DE102008041813B4

DE102008041813B4 - Verfahren zur Tiefenanalyse einer organischen Probe

Info

Publication number: DE102008041813B4
Application number: DE200810041813
Authority: DE
Inventors: Ulrike Zeile
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: US8263933B2; DE102008041813A1; US20100074474A1

Abstract

Verfahren zur Tiefenanalyse mindestens einer organischen Probe (11), das folgende Schritte aufweist: – Erzeugen einer elektronenoptischen Abbildung der organischen Probe (11) mittels mindestens eines fokussierten Elektronenstrahls, – Auswählen eines zu analysierenden Bereichs der organischen Probe (11) mittels der Abbildung, – Erzeugen von Ionen, welche eine vorgebbare Masse und/oder eine vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei beim Erzeugen der Ionen sowohl erste Ionen als auch zweite Ionen erzeugt werden, wobei die ersten Ionen eine erste vorgebbare Masse und/oder eine erste vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei die zweiten Ionen eine zweite vorgebbare Masse und/oder eine zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei die zweite vorgebbare Masse zur ersten vorgebbaren Masse unterschiedlich ist und/oder wobei die zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen unterschiedlich zur ersten vorgebbaren Anzahl an Elementarladungen ist, – Erzeugen mindestens eines Ionenstrahls aus den Ionen, – Erzeugen einer Vertiefung in der organischen Probe (11) mittels des Ionenstrahls, – Bestimmen mindestens einer Tiefe der Vertiefung mittels der Abbildung, – Selektieren der ersten Ionen oder der zweiten Ionen aus dem erzeugten Ionenstrahl, – Zuführen der selektierten ersten Ionen oder der selektierten zweiten Ionen zu der Vertiefung, – Detektieren mindestens eines Fragments, das aus der Vertiefung durch die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen herausgelöst wird, mittels eines Ionenmassenanalysators (12) zur Erzeugung eines Massenspektrums, – Analysieren durch Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit mindestens einem in einer Datenbank (14) gespeicherten Massenspektrum, und – Bestimmen mindestens eines Materials des aus der Vertiefung herausgelösten mindestens einen Fragments basierend auf dem Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit dem gespeicherten Massenspektrum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tiefenanalyse einer organischen Probe (nachfolgend auch organische Substanz genannt), wobei das Verfahren eine hohe räumliche Auflösung ermöglicht.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Reparatur von Halbleitermasken eine Ionenstrahlsäule zu verwenden. Die Ionenstrahlsäule weist eine Ionenquelle auf, die eine Vielzahl Ionen unterschiedlicher geeigneter Elemente bereitstellt, welche eine unterschiedliche Ionenmasse aufweisen. Die Ionen werden in einem Ionenstrahl zusammengefasst und in Richtung einer zu reparierenden Halbleitermaske geführt. Mittels eines Filters, der sowohl ein elektrisches Feld als auch ein magnetisches Feld bereitstellt, wird eine gewünschte Art von Ionen anhand derer Masse und deren Ladung selektiert. Nur diese selektierten Ionen werden dann letztendlich als Ionenstrahl auf die Halbleitermaske fokussiert. Aufgrund einer Wechselwirkung des auf die Halbleitermaske auftreffenden Ionenstrahls mit dem Material der Halbleitermaske entstehen Wechselwirkungsteilchen, insbesondere Sekundärelektronen oder Sekundärionen, die aus der Halbleitermaske emittiert werden. Ein Detektor detektiert die Wechselwirkungsteilchen. Hinsichtlich des vorstehenden Standes der Technik wird auf die US 5,035,787 A sowie die WO 88/09049 A1 verwiesen.
Wie allerdings erwähnt, betrifft das bekannte Verfahren nur die Reparatur von Halbleitermasken, nicht jedoch eine Analyse einer organischen Probe, beispielsweise eine Zellstruktur.
Zur Analyse einer organischen Probe wird insbesondere das Verfahren der Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation (engl. „Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization”) verwendet, das unter seiner Abkürzung MALDI bekannt ist. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zur Ionisation von Molekülen. MALDI beruht auf einer Kokristallisation einer zu untersuchenden Matrix mit einem Analyt. Durch Anregung mittels Laserimpulsen kommt es zu einer Ablösung von Fragmenten an der Oberfläche eines Kristalls. Diese Fragmente werden massenspektrometrisch untersucht. Die hierbei erzeugten Massenspektren werden mit weiteren Massenspektren, die in einer Datenbank abgespeichert sind, verglichen. Jedes Massenspektrum der weiteren Massenspektren gibt Eigenschaften eines ganz bestimmten Materials bzw. Stoffs wieder, so dass durch den Vergleich der erzeugten Massenspektren mit den gespeicherten weiteren Massenspektren Rückschlüsse auf das Material oder die Materialien der untersuchten organischen Probe geschlossen werden können. MALDI liefert allerdings nur eine räumliche Auflösung in der Regel von 0,1 mm, bestenfalls von 25 μm. Diese Auflösung ist bei einer Vielzahl von Anwendungen nicht ausreichend.
Als räumlich hoch auflösendes Verfahren in der Materialanalyse ist allerdings die Sekundärionen-Massenspektroskopie bekannt, die auch unter der Abkürzung SIMS bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe mit einem fokussierten Primärionenstrahl bestrahlt. Die hierbei entstehenden, aus der Oberfläche der Probe emittierten Sekundärionen werden detektiert und massenspektrometrisch untersucht. Dabei werden die Sekundärionen anhand ihrer Ionenmasse selektiert und identifiziert, so dass Rückschlüsse auf die Probe gezogen werden können. Allerdings wird SIMS bei der Analyse von organischen Substanzen zusammen mit einem sehr energiereichen Primärionenstrahl, der auf die organische Substanz einfällt, nicht oder kaum eingesetzt. Grund hierfür ist, dass der Primärionenstrahl die organischen Moleküle in der organischen Substanz oft derart zerschlägt, dass die organischen Moleküle durch SIMS nicht mehr unterschieden werden können.
Aus der US 2007/0138385 A1 ist ein Verfahren zur Analyse einer organischen Probe in Form von Zellen oder Gewebe mittels eines SIMS-Flugzeitmassenspektrometers bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Ionenstrahl erzeugt, welcher Ionen einer vorgebbaren Masse aufweist. Dies können beispielsweise Ga-Ionen oder Au-Ionen sein. Ferner wird ein fokussierter Primärionenstrahl aus den Ionen erzeugt. Der Primärionenstrahl wird auf ein Gebiet der Probe zugeführt. Es werden Daten – Massenspektren und/oder Abbilder der Probe – erzeugt und mit bekannten Daten verglichen. Ein optisches Abbild der Probe kann verwendet werden, um das entsprechende massenspektrometrische Abbild der Probe damit in Einklang zu bringen und die verschiedenen Informationen, die man aus der jeweiligen Art von Bild gewinnen kann, miteinander zu korrelieren.
Aus der DE 10 2005 012 824 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung und zur Kontrolle der Ablagerungsbildung in einem Wassersystem bekannt. Ferner ist aus der GB 2386747 A eine Ionenkanone zur Erzeugung eines Strahls von C₆₀-Ionen bekannt. Ionen werden von einer Elektrode extrahiert und zu einem Ionenstrahl durch elektrostatische Linsen geformt. Sie werden dann über eine Probe mittels Rasterelektroden gescannt. Die Ionenkanone umfasst auch eine Vorrichtung zur Filterung der erzeugten Fullerene nach ihrer Masse.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Tiefenanalyse einer organischen Probe anzugeben, das eine hohe räumliche Auflösung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß allen Merkmalen des Anspruchs 1 wird unter anderem mindestens ein Fragment detektiert, das aus der organischen Probe mittels eines entsprechenden Ionenstrahls herausgelöst wird. Hierzu wird ein Ionenmassenanalysator verwendet, der ein Massenspektrum für das Fragment erzeugt. Der Ionenmassenanalysator verwendet beispielsweise das Verfahren SIMS, das oben bereits erläutert wurde. Das erzeugte Massenspektrum wird anschließend mit mindestens einem in einer Datenbank gespeicherten Massenspektrum verglichen, wobei das gespeicherte Massenspektrum vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Analyse eines bestimmten Materials gewonnen wurde. Man erhält also durch Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit dem gespeicherten Massenspektrum Hinweise auf das Material, aus dem die organische Probe zusammengesetzt ist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird dann das Material bestimmt, aus dem die organische Probe zusammengesetzt ist, basierend auf dem Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit dem gespeicherten Massenspektrum.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Ionen einer bestimmten vorgebbaren Masse und/oder einer vorgebbaren Anzahl an Elementarladungen dazu beitragen, dass relativ große Fragmente aus einer organischen Probe herausgelöst werden können. Durch diese Ionen wird eine organische Probe in Schwingung versetzt, so dass relativ große Fragmente aus der organischen Probe gelöst werden. Große Fragmente sind im Unterschied zu recht kleinen Fragmenten einfach zu analysieren. Es ist somit möglich, Rückschlüsse auf das Material bzw. die stoffliche Zusammensetzung einer organischen Probe zu ziehen. Die Erfindung geht darüber hinaus auch von der Überlegung aus, dass eine Wechselwirkungszone des Ionenstrahls auf der organischen Probe ausreichend gering ist, so dass eine hohe Ortsauflösung erzielt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, bei der eine organische Probe analysiert werden muss. Beispielsweise ist es vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Transportvorgängen in Zellen zu verwenden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zu Untersuchungen herangezogen werden, bei denen festgestellt wird, wo genau in einer bestimmten Zelle eine bestimmte Substanz (beispielsweise ein spezieller Wirkstoff) angeordnet ist. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Analyse von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kristalliten in einem pharmazeutischen Produkt verwendet werden. Eine weitere mögliche Anwendung ist beispielsweise die Analyse des Eindringens von Farbstoffen in Papier oder Textilien. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die vorgenannten Anwendungen eingeschränkt ist. Vielmehr ist das erfindungsgemäße Verfahren bei jeder Anwendung denkbar, bei dem eine organische Probe analysiert werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Fragmente, die aus der organischen Probe mittels des Ionenstrahls herausgelöst werden, massenspektrometisch untersucht. Somit werden verschiedene Fragmente aus Molekülen nach Masse und Ladung im Ionenmassenanalysator unterschieden und in einem Massenspektrum dargestellt. Dieses wird dann mit einem oder mehreren in der Datenbank gespeicherten Massenspektren verglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Datenbank mehrere Massenspektren gespeichert, wobei jedes der mehreren Massenspektren von jeweils einem unterschiedlichen Material stammt. Somit ist es möglich, die Zusammensetzung einer organischen Probe leicht und einfach zu bestimmen. Die in der Datenbank gespeicherten Massenspektren können durch zum erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedliche Verfahren gewonnen werden, beispielsweise mit MALDI. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es vorgesehen, dass die in der Datenbank gespeicherten Massenspektren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beim Erzeugen der Ionen sowohl erste Ionen als auch zweite Ionen erzeugt. Die ersten Ionen bzw. die zweiten Ionen können als ionisierte Atome bzw. als ionisierte Moleküle ausgebildet sein. Die ersten Ionen weisen eine erste vorgebbare Masse und/oder eine erste vorgebbare Anzahl an Elementarladungen auf. Die zweiten Ionen hingegen weisen eine zweite vorgebbare Masse und/oder eine zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen auf. Die zweite vorgebbare Masse ist zur ersten vorgebbaren Masse unterschiedlich. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen unterschiedlich zur ersten vorgebbaren Anzahl an Elementarladungen ist. Die ersten Ionen und die zweiten Ionen unterscheiden sich also voneinander. Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ersten Ionen oder die zweiten Ionen aus dem erzeugten Ionenstrahl selektiert und der organischen Probe zugeführt. Mit anderen Worten ausgedrückt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielfalt an Ionen unterschiedlicher Masse und/oder Anzahl an Elementarladungen erzeugt. Mittels einer Selektion werden Ionen einer ganz bestimmten Masse und/oder mit einer ganz bestimmten Anzahl an Elementarladungen selektiert und auf die zu untersuchende organische Probe fokussiert. Zur Selektion der ersten Ionen oder zweiten Ionen wird beispielsweise ein Filter verwendet, der sowohl ein elektrisches Feld als auch ein magnetisches Feld zur Verfügung stellt (Wien-Filter).
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen Ionen mindestens eines der folgenden Elemente sind oder enthalten: Silizium (Si), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Germanium (Ge), Indium (In), Zinn (Sn), Gold (Au), Silber (Ag), Blei (Pb), Wismut (Bi), Neodym (Nd), Cäsium (Cs) und Arsen (As). Die Ionen sind als ionisierte Atome oder als ionisierte Moleküle (beispielsweise AuSi⁺ oder AuSi²⁺) ausgebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Vielfalt von Ionen (ionisierte Atome oder ionisierte Moleküle) unterschiedlicher Elemente erzeugt wird, beispielsweise von mindestens zwei oder mindestens drei der vorgenannten Elemente. Man erzeugt somit praktisch ein „Gemisch” aus unterschiedlichen Ionen, die dann anhand ihrer Ionenmasse selektiert werden, wie oben erläutert.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es vorgesehen, dass die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen eine Ionenart enthält bzw. enthalten, deren Masse größer als die Masse von Gallium ist. Die Verwendung von Gallium kann bei einigen Anwendungen von Nachteil sein. Gallium hat aufgrund seiner relativ kleinen Masse die Eigenschaft, tief in eine organische Probe einzudringen. Hierdurch kann es bei einigen organischen Proben dazu kommen, dass diese aufgrund des tiefen Eindringens des Galliums geschädigt werden. Deshalb ist es bei diesen Anwendungen von Vorteil, eine Ionenart zu wählen, deren Masse größer als die Masse von Gallium ist.
Ferner ist es bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, das die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen eine Masse von größer als 100 atomare Masseneinheiten aufweisen. Überlegungen haben ergeben, dass das Herauslösen von Fragmenten aus einer organischen Probe mit schweren Ionen besonders gut möglich ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen sich auf der organischen Probe absetzen, d. h. kontinuierlich auf der organischen Probe ablagern oder in diese eindringen. Dies ist deshalb von Vorteil, weil einige Ionenarten die Austrittsarbeit der organischen Probe für das Herauslösen eines Fragments erniedrigen. Überlegungen haben ergeben, dass sich hierzu Ionen aus Gold oder Silber gut eignen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine organische Probe zunächst „immun-markiert” (auch „Immunolabeling” genannt). Dabei wird beispielsweise ein spezifisches, mit einem Gold-, Platin- oder Silber-Cluster markiertes organisches Molekül in die organische Probe eingebracht. Das spezifische organische Molekül wird sich dann (zusammen mit dem vorgenannten Marker) mit weiteren organischen Molekülen aufgrund des „Schlüssel-Schloß-Prinzips” verbinden. Bei einer Untersuchung mittels eines Elektronenstrahls oder mittels eines Lichtstrahls erhält man aufgrund einer hohen Rückstreuung bzw. Fluoreszenz ein sehr starkes Signal an den Stellen, an denen sich die spezifischen organischen Moleküle befinden. Somit ist es dann möglich, nicht nur Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der organischen Probe zu ziehen, sondern auch Rückschlüsse auf das Verhalten der weiteren organischen Moleküle, beispielsweise deren Verteilung und Bindungsverhalten.
Die Erfindung ist auf das oben beschriebene Markierungsverfahren nicht eingeschränkt. Vielmehr ist jedes geeignete Markierungsverfahren verwendbar. Beispielsweise ist bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, unterschiedliche Isotope oder unterschiedliche Einzelatome als Marker in die organische Probe einzubringen. Die Isotope oder Einzelatome sind mittels SIMS derart erkennbar und unterscheidbar, dass Rückschlüsse auf die organische Probe gezogen werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ionenstrahl fokussiert auf die organische Probe zugeführt. Dies erfolgt beispielsweise in einer geeigneten Ionenstrahlsäule.
Somit ist es möglich, an ganz bestimmten Orten der organischen Probe eine Analyse der Zusammensetzung der organischen Probe durchzuführen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach hintereinander ausgeführt wird, um so verschiedene Datensätze der organischen Probe zu ermitteln. Auf diese Weise können zwei- oder dreidimensionale Informationen der organischen Probe zusammengestellt werden. Zum Sammeln von zweidimensionalen Informationen wird das Verfahren zunächst in einer Ebene der organischen Probe an mindestens einem ersten Ort der organischen Probe durchgeführt. Informationen über den ersten Ort sowie das an dem ersten Ort bestimmte Material werden als ein erster Datensatz abgespeichert. Ferner wird das Verfahren an mindestens einem zweiten Ort der organischen Probe durchgeführt. Informationen über den zweiten Ort sowie das an dem zweiten Ort bestimmte Material werden als ein zweiter Datensatz abgespeichert. Zum Sammeln von dreidimensionalen Informationen wird das vorbeschriebene Verfahren nicht nur hinsichtlich einer Ebene der organischen Probe, sondern hinsichtlich mehrerer Ebenen durchgeführt, die beispielsweise übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Hierauf wird weiter unten nochmals eingegangen. Mit diesem Verfahren ist es beispielsweise möglich, ein Falschfarbenbild in Abhängigkeit der Materialverteilung der organischen Probe zu erstellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bild der organischen Probe mittels mindestens eines fokussierten Elektronenstrahls erzeugt. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, den fokussierten Elektronenstrahl über die organische Probe zu rastern und die hierbei erzeugten Wechselteilchen zu analysieren, um ein Bild der organischen Probe zu erstellen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst mittels des Bildes ein zu untersuchender Bereich der organischen Probe ausgewählt, der dann näher analysiert wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass gleichzeitig während der Erzeugung eines Bildes mittels des fokussierten Elektronenstrahls Massenspektren erzeugt und verglichen werden, wie oben bereits beschrieben. Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, ein Bild der organischen Probe mittels des Ionenstrahls zu erzeugen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der Abbildung mindestens eine Dimension, d. h. Tiefe, einer Vertiefung bestimmt, welche in der organischen Probe mittels des Ionenstrahls erzeugt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der folgenden Überlegung aus: Zur Untersuchung wird eine organische Probe bei manchen Anwendungen zunächst mit dem Ionenstrahl an ganz bestimmten Stellen gezielt geschnitten, so dass Vertiefungen entstehen. Alternativ ist es vorgesehen, in die organische Probe mittels des Ionenstrahls ein Loch zu bohren. Die Materialzusammensetzung der organischen Probe an der Vertiefung bzw. der Bohrung wird dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens untersucht. Wesentlich ist aber auch, die Dimension der Vertiefung (also die Tiefe) genau festzustellen, um so Rückschlüsse auf die Verteilung von Material in der organischen Probe ziehen zu können. Es ist dann möglich, ein Materialschnittbild der organischen Probe zu erstellen. Ferner ist es auch möglich, dreidimensionale Informationen zu erhalten, wobei verschiedene Ebenen, welche im wesentlichen senkrecht zur Vertiefung angeordnet sind und mit dem Ionenstrahl nach und nach freigelegt werden, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens untersucht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer weiteren Untersuchungsmethode, nämlich der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (auch unter der Abkürzung EDX bekannt), kombiniert. Hierzu wird der bereits oben genannte fokussierte Elektronenstrahl verwendet, welcher die Atome der organischen Probe anregt, so dass Röntgenstrahlung abgegeben wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher erläutert. Alle erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele umfassen zumindest alle Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 1, auch wenn dies im Folgenden nicht explizit erwähnt ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ionenstrahlgeräts;
2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Ablaufes eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Analyse einer organischen Probe;
3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Ablaufes eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Analyse einer organischen Probe;
4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Ablaufes eines dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Analyse einer organischen Probe;
5 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts mit einem Ionenstrahlgerät und einem Elektronenstrahlgerät; sowie
6 eine schematische Darstellung eines Teils eines Ablaufes eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Analyse einer organischen Probe, das mit dem Teilchenstrahlgerät nach 5 ausgeführt wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ionenstrahlgeräts 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren – ausgenommen der elektronenoptischen Abbildung der organischen Probe 11 – durchgeführt werden kann. Das Ionenstrahlgerät 1 weist eine Ionenstrahlsäule 2 auf, in welcher zahlreiche Einheiten des Ionenstrahlgeräts 1 angeordnet sind. Insbesondere ist in der Ionenstrahlsäule 2 eine Ionenquelle 3 angeordnet. Mit der Ionenquelle 3 werden Ionen erzeugt, die in der Ionenstrahlsäule 2 einen Ionenstrahl bilden. Dabei wird mit der Ionenquelle 3 eine Vielfalt von Ionen unterschiedlicher Masse und/oder unterschiedlicher Anzahl an Elementarladungen erzeugt. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Vielfalt an Ionen Ionen von mehreren der nachfolgenden Elemente aufweist oder enthält: Silizium (Si), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Germanium (Ge), Indium (In), Zinn (Sn), Gold (Au), Silber (Ag), Blei (Pb), Wismut (Bi), Neodym (Nd), Cäsium (Cs) und Arsen (As). Die Ionen sind als ionisierte Atome oder als ionisierte Moleküle (beispielsweise AuSi⁺ oder AuSi²⁺) ausgebildet. Beispielsweise ist es auch vorgesehen, dass die Vielfalt an Ionen (ionisierte Atome oder ionisierte Moleküle) Ionenarten enthält, deren Masse größer als die Masse von Gallium ist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Vielfalt an Ionen Ionen aufweist, deren Masse größer als 100 atomare Masseneinheiten ist, wie oben bereits erläutert.
Die Vielfalt an Ionen wird mittels einer Elektrode 4 auf ein vorgebbares Potential beschleunigt und anschließend durch eine Kondensorlinse 5 geführt. Der Kondensorlinse 5 nachgeschaltet ist ein Wien-Filter 6. Der Wien-Filter 6 stellt sowohl ein elektrisches Feld als auch ein magnetisches Feld derart zur Verfügung, dass aus der Vielfalt an Ionen, welche den Ionenstrahl bilden, Ionen mit einer ganz bestimmten Masse und/oder mit einer ganz bestimmten Anzahl an Elementarladungen selektiert werden können. Nur diese selektierten Ionen verbleiben im Ionenstrahl und werden dann in Richtung einer zu untersuchenden organischen Probe 11 geführt. Die nicht selektierten Ionen werden demnach aus dem Ionenstrahl ausgeblendet.
Der aus den selektierten Ionen gebildete Ionenstrahl wird durch eine Blende 7 geführt und gelangt dann zu einem Ablenksystem, welches aus elektrostatischen und/oder magnetischen Ablenkeinheiten zusammengesetzt ist. Das Ablenksystem kann jede geeignete Ausbildung aufweisen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine erste Elektrodenanordnung 8 und eine zweite Elektrodenanordnung 9 vorgesehen, welche als Rasterelektroden ausgebildet sind. Mittels der ersten Elektrodenanordnung 8 und der zweiten Elektrodenanordnung 9 wird der aus den selektierten Ionen bestehende Ionenstrahl über die organische Probe 11 gerastert. Zuvor wird der Ionenstrahl mittels einer Objektivlinse 10 auf die organische Probe 11 fokussiert.
Beim Auftreffen des Ionenstrahls auf die Oberfläche der organischen Probe 11 werden Fragmente aus der organischen Probe 11 herausgelöst. Das Herauslösen wird durch Schwingungsanregungen der organischen Probe 11 erzeugt, welche durch das Auftreffen des Ionenstrahls auf die Oberfläche der organischen Probe 11 entstehen. Die Fragmente werden nun massenspektrometrisch untersucht. Hierzu ist ein Ionenmassenanalysator 12 vorgesehen, der mittels SIMS ein Massenspektrum der Fragmente erzeugt. Das erzeugte Massenspektrum wird dann mit einer Vielzahl von Massenspektren verglichen, welche in einer Speichereinheit 14 einer Kontrolleinheit 13 gespeichert sind. Der Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit den gespeicherten Massenspektren wird mittels eines Prozessors 15 der Kontrolleinheit 13 durchgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, das Material, aus dem die organische Probe 11 bzw. das Fragment der organischen Probe 11 zusammengesetzt ist, zu bestimmen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit dem in 1 dargestellten Ionenstrahlgerät 1 – ausgenommen der elektronenoptischen Abbildung der organischen Probe 11 – durchgeführt werden kann. 2 soll den bereits weiter oben skizzierten Teil des Verfahrens nochmals verdeutlichen. In einem Verfahrensschritt S1 wird zunächst eine Vielfalt von Ionen unterschiedlicher Masse und/oder unterschiedlicher Anzahl von Elementarladungen mittels der Ionenquelle 3 erzeugt. Die Vielfalt an Ionen wird zu einem Ionenstrahl zusammengefasst (Verfahrensschritt S2). Anschließend werden Ionen mit einer bestimmten Masse und/oder Anzahl von Elementarladungen aus dem Ionenstrahl mittels des Wien-Filters 6 selektiert (Verfahrensschritt S3). Nur die selektierten Ionen werden auf die zu analysierende organische Probe 11 fokussiert (Verfahrensschritt S4). Beim Auftreffen auf die Oberfläche der organischen Probe 11 werden Fragmente von der organischen Probe 11 gelöst und detektiert (Verfahrensschritt S5). Mittels des Ionenmassenanalysators 12 werden alle vorgenannten Fragmente in einem Massenspektrum mittels SIMS dargestellt (Verfahrensschritt S6), welches dann in einem Verfahrensschritt S7 mit in der Speichereinheit 14 gespeicherten Massenspektren unterschiedlicher Materialien verglichen wird (Verfahrensschritt S7). Auf diese Weise wird das Material des Fragments bzw. der organischen Probe 11 bestimmt (Verfahrensschritt S8).
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren mehrfach hintereinander ausgeführt werden kann (Verfahrensschritt S9). Falls das Verfahren mehrfach hintereinander ausgeführt wird, werden in einem Verfahrensschritt S10 Informationen über den Ort der organischen Probe 11, auf den der Ionenstrahl fokussiert wurde, sowie über das bestimmte Material als Datensatz abgespeichert. Auf diese Weise können mehrdimensionale Informationen der organischen Probe 11 zusammengestellt werden. Zum Sammeln von zweidimensionalen Informationen wird das Verfahren zunächst in einer Ebene der organischen Probe 11 an mindestens einem ersten Ort der organischen Probe durchgeführt. Informationen über den ersten Ort sowie das an dem ersten Ort bestimmte Material werden als ein erster Datensatz abgespeichert. Ferner wird das Verfahren an mindestens einem zweiten Ort der organischen Probe 11 durchgeführt. Informationen über den zweiten Ort sowie das an dem zweiten Ort bestimmte Material werden als ein zweiter Datensatz abgespeichert. Zum Sammeln von dreidimensionalen Informationen wird das vorbeschriebene Verfahren nicht nur hinsichtlich einer Ebene der organischen Probe 11, sondern hinsichtlich mehrerer Ebenen durchgeführt, die beispielsweise übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Zum Sammeln von dreidimensionalen Informationen ist es beispielsweise vorgesehen, die organische Probe 11 zunächst mit dem Ionenstrahl an ganz bestimmten Stellen gezielt zu schneiden, so dass Vertiefungen entstehen. Zumindest wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der organischen Probe 11 mittels des Ionenstrahls eine Vertiefung erzeugt oder in die organische Probe 11 mittels des Ionenstrahls ein Loch gebohrt. Die Materialzusammensetzung der organischen Probe an der Vertiefung bzw. der Bohrung wird dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens untersucht. Verschiedene Ebenen der organischen Probe 11, welche im wesentlichen senkrecht zur Vertiefung angeordnet sind und mit dem Ionenstrahl nach und nach freigelegt werden, werden dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens näher untersucht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens, welches mit dem Ionenstrahlgerät 1 gemäß der 1 – ausgenommen der elektronenoptischen Abbildung der organischen Probe 11 – durchgeführt werden kann und in Verbindung mit 2 teilweise näher erläutert wurde, wird die organische Probe 11 zunächst immun-markiert (vgl. 3). Dabei wird ein spezifisches, mit einem Gold-, Platin- oder Silber-Cluster markiertes Protein in die organische Probe 11 eingebracht (Verfahrensschritt S0), das weiter oben bereits erläutert wurde. Das spezifische Protein wird sich dann mit weiteren Proteinen der organischen Probe 11 aufgrund des „Schlüssel-Schloß-Prinzips” verbinden. Anschließend wird das Verfahren durchgeführt, welches bereits in Verbindung mit der 2 teilweise näher erläutert wurde. Bei Untersuchung der organischen Probe 11 mittels des Verfahrens ist es dann möglich, nicht nur Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der organischen Probe 11 zu ziehen, sondern auch Rückschlüsse auf das Verhalten der weiteren Proteine, beispielsweise deren Verteilung und Bindungsverhalten.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Teil des Verfahrens gemäß der 4 beruht auf dem Teil des Verfahrens gemäß der 2, so dass zunächst auf die Erläuterungen zur 2 verwiesen wird. Zusätzlich ist zwischen dem Verfahrenschritt S3 und dem Verfahrensschritt S4 ein Verfahrensschritt S3A hinzugekommen, bei dem sich selektierte Ionen kontinuierlich auf der organischen Probe 11 ablagern oder geringfügig in die organische Probe 11 eindringen. Insbesondere sind bei diesem Ausführungsbeispiel Gold- oder Silber-Ionen vorgesehen, die als selektierte Ionen im Ionenstrahl verbleiben. Überlegungen haben ergeben, dass diese Ionen nicht nur zur Herauslösung von großen Fragmenten der organischen Probe 11 geeignet sind. Vielmehr erniedrigt das Ablagern dieser Ionen auf der organischen Probe 11 die Austrittsarbeit der organischen Probe 11, so dass Fragmente der organischen Probe 11 leichter gelöst werden können.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt werden kann. Zusätzlich zu dem in 1 beschriebenen Ionenstrahlgerät 1 weist das Teilchenstrahlgerät gemäß der 5 noch ein Elektronenstrahlgerät 24 auf, welches als Rasterelektronenmikroskop eingesetzt wird. Das Elektronenstrahlgerät 24 weist eine Elektronensäule 16 auf, in der die Einheiten des Elektronenstrahlgeräts 24 angeordnet sind. So ist eine Elektronenquelle 17 vorgesehen, die Elektronen erzeugt, welche mittels einer ersten Elektrode 18 extrahiert werden. Mittels einer zweiten Elektrode 19 werden die Elektronen auf ein vorgebbares Potential beschleunigt. Die Elektronen werden anschließend durch eine Kondensorlinse 20 geführt, wodurch ein Elektronenstrahl geformt wird. Dieser wird mittels einer Objektivlinse 21 auf die zu analysierende organische Probe 11 fokussiert. An der Objektivlinse 21 angeordnete Rasterelektroden (nicht dargestellt) stellen sicher, dass der Elektronenstrahl über die organische Probe 11 gerastert werden kann. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf der organischen Probe 11 entstehen Wechselwirkungsteilchen, insbesondere Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen. Diese werden mittels eines ersten Detektors 22 und mittels eines zweiten Detektors 23 detektiert und zur Bildgebung verwendet. Es ist somit möglich, die Oberfläche der organischen Probe 11 abzubilden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Detektor oder die Detektoren für die vorgenannten Wechselwirkungsteilchen auch außerhalb der Elektronensäule 16 angeordnet sein können, beispielsweise neben dem Ionenmassenanalysator 12. Ferner zeigt die 5 eine Anordnung, bei der Ionenstrahlsäule 2 vertikal angeordnet ist, während die Elektronensäule 16 gekippt zur Ionenstrahlsäule 2 angeordnet ist. Das Teilchenstrahlgerät ist aber nicht auf eine derartige Anordnung eingeschränkt. Vielmehr können die Ionenstrahlsäule 2 und die Elektronensäule 16 in jede geeignete Positionen zueinander angeordnet werden. Beispielsweise kann die Elektronsäule 16 vertikal angeordnet sein, während die Ionenstrahlsäule 2 gekippt zu der Elektronensäule 16 angeordnet ist.
Mittels des in 5 dargestellten Teilchenstrahlgeräts ist die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, welches in der 6 teilweise näher dargestellt ist. Das in der 6 teilweise dargestellte Verfahren beruht auf dem in der 2 teilweise dargestellten Verfahren, so dass zunächst auf die bereits erfolgten Erläuterungen verwiesen wird. Zusätzlich ist in der 6 dargestellt, wie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst der Elektronenstrahl der Elektronensäule 2 auf die organische Probe 11 fokussiert wird, so dass die Oberfläche der organischen Probe 11 abgebildet wird (Verfahrensschritt SA). Anschließend wird ein Bereich der organischen Probe 11 ausgewählt, der mittels des weiteren Verfahrens näher untersucht werden soll.
Bei dieser Ausführungsform ist folgendes ebenfalls vorgesehen: Zur Untersuchung wird die organische Probe 11 zunächst mit dem Ionenstrahl an ganz bestimmten Stellen gezielt geschnitten, so dass Vertiefungen entstehen. Die Materialzusammensetzung der organischen Probe 11 an den Vertiefungen wird dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens untersucht. Wesentlich ist aber auch, die Dimension jeder Vertiefung (also die Tiefe) genau festzustellen (Verfahrensschritt S9A), um so Rückschlüsse auf die Verteilung von Material in der organischen Probe 11 ziehen zu können. Die entsprechende Information hinsichtlich eines jeden Ortes der organischen Probe 11, auf den der Ionenstrahl fokussiert wurde, des bestimmten Materials sowie der bestimmten Dimension (Tiefe) werden im Verfahrensschritt S10 als Datensatz gespeichert, so dass im Grunde eine „mehrdimensionale” Aufnahme der organischen Probe 11 erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Ionenstrahlgerät
2: Ionenstrahlsäule
3: Ionenquelle
4: Elektrode
5: Kondensorlinse
6: Wien-Filter
7: Blende
8: erste Elektrodenanordnung
9: zweite Elektrodenanordnung
10: Objektivlinse
11: organische Probe
12: Ionenmassenanalysator
13: Kontrolleinheit
14: Speichereinheit
15: Prozessor
16: Elektronensäule
17: Elektronenquelle
18: erste Elektrode
19: zweite Elektrode
20: Kondensorlinse
21: Objektivlinse
22: erster Detektor
23: zweiter Detektor
24: Elektronenstrahlgerät

Claims

Verfahren zur Tiefenanalyse mindestens einer organischen Probe (11), das folgende Schritte aufweist: – Erzeugen einer elektronenoptischen Abbildung der organischen Probe (11) mittels mindestens eines fokussierten Elektronenstrahls, – Auswählen eines zu analysierenden Bereichs der organischen Probe (11) mittels der Abbildung, – Erzeugen von Ionen, welche eine vorgebbare Masse und/oder eine vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei beim Erzeugen der Ionen sowohl erste Ionen als auch zweite Ionen erzeugt werden, wobei die ersten Ionen eine erste vorgebbare Masse und/oder eine erste vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei die zweiten Ionen eine zweite vorgebbare Masse und/oder eine zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen aufweisen, wobei die zweite vorgebbare Masse zur ersten vorgebbaren Masse unterschiedlich ist und/oder wobei die zweite vorgebbare Anzahl an Elementarladungen unterschiedlich zur ersten vorgebbaren Anzahl an Elementarladungen ist, – Erzeugen mindestens eines Ionenstrahls aus den Ionen, – Erzeugen einer Vertiefung in der organischen Probe (11) mittels des Ionenstrahls, – Bestimmen mindestens einer Tiefe der Vertiefung mittels der Abbildung, – Selektieren der ersten Ionen oder der zweiten Ionen aus dem erzeugten Ionenstrahl, – Zuführen der selektierten ersten Ionen oder der selektierten zweiten Ionen zu der Vertiefung, – Detektieren mindestens eines Fragments, das aus der Vertiefung durch die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen herausgelöst wird, mittels eines Ionenmassenanalysators (12) zur Erzeugung eines Massenspektrums, – Analysieren durch Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit mindestens einem in einer Datenbank (14) gespeicherten Massenspektrum, und – Bestimmen mindestens eines Materials des aus der Vertiefung herausgelösten mindestens einen Fragments basierend auf dem Vergleich des erzeugten Massenspektrums mit dem gespeicherten Massenspektrum.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Detektierens das Detektieren mehrerer Fragmente, die aus der organischen Probe (11) durch die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen herausgelöst werden, mittels des Ionenmassenanalysators (12) zur Erzeugung eines Massenspektrums umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in der Datenbank (14) mehrere Massenspektren gespeichert sind, wobei jedes der mehreren Massenspektren von einem unterschiedlichen Material stammt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen Ionen mindestens eines der folgenden Elemente sind oder enthalten: Si, Cr, Fe, Co, Ni, Ge, In, Sn, Au, Ag, Pb, Bi, Nd, Cs und As.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Ionen und/oder die zweiten Ionen eine Masse von größer als 100 atomare Masseneinheiten aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen kontinuierlich auf der organischen Probe (11) ablagern oder in die organische Probe (11) eindringen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine immun-markierte organische Probe (11) analysiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ionenstrahl fokussiert auf die organische Probe (11) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen an mindestens einen ersten Ort der organischen Probe (11) zugeführt werden, und bei dem Informationen über den ersten Ort sowie über das an dem ersten Ort bestimmte Material als ein erster Datensatz abgespeichert werden, und bei dem – die selektierten ersten Ionen oder die selektierten zweiten Ionen an mindestens einen zweiten Ort der organischen Probe (11) zugeführt werden, und bei dem Informationen über den zweiten Ort sowie über das an dem zweiten Ort bestimmte Material als ein zweiter Datensatz abgespeichert werden.