KR20200006362A - Actuating structure for raman-atomic force microscope(afm) - Google Patents

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Abstract

According to one embodiment, a driving structure for a Raman-atomic force microscope comprises a sample substrate on which a sample is arranged, and a platform arranged on a lower side of the sample substrate to control the position of the sample substrate; and the platform can control the position of the sample substrate in micrometer units or nanometer units. Therefore, the present invention allows a Raman light source to be exactly positioned at an end part of the Raman-atomic force microscope tip.

Description

라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체 {ACTUATING STRUCTURE FOR RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE(AFM)}ACTUATING STRUCTURE FOR RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE (AFM) for Raman-Atomic Force Microscopy

아래의 실시예들은 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체에 관한 것이다. The examples below relate to a drive structure for Raman-atomic force microscopy.

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 spectroscopic techniques used to observe vibration, rotation and other low-frequency modes in a system. This is usually followed by Raman scattering of monochromatic light, such as lasers in the visible, near-infrared 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 the medium, part of the light is scattered and moves away from the direction of propagation and proceeds in the other direction. The scattered light is called Rayleigh scattering. The inelastic process that is lost or gained and scattered is called Raman Scattering or inelastic scattering. When the molecule is illuminated, the molecule is excited into an excited state, and the molecule in this excited state comes back to the ground 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 Rayleigh scattering. On the other hand, Raman scattering is the case of returning to the ground state after absorbing or releasing the vibration energy of the molecule. At this time, the transition of the vibration state occurs. When the molecules absorb the vibrational energy and return to the ground state, it is called the Stokes effect. At this time, since the energy of the radiation is absorbed by the molecules, light of a lower wavelength, that is, longer wavelength, is scattered than the light source. On the other hand, when the molecules emit vibrational energy and return to the ground state, it is called the anti-stokes effect, and since the radiation is obtained from the molecules, the energy of shorter wavelengths than the incident light source is scattered. Comes out. Through this Raman scattering process, energy exchange between the incident light source and the material occurs. Since the energy absorbed or emitted by a material is closely related to the molecular structure of each material, and the scattered light due to Raman scattering is unique to each material, analyzing the scattered light can infer the molecular structure of the material. In general, this change can be measured by observing how much energy lost or gained before and after scattering. The change in the spectrum before and after the scattering is called Raman Shift. The Raman shift corresponds to the vibrational 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.Raman spectroscopy is a method of performing qualitative and quantitative analysis of each substance by measuring the intrinsic vibration spectrum of the substance and finding the intrinsic spectrum of the substance. In other words, Raman scattering is the inelastic scattering of photons that can provide molecular vibrational fingerprints.

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 combined with the AFM such Raman spectroscopy is limited to the area in contact with the probe of the AFM to generate an amplified Raman signal, which enables high-resolution Raman spectroscopic analysis. This approach is called tip-enhances raman spectroscopy (TERS). Probe-enhanced Raman spectroscopy is a spectroscopic method that captures Raman spectra around tens of nm around a tip 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 surface enhanced Raman scattering particles and an analytical system using the same.

일 실시예에 따른 목적은 라만 광원을 정확히 AFM 탐침(Tip)의 끝부분에 위치시키기 위한 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체를 제공하기 위한 것이다. It is an object according to one embodiment to provide a drive structure for a Raman-atomic force microscope for positioning a Raman light source exactly at the end of an AFM tip.

일 실시예에 따른 목적은 전체 샘플의 특정 위치와 평행도를 제어하기 위해 마이크로의 범위에서 위치를 제어를 할 수 있는 6축의 스캐너를 저비용으로 제작하기 위한 구동 구조체를 제공하기 위한 것이다.An object according to one embodiment is to provide a drive structure for manufacturing a low cost six axis scanner capable of controlling the position in the micro range to control the specific position and parallelism of the entire sample.

일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는, 샘플이 배치되는 샘플 기판 및 상기 샘플 기판의 하측에 배치되어 상기 샘플 기판의 위치를 제어하는 플렛폼을 포함하고, 상기 플렛폼은 상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어할 수 있다. A drive structure for a Raman-atomic force microscope, according to one embodiment, includes a sample substrate on which a sample is placed and a platform disposed below the sample substrate to control a position of the sample substrate, wherein the platform includes the sample. The position of the substrate can be controlled in micrometers or nanometers.

상기 플렛폼은, 상기 샘플 기판의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어함으로써 상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 복수 개의 리니어 모터(Linear Motor) 및 상기 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 피에조 스캐너(Piezo scanner)를 포함할 수 있다.The platform may control the position in micrometers of the sample by controlling the position of the sample substrate with respect to the X axis, the Y axis, the Z axis, the roll, the pitch, or the yaw. A plurality of linear motors and a piezo scanner capable of controlling the position of the sample in nanometers may be included.

상기 복수 개의 리니어 모터는 6개로 구성되어 상기 샘플 기판을 6 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있다.The plurality of linear motors may be configured in six to control the sample substrate in six degrees of freedom (DOF).

상기 피에조 스캐너(Piezo scanner)는 3개의 피에조 모터를 포함하고, 상기 3개의 피에조 모터의 각각은 상기 샘플 기판의 하면에 배치되어, 상기 샘플 기판을 3 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있다.The piezo scanner includes three piezo motors, and each of the three piezo motors is disposed on a lower surface of the sample substrate to control the sample substrate in three degrees of freedom (DOF). Can be.

상기 플렛폼은, 상기 샘플 기판의 아래에 배치되는 베이스를 더 포함하고, 상기 복수 개의 리니어 모터의 일단은 상기 베이스 상에 연결되고 타단은 상기 3개의 피에조 모터에 연결될 수 있다.The platform may further include a base disposed under the sample substrate, one end of the plurality of linear motors may be connected on the base, and the other end may be connected to the three piezo motors.

이 때, 제1 리니어 모터 및 제2 리니어 모터의 타단은 제1 피에조 모터에 연결되고, 제3 리니어 모터 및 제4 리니어 모터의 타단은 제2 피에조 모터에 연결되며, 제5 리니어 모터 및 제6 리니어 모터의 타단은 제3 피에조 모터에 연결될 수 있다.In this case, the other ends of the first linear motor and the second linear motor are connected to the first piezo motor, and the other ends of the third linear motor and the fourth linear motor are connected to the second piezo motor, and the fifth linear motor and the sixth linear motor. The other end of the linear motor may be connected to the third piezo motor.

라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는, 상기 복수 개의 리니어 모터를 이용하여 상기 샘플 기판을 6 자유도로 제어함으로써, 상기 샘플 기판의 상측에 배치된 탐침(Tip)과 상기 샘플 사이의 틸트(tilt) 값을 보정할 수 있다. A drive structure for a Raman-atomic force microscope uses a plurality of linear motors to control the sample substrate in six degrees of freedom, thereby tilting the tip between the sample and the sample disposed above the sample substrate. ) Value can be corrected.

라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는, 상기 피에조 스캐너를 이용하여 상기 샘플 기판을 3 자유도로 제어함으로써, AFM 표면 및 상기 AFM 표면을 벗어나는 범위의 측정 값을 획득할 수 있다.The drive structure for a Raman-atomic force microscope can control the sample substrate in three degrees of freedom using the piezo scanner to obtain an AFM surface and a measurement value outside the AFM surface.

또한, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는, 상기 플렛폼의 상기 베이스의 하면에 배치되는 복수 개의 댐퍼를 더 포함할 수 있고, 상기 복수 개의 댐퍼는 저주파 진동을 감쇠 시킬 수 있다.In addition, the driving structure for the Raman-atomic force microscope, may further include a plurality of dampers disposed on the lower surface of the base of the platform, the plurality of dampers may attenuate low frequency vibration.

일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)을 위한 구동 구조체를 제어하는 방법은, 샘플을 샘플 기판 상에 배치시키는 단계 및 상기 샘플 기판의 하측에 배치된 플렛폼을 제어함으로써 상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계를 포함한다. According to one or more exemplary embodiments, a method of controlling a driving structure for a RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE (AFM) includes disposing a sample on a sample substrate and a platform disposed below the sample substrate. Controlling the position of the sample substrate by micrometer or nanometer.

상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계는, 상기 샘플 기판의 하측에 배치된 6개의 리니어 모터를 이용하여 상기 샘플 기판을 6 자유도로 제어함으로써 상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계 및 상기 샘플 기판의 하면과 상기 리니어 모터 사이에 배치된 3개의 피에조 모터를 이용하여 상기 샘플 기판을 3 자유도로 제어함으로써 상기 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The controlling of the position of the sample substrate in micrometers or nanometers may include controlling the sample substrate in six degrees of freedom by using six linear motors disposed below the sample substrate. Controlling the position and controlling the position in nanometers of the sample by controlling the sample substrate in three degrees of freedom using three piezo motors disposed between the bottom surface of the sample substrate and the linear motor. Can be.

상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계는, 상기 샘플 기판의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어할 수 있다.The controlling of the position of the sample in micrometers may control the position of the X, Y, and Z axes of the sample substrate, the roll, the pitch, or the yaw.

일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는 라만 광원을 정확히 AFM 탐침(Tip)의 끝부분에 위치시킬 수 있다.The drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment can position the Raman light source exactly at the end of the AFM tip.

일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체는 전체 샘플의 특정 위치와 평행도를 제어하기 위해 마이크로의 범위에서 위치를 제어를 할 수 있는 6축의 스캐너를 저비용으로 제작할 수 있다. The drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment can produce a low cost six axis scanner capable of controlling the position in the micro range to control the parallelism and the specific position of the entire sample.

도1은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체의 구조를 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체의 사시도를 나타낸다.
도3은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체를 제어하는 방법의 순서도를 나타낸다.1 shows the structure of a drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment.
2 shows a perspective view of a drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment.
3 shows a flowchart of a method of controlling a drive structure for a Raman-atomic force microscope, according to one 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, exemplary 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 the 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, a detailed description of a known function or configuration will be omitted 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 현미경을 위한 구동 구조체 및 이를 제어하는 방법의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In addition, the terms or words used in this specification and claims are not to be interpreted in a common or dictionary sense, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. Based on the principle of the present invention, it should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the driving structure for the Raman-atomic force microscope and the method of controlling the same according to an embodiment.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체 및 이를 제어하는 방법의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체 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.Accordingly, the embodiments described herein and the configurations shown in the drawings are merely one of the most preferred embodiments of the drive structure and the method for controlling the same according to one embodiment of the Raman-atomic force microscope, according to one embodiment It is not intended to represent all of the technical ideas of the drive structures and methods of controlling them for Raman-atomic force microscopy, and it should be understood that there may be various equivalents and variations that can replace them at the time of this application. .

도1은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체의 구조를 나타내며, 도2는 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체의 사시도를 나타낸다. 도3은 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체를 제어하는 방법의 순서도를 나타낸다.1 shows a structure of a drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment, and FIG. 2 shows a perspective view of a drive structure for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment. 3 shows a flowchart of a method of controlling a drive structure for a Raman-atomic force microscope, according to one embodiment.

도1 및 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는, 샘플이 배치되는 샘플 기판(100) 및 샘플 기판(100)의 하측에 배치되어 샘플 기판(100)의 위치를 제어하는 플렛폼(200)을 포함하고, 플렛폼(200)은 샘플 기판(100)의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어할 수 있다. 1 and 2, a drive structure 10 for a Raman-atomic force microscope according to one embodiment is disposed below the sample substrate 100 and the sample substrate 100 on which the sample is placed and the sample. It includes a platform 200 for controlling the position of the substrate 100, the platform 200 may control the position of the sample substrate 100 in micrometers or nanometers.

라만-원자간력 현미경의 공간 분해능을 나노미터 단위로 제어하기 위해서는 나도미터 단위로 이동되는 플렛폼을 제작하여 샘플의 X축, Y축, Z축에 대한 움직임을 제어하여야 한다. 또한, 전체 샘플의 특정 위치와 평행도를 제어하기 위하여 마이크로미터 단위로 위치를 제어할 수 있는 6 자유도의 스캐너가 필요하다. 아울러, 나노 형상의 표면을 측정하기 위해서는 전체 시스템이 저주파 진동을 감쇠 시킬 수 있어야 한다.In order to control the spatial resolution of the Raman-atomic force microscope in nanometers, a platform that is moved in units of nanometers should be manufactured to control the movement of the sample in the X, Y, and Z axes. In addition, there is a need for a scanner with six degrees of freedom capable of controlling the position in micrometers in order to control the specific position and parallelism of the entire sample. In addition, to measure nano-shaped surfaces, the entire system must be able to attenuate low frequency vibrations.

따라서, 상기 플렛폼(200)은, 샘플 기판(100)의 아래에 배치되는 베이스(210), 샘플 기판(100)의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어함으로써 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 복수 개의 리니어 모터(Linear Motor, 220) 및 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 피에조 스캐너(Piezo scanner, 230)를 포함할 수 있다.Accordingly, the platform 200 may include a base 210 disposed below the sample substrate 100, positions of X, Y, and Z axes of the sample substrate 100, rolls, and pitches. ) Or a plurality of linear motors 220 that can control the micrometer position of the sample by controlling the yaw, and a piezo scanner that can control the position of the sample in nanometers. 230).

피에조 스캐너(Piezo scanner, 230)는 3개의 피에조 모터를 포함하고, 3개의 피에조 모터의 각각은 샘플 기판(100)의 하면에 배치되어, 샘플 기판(100)을 3 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있다.The piezo scanner 230 includes three piezo motors, and each of the three piezo motors is disposed on a lower surface of the sample substrate 100, thereby allowing the sample substrate 100 to have three degrees of freedom, DOF. Can be controlled.

또한, 상기 복수 개의 리니어 모터(220)는 6개로 구성되어 샘플 기판(100)을 6 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있으며, 복수 개의 리니어 모터(220)의 일단은 베이스(210) 상에 연결되고 타단은 3개의 피에조 모터(230)에 연결될 수 있다.In addition, the plurality of linear motors 220 may be configured to be six to control the sample substrate 100 with six degrees of freedom (DOF), and one end of the plurality of linear motors 220 may be a base 210. ) And the other end may be connected to three piezo motors 230.

예를 들어, 제1 리니어 모터(221) 및 제2 리니어 모터(222)의 타단은 제1 피에조 모터(231)에 연결되고, 제3 리니어 모터(223) 및 제4 리니어 모터(224)의 타단은 제2 피에조 모터(232)에 연결되며, 제5 리니어 모터(225) 및 제6 리니어 모터(226)의 타단은 제3 피에조 모터(233)에 연결될 수 있다. For example, the other ends of the first linear motor 221 and the second linear motor 222 are connected to the first piezo motor 231, and the other ends of the third linear motor 223 and the fourth linear motor 224. May be connected to the second piezo motor 232, and the other ends of the fifth linear motor 225 and the sixth linear motor 226 may be connected to the third piezo motor 233.

또한, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는, 플렛폼(200)의 베이스(210)의 하면에 배치되는 복수 개의 댐퍼(300)를 더 포함할 수 있고, 복수 개의 댐퍼(300)는 저주파 진동을 감쇠 시킬 수 있다.Further, the drive structure 10 for the Raman-atomic force microscope may further include a plurality of dampers 300 disposed on the bottom surface of the base 210 of the platform 200, and the plurality of dampers 300. Can attenuate low frequency vibrations.

따라서, 상기와 같은 구성을 지닌 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는, 샘플의 마이크로미터 단위의 위치 제어를 위해 부피가 작고 제어 성능이 뛰어난 6축의 리니어 모터를 사용할 수 있으며, 샘플판의 평면 위치(XYZ)와 3차원 각도(Roll, Pitch, Yaw)를 제어할 수 있다. 또한, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)의 상부에 배치된 AFM 탐침(tip)을 포함하는 OPU에 포함되어 있는 CMOS 센서를 이용하여 마이크로스코프를 구성하여 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 탐지할 수 있다. 또한, 상기 구조체는 관측하고자 하는 위치로 샘플을 이동시킬 수 있다.Therefore, the drive structure 10 for the Raman-atomic force microscope having the above configuration can use a six-axis linear motor having a small volume and excellent control performance for controlling the position of the sample in micrometers. The plane position (XYZ) of the plate and the three-dimensional angles (Roll, Pitch, Yaw) can be controlled. In addition, the microscope is constructed using a CMOS sensor included in an OPU that includes an AFM tip disposed on top of the drive structure 10 for a Raman-atomic force microscope to position the sample in micrometers. Can be detected. In addition, the structure may move the sample to the position to be observed.

아울러, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는 3개의 피에조 모터를 이용하여, 샘플의 마이크로미터 단위의 위치 제어와 함께 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어할 수 있으며, 나노미터 단위의 면적을 스캐닝할 수 있다.In addition, the drive structure 10 for the Raman-atomic force microscope, using three piezo motors, can control the position of the sample in nanometers with the control of the position in micrometers of the sample, The area of can be scanned.

또한, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는, 나노미터 정밀도를 가지는 표면의 검사와 저주파 진동을 감쇠하기 위해 스프링을 장착하여 OPU의 레이저의 위치를 피드백 신호로 사용하여 안정적인 AFM의 나노미터 단위의 위치를 제어하거나, 댐퍼(Damper)를 플렛폼의 베이스 하단에 설치하여 저주파 진동을 감쇠시킬 수 있다.In addition, the drive structure 10 for Raman-atomic force microscopy is equipped with a spring to attenuate low frequency vibrations and inspection of surfaces with nanometer precision, using the position of the laser of the OPU as a feedback signal for stable AFM. The low frequency vibration can be attenuated by controlling the position in nanometers or by installing a damper at the bottom of the base of the platform.

뿐만 아니라, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체(10)는, 상기 복수 개의 리니어 모터(220)를 이용하여 샘플 기판(100)을 6 자유도로 제어함으로써, 샘플 기판(100)의 상측에 배치된 탐침(Tip, 400)과 샘플 사이의 틸트(tilt) 값을 보정할 수 있다. 또한, 상기 피에조 스캐너(230)를 이용하여 샘플 기판(100)을 3 자유도로 제어함으로써, AFM 표면 및 상기 AFM 표면을 벗어나는 범위의 측정 값을 획득할 수 있다.In addition, the drive structure 10 for the Raman-atomic force microscope is arranged above the sample substrate 100 by controlling the sample substrate 100 with six degrees of freedom using the plurality of linear motors 220. The tilt value between the probe (Tip, 400) and the sample can be corrected. In addition, by controlling the sample substrate 100 in three degrees of freedom using the piezo scanner 230, it is possible to obtain an AFM surface and measured values outside the AFM surface.

도3을 참조하면, 일 실시예에 따른 라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)을 위한 구동 구조체를 제어하는 방법은, 샘플을 샘플 기판 상에 배치시키는 단계(S100) 및 샘플 기판의 하측에 배치된 플렛폼을 제어함으로써 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계(S200)를 포함한다. Referring to FIG. 3, a method of controlling a driving structure for a RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE (AFM) according to an embodiment includes disposing a sample on a sample substrate (S100) and a sample. And controlling the position of the sample substrate by the micrometer unit or the nanometer unit by controlling the platform disposed under the substrate (S200).

샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계(S200)는, 샘플 기판의 하측에 배치된 6개의 리니어 모터를 이용하여 상기 샘플 기판을 6 자유도로 제어함으로써 상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계(S210) 및 샘플 기판의 하면과 리니어 모터 사이에 배치된 3개의 피에조 모터를 이용하여 샘플 기판을 3 자유도로 제어함으로써 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.The step (S200) of controlling the position of the sample substrate in micrometers or nanometers may be performed by controlling the sample substrate in six degrees of freedom using six linear motors disposed below the sample substrate. Controlling the position of the sample (S210) and controlling the position of the sample in nanometer units by controlling the sample substrate in three degrees of freedom using three piezomotors disposed between the lower surface of the sample substrate and the linear motor (S220). It may include.

샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계(S210)는, 샘플 기판의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어할 수 있다.In step S210 of controlling the position of the sample in micrometers, the position of the sample substrate with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis, a roll, a pitch, or a yaw may be controlled. .

이와 같이 상기에서 설명한 구성들을 포함하는 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체 및 이를 제어하는 방법은 라만 광원을 정확히 AFM 탐침(Tip)의 끝부분에 위치시킬 수 있다.As such, the drive structure for the Raman-Atomic Force Microscope including the above-described configurations and a method of controlling the same may accurately position the Raman light source at the end of the AFM tip.

또한, 전체 샘플의 특정 위치와 평행도를 제어하기 위해 마이크로의 범위에서 위치를 제어를 할 수 있는 6축의 스캐너를 저비용으로 제작할 수 있다.In addition, a six-axis scanner capable of controlling the position in the micro range to control the specific position and parallelism of the entire sample can be manufactured 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, the embodiments have been described by the specific embodiments such as specific components and the limited embodiments and the drawings, but the embodiments are provided to help general understanding. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiment, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention.

10 : 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체
100 : 샘플 기판
200 : 플렛폼
210 : 베이스
220 : 리니어 모터
230 : 피에조 스캐너
300 : 댐퍼
400 : 탐침10: Drive Structure for Raman-Atomic Force Microscopy
100: sample substrate
200: platform
210: base
220: linear motor
230: Piezo Scanner
300: damper
400: probe

Claims (11)

라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)을 위한 구동 구조체에 있어서,
샘플이 배치되는 샘플 기판; 및
상기 샘플 기판의 하측에 배치되어 상기 샘플 기판의 위치를 제어하는 플렛폼;
을 포함하고,
상기 플렛폼은 상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어할 수 있는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
In a drive structure for a Raman-Atomic Force Microscope (RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM),
A sample substrate on which the sample is placed; And
A platform disposed below the sample substrate to control a position of the sample substrate;
Including,
The platform is capable of controlling the position of the sample substrate in micrometers or nanometers, the drive structure for Raman-atomic force microscope.
제1항에 있어서,
상기 플렛폼은,
상기 샘플 기판의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어함으로써 상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 복수 개의 리니어 모터(Linear Motor); 및
상기 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어할 수 있는 피에조 스캐너(Piezo scanner);
를 포함하는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 1,
The platform,
A plurality of linear motors that can control the position in the micrometer unit of the sample by controlling the position, roll, pitch, or yaw about the X-axis, Y-axis, Z-axis of the sample substrate (Linear Motor); And
A piezo scanner capable of controlling the position of the sample in nanometers;
A drive structure for a Raman-atomic force microscope, including.
제2항에 있어서,
상기 복수 개의 리니어 모터는 6개로 구성되어 상기 샘플 기판을 6 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 2,
Wherein said plurality of linear motors is comprised of six to control said sample substrate in six degrees of freedom (DOF).
제3항에 있어서,
상기 피에조 스캐너(Piezo scanner)는 3개의 피에조 모터를 포함하고,
상기 3개의 피에조 모터의 각각은 상기 샘플 기판의 하면에 배치되어, 상기 샘플 기판을 3 자유도(Degrees of freedom, DOF)로 제어할 수 있는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 3,
The piezo scanner includes three piezo motors,
Wherein each of the three piezo motors is disposed on a bottom surface of the sample substrate to control the sample substrate in three degrees of freedom (DOF).
제4항에 있어서,
상기 샘플 기판의 아래에 배치되는 베이스;
를 더 포함하고,
상기 복수 개의 리니어 모터의 일단은 상기 베이스 상에 연결되고 타단은 상기 3개의 피에조 모터에 연결되는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 4,
A base disposed below the sample substrate;
More,
One end of the plurality of linear motors is connected on the base and the other end is connected to the three piezo motors.
제4항에 있어서,
제1 리니어 모터 및 제2 리니어 모터의 타단은 제1 피에조 모터에 연결되고,
제3 리니어 모터 및 제4 리니어 모터의 타단은 제2 피에조 모터에 연결되며,
제5 리니어 모터 및 제6 리니어 모터의 타단은 제3 피에조 모터에 연결되는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 4,
The other end of the first linear motor and the second linear motor is connected to the first piezo motor,
The other end of the third linear motor and the fourth linear motor is connected to the second piezo motor,
The other end of the fifth and sixth linear motors is connected to a third piezo motor.
제6항에 있어서,
상기 복수 개의 리니어 모터를 이용하여 상기 샘플 기판을 6 자유도로 제어함으로써, 상기 샘플 기판의 상측에 배치된 탐침(Tip)과 상기 샘플 사이의 틸트(tilt) 값을 보정할 수 있는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 6,
Raman-to-atoms, which can correct the tilt value between the sample and the tip disposed above the sample substrate by controlling the sample substrate in six degrees of freedom using the plurality of linear motors. Drive structure for force microscope.
제6항에 있어서,
상기 피에조 스캐너를 이용하여 상기 샘플 기판을 3 자유도로 제어함으로써, AFM 표면 및 상기 AFM 표면을 벗어나는 범위의 측정 값을 획득할 수 있는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 6,
A drive structure for a Raman-atomic force microscope, capable of obtaining an AFM surface and measurement values outside the AFM surface by controlling the sample substrate with three degrees of freedom using the piezo scanner.
제5항 있어서,
상기 플렛폼의 상기 베이스의 하면에 배치되는 복수 개의 댐퍼;
를 더 포함하고,
상기 복수 개의 댐퍼는 저주파 진동을 감쇠시키는, 라만-원자간력 현미경을 위한 구동 구조체.
The method of claim 5,
A plurality of dampers disposed on a bottom surface of the base of the platform;
More,
And the plurality of dampers attenuate low frequency vibrations.
라만-원자간력 현미경(RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM)을 위한 구동 구조체를 제어하는 방법에 있어서,
샘플을 샘플 기판 상에 배치시키는 단계; 및
상기 샘플 기판의 하측에 배치된 플렛폼을 제어함으로써 상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계;
를 포함하고,
상기 샘플 기판의 위치를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 제어하는 단계는,
상기 샘플 기판의 하측에 배치된 6개의 리니어 모터를 이용하여, 상기 샘플 기판을 6 자유도로 제어함으로써 상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계; 및
상기 샘플 기판의 하면과 상기 리니어 모터 사이에 배치된 3개의 피에조 모터를 이용하여, 상기 샘플 기판을 3 자유도로 제어함으로써 상기 샘플의 나노미터 단위의 위치를 제어하는 단계;
를 포함하는, 방법.
In a method for controlling a drive structure for a Raman-Atomic Force Microscope (RAMAN-ATOMIC FORCE MICROSCOPE, AFM),
Placing the sample on the sample substrate; And
Controlling the position of the sample substrate in micrometers or nanometers by controlling a platform disposed below the sample substrate;
Including,
Controlling the position of the sample substrate in micrometers or nanometers unit,
Controlling the position in micrometers of the sample by controlling the sample substrate with six degrees of freedom using six linear motors disposed below the sample substrate; And
Controlling the position of the sample in nanometers by controlling the sample substrate in three degrees of freedom using three piezo motors disposed between the lower surface of the sample substrate and the linear motor;
Including, the method.
제10항에 있어서,
상기 샘플의 마이크로미터 단위의 위치를 제어하는 단계는, 상기 샘플 기판의 X축, Y축, Z축에 대한 위치, 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw)를 제어할 수 있는, 방법.The method of claim 10,
The controlling of the position of the sample in micrometers may include controlling positions of X, Y, Z axes, rolls, pitches, or yaws of the sample substrate. Way.
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