 페룰(ferrule)(260)을 포함할 수 있다. 상기 페룰(260)은, 슬라이더(250)에, 예를 들면, 슬라이더의 카운터보어에 마찰 끼워맞춤에 의해 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 결합될 수 있는 스템(264)을 포함할 수 있는 장착 부분(262)을 포함할 수 있다. 상기 페룰(260)은 또한, 임의의 적절한 방식으로 상기 장착 부분에 결합되어 있으며 페룰 팁(268)을 포함하는 팁 부분(266)을 포함할 수 있다. 탐침(160)에 대한 페룰 팁(268)의 축방향의 위치결정은 전기자 조립체(234)의 조절 나사(252)의 이동에 의해 조절될 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 전기자(238)의 제1 단부(240)에 결합된 제1 표면(274), 제2 표면(276) 및 제1 표면(274)과 제2 표면(276) 사이의 관통구멍(278)을 가진 지지부(272)를 포함할 수 있는 탐침 장착부(270)를 더 포함할 수 있고, 상기 관통구멍(278)을 통하여 광섬유 페룰(260)이 뻗어 있다. 제2 표면(276)은 관통구멍(278)에 대해 횡방향으로, 예를 들면, 반경방향으로 뻗을 수 있는 원통형 소켓(280)을 포함할 수 있다.
주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드(18)는 부가적으로 탐침 장착부(270)에 결합된 캔틸레버형 탐침 조립체(282)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 캔틸레버형 탐침 조립체(282)는 탐침 장착부(270)의 원통형 소켓(280)에 대한 자동 중심맞춤 자기 결합(self-centering magnetic coupling)을 위해 원통형 부재(284)를 포함할 수 있다. 탐침 장착부(270)와 원통형 부재(284)는 적절한 대응하는 자성체/철을 함유한 재료로 이루어져 있다. 캔틸레버형 탐침 조립체(282)는 또한, 탐침(160)을 제위치에 유지하는 클립(288)을 포함할 수 있는 탐침 홀더(286)와, 원통형 부재(284)와 탐침 홀더(286) 사이에 결합된 나노위치결정기(290)를 포함할 수 있다. 탐침 팁의 위치결정은 자성체 장착부(270)의 원통형 소켓(280) 내의 원통형 부재(284)의 이동 및/또는 나노위치결정기(290)의 작동에 의해 조절가능하다. 나노위치결정기(290)는, 예를 들면, Z 축을 따라서, 탐침(160)의 정밀한 위치결정을 위해 하나 이상의 압전 요소를 포함할 수 있다.
도 10을 참고하면, 상기한 방법의 다양한 실시형태를 수행하기 위해서 컴퓨팅 장치(300)가 현미경(10)의 나머지 부분과 결합하여 사용될 수 있다. 한 가지 예에 있어서, 컴퓨팅 장치(300)가 사용자로부터 입력 데이터 및 명령을 수신하고, 저장된 소프트웨어 및/또는 데이터를 고려하여 수신된 입력을 처리하여, 광원 기점, 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈, 조향가능한 반사경, 구동렬 모터(drivetrain motor), 나노위치결정기 등과 같은, 현미경(10)의 다양한 장치로 출력 신호를 송신할 수 있다. 반대로, 다른 예에서는, 컴퓨팅 장치(300)가 집광기, 광 센서 또는 촬상 장치, 광학요소/렌즈, 주사 탐침 현미경(SPM) 주사 탐침, 광섬유 등과 같은, 현미경(10)의 다양한 장치로부터 입력 신호를 수신할 수 있다. 컴퓨팅 장치와 현미경(10) 내의 케이블, 와이어 및 다른 유선 또는 무선 연결부, 그리고 컴퓨팅 장치와 현미경(10) 사이의 케이블, 와이어 및 다른 유선 또는 무선 연결부는 당해 기술 분야의 통상의 전문가에게 잘 알려져 있으므로 도면에 도시되어 있지 않다.
컴퓨팅 장치(300)는 저장된 데이터 및 소프트웨어를 고려하여 수신된 입력 신호를 처리하여, 사용자에게 출력 데이터를 송신할 수 있다. 상기 컴퓨팅 장치(300)는, 예를 들면, 전기 회로, 전자 회로 또는 칩 및/또는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(300)는 별개의 장치들 사이에 분배될 수 있거나 통합될 수 있다. 현미경(10)의 적어도 주사 탐침 현미경(SPM) 부분은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 미국 특허출원공개 제2012/0005621호에 개시된 시스템의 적어도 다수의 부분을 포함할 수 있다.
컴퓨터 실시예에서는, 컴퓨팅 장치(300)가 대체로 메모리(302), 메모리(302)에 결합된 프로세서(304), 하나 이상의 인터페이스(306), 하나 이상의 입력 장치(308), 및/또는 하나 이상의 출력 장치(310)를 포함할 수 있다. 물론, 상기 컴퓨팅 장치(300)는 임의의 보조 장치, 예를 들면, 시계, 내부 전원, 기타 유사한 장치(도시되어 있지 않음)를 더 포함할 수 있다. 비록 도시되어 있지는 않지만, 컴퓨팅 장치(300) 및 다양한 현미경 장치는 외부 전원, 예를 들면, 교류 전류에서 직류 전류로의 변성기(AC to DC transformer), 하나 이상의 배터리, 연료 전지 및/또는 이와 유사한 것을 포함하는 임의의 적절한 전원에 의해 전기를 공급받을 수 있다.
입력 장치(308)와 출력 장치(310)는 현미경(10)의 다양한 장치, 예를 들면, 광원 기점, 모드 전환 및 광속 확대(MCBE) 모듈, 조향가능한 반사경, 구동렬 모터, 나노위치결정기, 집광기, 광 센서 또는 촬상 장치, 광학요소/렌즈, 주사 탐침 현미경(SPM) 주사 탐침, 광섬유 등을 포함할 수 있다. 입력 장치(308)와 출력 장치(310)는 촉각적이든, 청각적이든, 및/또는 시각적이든 임의의 적절한 사용자 입력 또는 출력을 수신하거나 송신하는데 사용될 수 있다. 상기 입력 장치는 주변 입력 장치 또는 사용자 입력 장치, 예를 들면, 위치결정 장치(예를 들면, 마우스, 트랙볼(trackball), 펜, 터치 패드, 터치 스크린, 조이스틱 등), 키보드, 마이크로폰, 카메라, 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 상기 입력 장치는 임의의 적절한 커맨드(command:사용자 명령), 명령(instruction), 데이터, 정보, 신호 등을 프로세서에 입력하는데 사용될 수 있다. 상기 출력 장치는 사용자 출력 장치, 예를 들면, 오디오 스피커 또는 이어폰, 또는 모니터 또는 임의의 다른 유형의 디스플레이 장치를 포함할 수 있거나, 또는 주변 출력 장치, 예를 들면, 프린터, 모뎀 또는 임의의 다른 통신 어댑터, 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
상기 인터페이스(306)는 내부 통신 인터페이스 및/또는 외부 통신 인터페이스를 포함할 수 있고, 유선 장치 및/또는 무선 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 인터페이스는 프로세서, 메모리, 및/또는 컴퓨팅 장치의 다른 인터페이스 요소들 사이에서 데이터 통신을 제공할 수 있는 내부 버스(internal bus)를 포함할 수 있다. 다른 예에서는, 상기 인터페이스가 컴퓨팅 장치(300)의 여러 요소들과 주변 장치, 현미경(10)의 여러 장치 등의 사이에서의 데이터 통신용 외부 버스(external bus)를 포함할 수 있다. 상기 인터페이스는 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변장치 버스(peripheral bus), 액셀러레이티드 그래픽스 포트(accelerated graphics port), 로컬 또는 프로세서 버스를 포함하며, 다양한 버스 아키텍처(bus architecture) 중의 임의의 버스 아키텍처를 이용하는, 몇 가지 유형의 버스 구조(bus structure)중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 인터페이스는 아날로그에서 디지털로의 변환기(analog-to-digital converter) 또는 디지털에서 아날로그로의 변환기(digital-to-analog converter), 신호 처리기, 증폭기, 필터, 다른 전자 장치 또는 소프트웨어 모듈, 및/또는 임의의 다른 적절한 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 인터페이스는, 예를 들면, RS-232, 병렬, 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스, 유니버설 시리얼 버스, 및/또는 임의의 다른 적절한 프로토콜에 적합할 수 있다. 상기 인터페이스는 컴퓨팅 장치(300)를 다른 장치와 내적으로 및/또는 외적으로 연결시키는 것을 도와주거나 가능하게 하는 회로, 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(304)는 데이터를 처리하고 적어도 몇 가지의 현미경(10)용 기능을 제공하는 명령을 실행할 수 있다. 본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, 명령이라는 용어는, 예를 들면, 제어 논리(control logic), 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 펌웨어, 프로그래머블 명령, 또는 다른 적절한 명령을 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 예를 들면, 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 데이터 신호에 대한 논리 함수(logic function)를 수행하기 위한 논리 게이트(logic gate)를 가지는 이산 논리 회로(discrete logic circuit), 적절한 논리 게이트를 가진 주문형 집적 회로(aplication specific integrated circuit), 프로그래머블 논리 장치 또는 복잡한 프로그래머블 논리 장치, 프로그래머블 게이트 어레이(programmable gate array) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 및/또는 임의의 다른 적절한 유형의 전자 처리 장치를 포함할 수 있다.
상기 메모리(302)는, 적어도 몇 가지 데이터, 데이터 구조, 오퍼레이팅 시스템, 애플리케이션 프로그램, 프로그램 모듈 또는 데이터, 및/또는 프로세서(304)에 의해서 실행될 수 있는 시스템의 적어도 몇 가지 기능을 제공하는 다른 컴퓨터 소프트웨어 또는 컴퓨터-판독가능 명령의 적어도 일시적인 저장을 제공하도록 구성된 하나 또는 복수의 임의의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 데이터, 명령 등은, 예를 들면, 탐색표(look-up table), 공식(formula), 알고리즘, 맵(map), 모델, 및/또는 임의의 다른 적절한 포맷으로 저장될 수 있다.
상기 메모리(302)는 제거가능한 및/또는 제거불가능한, 휘발성 메모리 및/또는 비-휘발성 메모리의 형태로 될 수 있다. 예시적인 휘발성 메모리는, 예를 들면, 소프트웨어 및 데이터를 프로세서에서 작동시키기 위한, 랜덤 액세스 메모리(RAM:램), 스태틱 램(SRAM), 동기(synchronous) 다이내믹 램 또는 비동기(asynchronous) 다이내믹 램을 포함하는 다이내믹 램(DRAM), 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 휘발성 메모리는 오퍼레이팅 시스템, 애플리케이션 프로그램, 다른 메모리 모듈, 및 데이터를 포함할 수 있다. 예시적인 비-휘발성 메모리는, 예를 들면, 소프트웨어 및 데이터를 저장하기 위한, 읽기전용 메모리(ROM:롬), 소거가능한 프로그래머블 롬(EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래머블 롬(EEPROM), 자기 디스크 또는 광 디스크 또는 테이프와 같은 동적 읽기/쓰기 메모리, 그리고 플래시 메모리와 같은 정적 읽기/쓰기 메모리를 포함할 수 있다. 비록 별도로 도시되어 있지는 않지만, 컴퓨터는 다른 제거가능한/제거불가능한 휘발성/비-휘발성 데이터 저장장치 또는 매체를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 다른 매체는 동적 또는 정적 외부 저장 읽기/쓰기 장치를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법 또는 그것의 일부는, 상기 방법의 단계의 하나 이상을 실행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터의 하나 이상의 프로세서에 의해 사용하기 위한 컴퓨터 판독가능 매체에 실린 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 소스 코드(source code), 목적 코드(object code), 실행가능 코드(executable code) 또는 다른 포맷으로 된 프로그램 명령으로 이루어진 하나 이상의 소프트웨어 프로그램; 하나 이상의 펌웨어 프로그램; 또는 하드웨어 기술 언어(HDL) 파일; 및 임의의 프로그램 관련 데이터를 포함할 수 있다. 상기 데이터는 데이터 구조, 탐색표, 또는 임의의 다른 적절한 포맷으로 된 데이터를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 프로그램 모듈, 루틴(routine), 프로그램, 객체(object), 컴포넌트(component), 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 하나의 컴퓨터 또는 서로 연결된 다중 컴퓨터에서 실행될 수 있다.
프로그램은 하나 이상의 저장 장치, 제조 물품 등을 포함할 수 있는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능 매체에서 구현될 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 예는 컴퓨터 시스템 메모리, 예를 들면 RAM(랜덤 액세스 메모리), ROM(읽기 전용 메모리); 반도체 메모리, 예를 들면 EPROM(소거가능한 프로그래머블 롬), EEPROM(전기적으로 소거가능한 프로그래머블 롬), 플래시 메모리; 자기 디스크 또는 광 디스크 또는 테이프; 및/또는 이와 유사한 것을 포함한다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 또한, 예를 들면, 네트워크 또는 다른 통신 접속(유선, 무선, 또는 이들의 조합 방식)을 통하여 컴퓨터 대 컴퓨터 접속을 포함할 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체는, 일시적인 전파 신호만 제외하고, 모든 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 상기한 예들의 임의의 조합도 컴퓨터-판독가능 매체의 영역 내에 포함된다.
따라서, 상기 방법들은 개시된 방법들 중의 하나 이상의 단계에 대응하는 명령을 수행할 수 있는 임의의 전자 물품 및/또는 전자 장치에 의해 적어도 부분적으로 실행될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (39)

  1. 외주 광학요소, 외주 광학요소의 제1 측에 배치된 투과 대물렌즈, 외주 광학요소의 제2 측에 배치된 반사 광학요소, 제1 측 조명 경로, 제2 측 조명 경로, 제1 측 집광 경로, 제2 측 집광 경로, 제1 측 조명 경로를 따라 광을 인도하는 광원을 포함하는 광학 현미경 장비와, 공초점 주사 탐침 현미경(SPM) 기술 및 근접장 광학 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 포함하는 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 수행하기 위해 상기 광학 현미경 장비와 통합된 주사 탐침 현미경(SPM) 장비도 가지고 있는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법에 있어서,
    제1 측 조명 경로를 활성화시키는 단계; 및
    제1 집광 경로와 제2 측 집광 경로를 동시에 활성화시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공초점 주사 탐침 현미경(SPM) 기술은 원자간력 현미경관찰법(AFM)을 포함하고 있고, 근접장 광학 주사 탐침 현미경(SPM) 기술은 팁 강화 라만 분광법(TERS) 또는 개구없는 근접장 주사 광학 현미경관찰법(a-NSOM) 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반사 광학요소는 비축 포물 반사경인 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 투과 대물렌즈는 나노위치결정가능한 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 투명한 재료에 초점을 맞추기 위한 투과 조명 모드와, 투명한 재료 또는 불투명한 재료 중의 적어도 하나에 초점을 맞추기 위한 반사 조명 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 조명 모드 반사경이 투과 대물렌즈의 제1 측에 배치되어 있으며, 반사 조명 모드를 위해서 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 색선별 제1 집광 반사경이 광학적으로 조명 모드 반사경의 상류에 배치되어 있고, 색선별 제2 집광 반사경은, 반사 광학요소가 광학적으로 외주 광학요소와 색선별 제2 집광 반사경의 사이에 있도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 반사 조명 모드를 위해 반사 광학요소와 광학적인 연결상태로 제1 잠망경 반사경이 제2 측 조명 경로를 따라서 광학적으로 조명 모드 반사경의 하류에 배치되어 있고, 제2 잠망경 반사경이 제2 측 조명 경로를 따라서 광학적으로 제1 잠망경 반사경의 하류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제1 잠망경 반사경은 반사면을 가지고 있으며 상기 반사면을 따라서 뻗어 있고 제2 측 조명 경로에 대해 수직인 축을 중심으로 피벗가능하고, 제2 잠망경 반사경은 제2 측 조명 경로를 따라서 이동가능한 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경을 작동시키는 방법.
  10. 컴퓨터 판독가능 매체에 저장되어 있으며, 현미경이 제1항에 따른 방법의 단계들을 수행하게 하기 위해 현미경의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  11. 컴퓨터 제어식 현미경으로서,
    데이터를 수신하기 위한 적어도 하나의 입력 장치;
    프로그램 명령 및 데이터를 저장하는 메모리; 및
    입력 및 출력 장치와 메모리에 결합되어 있으며 컴퓨터 제어식 시스템이 제1항에 따른 방법을 수행하게 하는 프로그램 명령에 반응하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어식 현미경.
  12. 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑으로서
    베이스;
    상기 베이스에 피벗가능하게 장착되어 있으며 제1 레벨과 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨을 포함하고 있는 프레임;
    제1 레벨에서 상기 프레임에 의해 지지되어 있으며 반사면을 가지고 있는 제1 잠망경 반사경; 및
    제2 레벨에서 상기 프레임에 의해 지지되어 있으며 제1 잠망경 반사경쪽으로 가까워지고 제1 잠망경 반사경으로부터 멀어지는 방향으로 상기 프레임에 이동가능하게 결합되어 있는 제2 잠망경 반사경;
    을 포함하고 있고,
    상기 프레임은 상기 반사면을 따라서 뻗어 있는 축을 중심으로 상기 베이스에 대해 피벗가능한 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 축의 한 쪽에서 상기 프레임의 일부분에 조절력을 가하는 프레임 피벗 조절기; 및
    상기 축의 다른 쪽에서 상기 프레임의 다른 부분에 가압력을 가하는 프리로더;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프레임의 일부분에 결합된 리니어 슬라이드;
    제2 잠망경 반사경을 지지하며 상기 리니어 슬라이드에 미끄럼이동가능하게 결합된 반사경 지지부; 및
    상기 프레임의 다른 부분에 결합되어 있으며 제2 잠망경 반사경의 이동을 조절하기 위해 상기 반사경 지지부에 결합된 액추에이터를 가지고 있는 미세위치결정기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  15. 제12항에 있어서, 상기 프레임이 제1 레벨과 제2 레벨의 사이에 배치된 제3 레벨을 더 포함하고 있고, 상기 잠망경 탑이 제2 레벨에서 상기 프레임에 의해 지지된 제1 집광 반사경과, 제3 레벨에서 상기 프레임에 의해 지지된 제2 집광 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  16. 제15항에 있어서, 상기 프레임이 제2 레벨과 제3 레벨의 사이에 배치되어 있으며 얼라인먼트 반사경을 포함하는 제 4 레벨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  17. 제16항에 있어서, 제4 레벨이 얼라인먼트 촬상 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 잠망경 탑.
  18. 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 스캐닝 탑으로서,
    베이스;
    상기 베이스 위에 지지되어 있으며 Z 축을 따라서 조절가능한 투과 대물렌즈를 지지하는 투과 대물렌즈 레벨;
    상기 투과 대물렌즈 레벨 위에 지지되어 있으며 외주 광학요소를 지지하는 통합 레벨;
    상기 통합 레벨 위에 지지되어 있으며 반사 광학요소를 지지하는 반사 광학요소 레벨;
    상기 투과 대물렌즈 레벨과 상기 통합 레벨의 사이에 지지되어 있으며 Z 축을 따라서 조절가능한 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지를 지지하는 스캐너 스테이지 레벨;
    상기 투과 대물렌즈 레벨과 상기 스캐너 스테이지 레벨의 사이에 배치되어 있으며, 상기 스캐너 스테이지 레벨을 지지하는 스캐너 조절 레벨; 및
    Z 축을 따라서 상기 스캐너 스테이지 레벨에 이동을 부여하기 위해서 상기 조절 레벨에 결합된 조절 레벨 구동렬;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 스캐닝 탑.
  19. 제18항에 있어서, 상기 외주 광학요소는 외주 광학요소의 하부 단부와 상기 스캐너 스테이지 레벨 사이에 공간을 둔 상태로 상기 통합 레벨로부터 상기 스캐너 스테이지 레벨쪽으로 뻗어 있고, 상기 통합 레벨은 상기 외주 광학요소 내에 배치되어 있으며, Z 축을 따라서 조절가능하고, 상기 외주 광학요소의 근초점에 대해 위치결정가능한 팁을 가진 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침을 가지고 있는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 지지하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 스캐닝 탑.
  20. 제18항에 있어서, 상기 조절 레벨 구동렬은 상기 투과 대물렌즈 레벨에 의해 회전가능하게 지지된 웜 기어를 포함하는 웜 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경용 스캐닝 탑.
  21. 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경으로서,
    외주 광학요소를 포함하는 광학 현미경 장비; 및
    공초점 주사 탐침 현미경(SPM) 기술 및 근접장 광학 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 포함하는 주사 탐침 현미경(SPM) 기술을 수행하기 위해 상기 광학 현미경 장비와 통합된 주사 탐침 현미경(SPM) 장비;
    를 포함하고 있고, 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 장비는 상기 외주 광학요소 내에 배치된 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  22. 제21항에 있어서, 상기 외주 광학요소는 회전 반사면을 가진 오목한 원주방향의 반사경인 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  23. 제22항에 있어서, 상기 원주방향의 반사경은 타원형 반사경인 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  24. 제22항에 있어서, 상기 원주방향의 반사경은 제1 단부에서는 큰 직경을 가지며 제2 단부에서는 작은 직경을 가지고, 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드는 상기 제1 단부에는 상대적으로 근접해 있고 상기 제2 단부에서는 먼 위치로부터 매달려 있으며 상기 제2 단부쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  25. 제21항에 있어서, 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드는 광이 통과하는 공간을 가진 바퀴살형 부재로부터 매달려 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  26. 제25항에 있어서, 상기 바퀴살형 부재는 원주방향의 반사경의 큰 직경 단부에 근접하여 지지된 반경방향 외측 부분, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 지지하는 반경방향 내측 부분, 및 상기 반경방향 내측 부분과 상기 반경방향 외측 부분의 사이에 뻗어 있는 바퀴살을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  27. 제25항에 있어서, 상이한 유형의 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드를 매달기 위한 모듈형 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  28. 제27항에 있어서, 상기 모듈형 장착부가 제1 더브테일 홈을 가진 제1 더브테일 홈 부재, 상기 제1 더브테일 홈에 배치된 제1 더브테일 돌기 및 상기 제1 더브테일 돌기와 상기 제1 더브테일 홈의 사이에 배치된 나노위치결정 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  29. 제28항에 있어서, 상기 모듈형 장착부가 상기 제1 더브테일 돌기에 결합되어 있으며 제2 더브테일 홈을 가진 제2 더브테일 홈 부재, 상기 제2 더브테일 홈에 배치된 제2 더브테일 돌기, 및 상기 제2 더브테일 돌기와 상기 제2 더브테일 홈의 사이에 배치된 부가적인 나노위치결정 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  30. 제27항에 있어서, 상기 모듈형 장착부가 적어도 하나의 자석을 한 측에서 지지하는 허브를 가진 바퀴살형 부재, 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드에 결합된 상기 허브의 반대 측에 있는 철제 부재, 및 상기 허브와 상기 철제 부재의 사이에 배치된 적어도 하나의 나노위치결정 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  31. 제21항에 있어서, 상기 광학 현미경 장비가 광속을 선형 편광 모드로부터 방사 편광 모드로 전환하는 모드 전환기와, 편광된 광을 광학적으로 하류 방향으로 전달하기 위해 광학적으로 상기 모드 전환기의 하류에 있는 적어도 하나의 비축 포물 반사경을 포함하는 모드 전환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  32. 제21항에 있어서, 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 장비가 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁을 가진 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드 및 재료 샘플용 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지를 포함하고 있고, 상기 스캐닝 헤드와 상기 재료 샘플은 타원체 반사경 내에 배치되어 있고, 상기 타원체 반사경에 가장 가까운 초점에 위치될 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁의 위치결정 또는 상기 초점과 관련된 2차원 평면에 대한 주사 탐침 현미경(SPM) 샘플의 위치결정 중의 적어도 하나를 가능하게 하기 위하여 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 헤드와 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 스테이지는 각각 피에조 구동되는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  33. 제32항에 있어서, 입사 방사선장의 편광이 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁의 세로 축에 대해 정렬되도록 상기 주사 탐침 현미경(SPM) 장비가 주사 탐침 현미경(SPM) 탐침 팁의 위치결정을 초점이 맞추어진 방사선장 내에 있게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 통합형 광학 및 주사 탐침 현미경.
  34. 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드로서,
    내측 피에조 표면을 가진 내부를 가지고 있는 하우징;
    상기 하우징의 상기 피에조 표면을 따라서 상기 하우징의 내부에 배치된 압전 요소; 및
    전기자 조립체;
    를 포함하고 있고,
    상기 전기자 조립체는
    제1 단부;
    축방향으로 상기 제1 단부의 반대쪽에 배치된 제2 단부;
    상기 하우징의 내측 피에조 표면에 대응하며 상기 압전 요소와 접촉하고 있는 외측 피에조 표면;
    상기 제1 단부의 나사가 형성된 관통 구멍; 및
    상기 제2 단부의 카운터보어;
    를 가지고 있으며 축을 따라서 상기 하우징 내에서 이동가능한 전기자;
    상기 전기자의 카운터보어에 배치된 슬라이더;
    상기 전기자의 나사가 형성된 관통 구멍에 배치되어 있으며 상기 슬라이더와 접촉하고 있는 조절 나사; 및
    상기 전기자의 카운터보어에 배치되어 있으며 상기 슬라이더에 대해 가압되어 있는 스프링;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드.
  35. 제34항에 있어서, 상기 전기자 조립체의 슬라이더에 결합되어 있으며, 페룰 팁을 가지고 있는 광 섬유 페룰을 더 포함하고 있고, 상기 페룰 팁의 축방향의 위치결정은 상기 전기자 조립체의 조절 나사의 이동에 의해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 전기자의 제2 단부에 결합된 제1 표면;
    원통형 소켓을 가진 제2 표면; 및
    상기 광섬유 페룰이 관통하여 뻗어 있는 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 관통 구멍;
    을 포함하는 자기적 장착부; 및
    상기 자기적 장착부의 원통형 소켓에 대한 자동 중심맞춤 자기 결합을 위한 원통형 부재;
    탐침 홀더;
    상기 원통형 부재와 상기 탐침 홀더 사이에 결합된 압전 요소; 및
    상기 탐침 홀더에 의해 지지되어 있으며 탐침 팁을 가지고 있고, 상기 탐침 팁의 위치결정은 상기 자기적 장착부의 원통형 소켓내에서의 상기 원통형 부재의 이동에 의해서 조절가능한, 캔틸레버형 탐침;
    을 포함하는 캔틸레버형 조립체;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경(SPM) 스캐닝 헤드.
  37. 나노위치결정가능한 광학 장치로서,
    세로 축을 가진 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되어 있으며 상기 세로 축을 따라서 이동가능한 슬라이더;
    상기 슬라이더를 상기 하우징에 대해 이동시키기 위해 상기 하우징과 상기 슬라이더의 사이에 배치된 복수의 압전 요소; 및
    상기 슬라이더에 의해 지지된 광학요소;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노위치결정가능한 광학 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 광학요소는 나노위치결정가능한 것을 특징으로 하는 나노위치결정가능한 광학 장치.
  39. 현미경용 투과 대물렌즈로서 제38항의 장치를 포함하는 현미경에 있어서, 상기 투과 대물렌즈의 대략적인 위치결정을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 현미경.
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