DE102009015341A1 - Method for optical testing of sample during e.g. chemical analysis, involves detecting optical emission of sample depending on characteristic modulation i.e. temporally periodic modulation, of particle beam - Google Patents

Method for optical testing of sample during e.g. chemical analysis, involves detecting optical emission of sample depending on characteristic modulation i.e. temporally periodic modulation, of particle beam

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DE102009015341A1 DE200910015341 DE102009015341A DE102009015341A1 DE 102009015341 A1 DE102009015341 A1 DE 102009015341A1 DE 200910015341 DE200910015341 DE 200910015341 DE 102009015341 A DE102009015341 A DE 102009015341A DE 102009015341 A1 DE102009015341 A1 DE 102009015341A1
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modulation
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Lucian Dr. Stefan
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Abstract

The method involves irradiating a sample (26) with a temporally characteristic modulated particle beam (35) i.e. electron beam. The particle beam is selected in such a manner that the particle beam partially reversibly modifies the sample. The sample is excited to produce an optical emission from the sample by optical excitation, electrical excitation or thermal excitation. The optical emission of the sample is detected depending on the characteristic modulation i.e. temporally periodic modulation, of the particle beam. An independent claim is also included for a device for optical testing of a sample, comprising a source of particle beam.

Description

  • [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Untersuchung von Proben, beispielsweise für chemische oder biologische Analysen. The present invention relates to methods and apparatus for optical analysis of samples, for example for chemical or biological analysis. Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Untersuchung wird allgemein von einer Probe emittierte optische Strahlung detektiert und aus den Eigenschaften der detektierten Strahlung wie Wellenlänge oder Intensität auf Eigenschaften der Probe rückgeschlossen. In such methods and apparatus for optical examination of a sample generally emitted optical radiation is detected and inferred from properties of the detected radiation as wavelength or intensity characteristics of the sample. Derartige Untersuchungen werden häufig ortsaufgelöst mittels eines Mikroskopaufbaus durchgeführt. Such studies are often conducted in a spatially resolved by means of a microscope body. Beispiele hierfür sind die Fluoreszenzmikroskopie, Mikro-Raman Untersuchungen oder ortsaufgelöste Infrarot(IR)-Spektroskopie. Examples include fluorescence microscopy, micro-Raman studies or spatially-resolved infrared (IR) spectroscopy.
  • [0002]
    Hochauflösende optische Mikroskopieverfahren umfassen beispielsweise die so genannte STORM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)-Mikroskopie, RESOLFT(Reversible Switchable Optical Linear Fluorescence Transitions)-Mikroskopie oder die SIED(Stimulated Emission Depletion)-Mikroskopie, wobei letztere beispielsweise in der High resolution optical microscopy method, for example, the so-called STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) microscopy, RESOLFT (Reversible Switchable Optical Linear Fluorescence Transitions) microscopy or SIED (Stimulated Emission Depletion) microscopy, the latter for example in the EP 1 616 216 A2 EP 1616216 A2 beschrieben ist. is described. Bei derartigen Verfahren werden häufig so genannte Fluoreszenzmarker eingesetzt, dh fluoreszierende Elemente in der Probe verwendet. In such processes, often so-called fluorescent markers are used, that is used fluorescent elements in the sample. Die oben genannten Techniken erlauben eine relativ genaue Lokalisierung derartiger Fluoreszenzmarker oder anderer Fluoreszenzzentren, können aber keine Detailinformation hinsichtlich der Struktur der Proben geben. The above techniques allow relatively precise location of such fluorescent markers or other fluorescence centers, but can not give any detailed information regarding the structure of the samples. Zudem sind sie auf fluoreszierende Proben oder auf mit Fluoreszenzmarkern versehene Proben eingeschränkt. They are also limited to fluorescent samples or provided with fluorescent markers samples. Die laterale Auflösung derartiger Verfahren ist auf ca. 15 nm begrenzt. The lateral resolution of such processes is limited to about 15 nm.
  • [0003]
    Zur Erhöhung der Auflösung unterhalb des Beugungslimits können optische Nahfeldtechniken eingesetzt werden. To increase the resolution below the diffraction limit optical near-field can be used. Diese sind jedoch relativ kompliziert und langsam und daher nur für kleine Flächen geeignet und liefern nur Informationen von der Oberfläche der Proben. However, these are relatively complex and slow and therefore only suitable for small areas and provide only information from the surface of the samples.
  • [0004]
    Ein weiteres Verfahren zur optischen Untersuchung von Proben ist in der Another method for optical examination of samples in the EP 1 655 597 B1 EP 1655597 B1 beschrieben. described. Bei diesem Verfahren wird eine fluoreszierende Probe optisch angeregt und gleichzeitig mit einem Partikelstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl, abgerastert. In this method, a fluorescent sample is optically excited and simultaneously scanned with a particle beam, in particular an electron beam. Der Elektronenstrahl führt zu einer lokalen Zerstörung von Fluoreszenzmarkern und damit zu einer irreversiblen Abnahme der Intensität der durch die optische Anregung hervorgerufenen Fluoreszenz. The electron beam leads to a local destruction of the fluorescent markers and thereby to an irreversible decrease in the intensity of the induced by the optical excitation of fluorescence. Die Detektion der Fluoreszenz bei diesem Verfahren erfolgt großflächig, und der Abfall der gesamten detektierten Fluoreszenzemission wird mit der Position des Partikelstrahls korreliert. The detection of the fluorescence in this method takes place over a large area, and the waste of the entire detected fluorescent emission is correlated with the position of the particle beam. Dieses Verfahren hat zum einen den Nachteil, dass es destruktiv ist, da durch die Wechselwirkung des Elektronenstrahls die Emission der einzelnen Fluoreszenzmarker irreversibel reduziert wird. This method firstly has the disadvantage that it is destructive, as the emission of the individual fluorescent marker is irreversibly reduced by the interaction of the electron beam. Der von dem Elektronenstrahl abgerasterte Probenbereich ist daher irreparabel geschädigt und kann für weitere Fluoreszenzmessungen nicht mehr verwendet werden. The abgerasterte of the electron sample area is therefore irreparably damaged and can not be used for other fluorescence measurements. Zum anderen ist bei diesem Verfahren zu bedenken, dass es auf der Messung der irreversiblen Änderung der Leistung des emittierten Lichtes beruht, welche einen bestimmten Schwellenwert überschreiten muss. Secondly, it should be noted in this method in that it relies on the measurement of the irreversible change in the power of the emitted light, which must exceed a certain threshold.
  • [0005]
    Für eine hohe Ortsauflösung ist es dabei wünschenswert, einen Wechselwirkungsquerschnitt A 1 zwischen dem Partikelstrahl und der Probe möglichst klein zu halten. For a high spatial resolution, it is desirable to maintain an interaction cross-section A 1 between the particle beam and the sample as small as possible. In In 1 1 ist beispielhaft ein Partikelstrahl is an example of a particle beam 10 10 mit Durchmesser r dargestellt. presented with diameter r. Eine Fläche A 2 , aus der optische Emission detektiert wird (Detektionsbereich), wird entweder durch einen Anregungsspot der optischen Anregung oder durch die von der Detektionsoptik erfassten Fläche definiert. An area A 2, is detected from the optical emission (detection range) is defined by either an excitation spot of the optical pickup or by the detected by the detection optical surface. In beiden Fällen ist die Fläche A 2 durch das Beugungslimit nach unten begrenzt. In both cases, the area A 2 is limited by the diffraction limit downward. Sie kann beispielsweise einem Kreis You can, for example, a circle 11 11 mit Radius R in with radius R in 1 1 entsprechen, und es gilt A 2 >> A 1 . correct, and we have A 2 >> A1. Die lokale Zerstörung von Fluoreszenzmarkern durch den Partikelstrahl The local destruction of fluorescent markers by the particle beam 10 10 führt daher nur zu einer kleinen relativen Änderung δ der gesamten, großflächig detektierten optischen Leistung P out gemäß therefore, results in only a small relative change δ of the entire, large area detected optical power P out according to
    Figure 00020001
  • [0006]
    Bei einer Ortsauflösung des Partikelstrahls von ca. 10 nm und einem Durchmesser 2R der Fläche At a spatial resolution of the particle beam of approximately 10 nm and a diameter 2R of the area 11 11 von 3 μm liegt δ beispielsweise in der Größenordnung von 10 –5 . of 3 microns δ is, for example in the order of 10 -5. Derartig kleine relative Änderungen der optischen Leistung sind schwierig zu erfassen. Such small relative changes in the optical performance are difficult to detect. Daher ist ein derartiges Verfahren einerseits besonders anfällig gegenüber Rauschen und Drift im Messsystem, andererseits ist aber auch das Verhältnis von Sichtfeld und Ortsauflösung beschränkt. Therefore, such a method is the one most susceptible to noise and drift in the measurement system, on the other hand, the ratio of field of view and spatial resolution is limited. Ein gleichzeitiges Verfahren (Scannen) von Partikelstrahl und Anregungsspot bzw. Detektionsbereich ist kaum möglich, da die Leistungsschwankungen durch die Verschiebung des Kreises A simultaneous movement (scanning) of the particle beam and the excitation spot and the detection region is almost impossible because the power fluctuations caused by the displacement of the circle 11 11 der optischen Detektion um ein Vielfaches stärker sind als die durch die Auslöschung einzelner Fluoreszenzmarker durch den Partikelstrahl the optical detection many times stronger than the by the quenching of individual fluorescent markers by the particle beam 10 10 erzielte Abschwächung. scored slowdown.
  • [0007]
    Weiterhin ist auch ein derartiges Verfahren beschränkt auf die Detektion der Fluoreszenzintensität einer mit Fluoreszenzmarkern markierten Probe. Furthermore, such a method is limited to the detection of the fluorescence intensity of a labeled with fluorescent markers sample. Dadurch lassen sich zwar die eingebrachten Marker ortsaufgelöst lokalisieren, weitere Informationen über die Probe bleiben jedoch verborgen. Thus, the introduced markers can indeed locate spatially resolved, but further information about the sample remain hidden. Damit ist ein derartiges Verfahren in seinem Anwendungsbereich limitiert. Thus, such a method is limited in its scope.
  • [0008]
    Bei vielen Anwendungen wäre es jedoch wünschenswert, ohne Fluoreszenzmarker intrinsische Eigenschaften der Probe detektieren zu können, zum Beispiel mit Hilfe von Biolumineszenz oder Autolumineszenz. However, in many applications it would be desirable to be able to detect intrinsic properties of the sample without fluorescent markers, for example by means of bioluminescence or autoluminescence. Auch ist in vielen Fällen die optische Messung weiterer Probeneigenschaften neben der Verteilung einer Leuchtintensität, beispielsweise von Fluoreszenzmarkern, wünschenswert, zum Beispiel chemische Informationen, welche über die optische Detektion inelastischer Streuprozesse des Lichts gewonnen werden können. in many cases, also is the optical measurement of further sample properties in addition to the distribution of luminous intensity, for example, fluorescent markers, it is desirable, for example, chemical information that can be obtained via the optical detection inelastic scattering processes of the light. Zudem ist eine hohe Ortsauflösung bei derartigen Untersuchungen wünschenswert. In addition, a high spatial resolution in such investigations is desirable.
  • [0009]
    Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Untersuchung einer Probe bereitzustellen, welche zumindest einen Teil der oben erwähnten wünschenswerten Merkmale realisieren. It is therefore an object of the present invention to provide methods and apparatus for optical examination of a sample which realize at least a part of the above-mentioned desirable features.
  • [0010]
    Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 16. The dependent claims define further embodiments of the present invention.
  • [0011]
    Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur optischen Untersuchung einer Probe bereitgestellt, umfassend: According to the invention a method for optical examination of a sample is provided, comprising:
    Bestrahlen der Probe mit einem charakteristisch modulierten Partikelstrahl, wobei der Partikelstrahl derart gewählt ist, dass er zumindest teilweise reversible Veränderungen der Probe bewirkt, Irradiating the sample with a characteristic modulated particle beam, wherein the particle beam is selected such that it causes at least partially reversible changes in the sample,
    Anregen der Probe zum Erzeugen einer optischen Emission von der Probe, und Exciting the sample for generating an optical emission from the sample, and
    Detektieren der optischen Emission in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls. Detecting the optical emission, depending on the modulation characteristic of the particle beam.
  • [0012]
    Unter einem charakteristisch modulierten Partikelstrahl wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Partikelstrahl verstanden, bei dem mindestens ein Strahlparameter (z. B. Intensität, Partikelenergie) als Funktion der Zeit in definierter, insbesondere vorgegebener, Weise moduliert wird. Under a characteristic modulated particle beam, a particle beam is in this application meant in which at least one beam parameter (z. B. intensity particle energy), manner is modulated as a function of time in a defined, particularly specified. Die Charakteristik der Modulation kann beispielsweise in einer Periodizität bestehen, dh Intensität und/oder Partikelenergie des Partikelstrahls werden zeitlich periodisch moduliert. The characteristic of the modulation may consist in a frequency, for example, that is, intensity and / or particle energy of the particle beam is modulated periodically over time.
  • [0013]
    Durch die Detektion der optischen Emission in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls können Änderungen der optischen Emission, welche beispielsweise von einem Verfahren des Partikelstrahls erzeugt werden, von anderen Änderungen der optischen Emission unterschieden werden. can be obtained by detecting the optical emission, depending on the modulation characteristic of the particle beam changes in the optical emission, which are for example produced by a method of the particle beam can be distinguished from other changes in the optical emission. Hierdurch kann beispielsweise auch ein Ort der Detektion und/oder Anregung geändert werden, wobei die Auflösung im Wesentlichen durch die Ortsauflösung des Partikelstrahls bestimmt wird. This also a place of detection and / or excitation can be changed, for example, the resolution is mainly determined by the spatial resolution of the particle beam. Zudem können durch geeignete Wahl der Eigenschaften des Strahls, beispielsweise einer Strahlenergie, sowie geeignete Anregung der Probe verschiedene Eigenschaften der Probe bestimmt werden. In addition, the sample, various properties of the sample can be determined by suitable choice of the properties of the beam, for example, a beam energy, and suitable stimulation.
  • [0014]
    Der Partikelstrahl kann beispielsweise ein Elektronenstrahl sein, ist jedoch nicht hierauf begrenzt, sondern kann beispielsweise auch ein Ionenstrahl, beispielsweise ein Helium- oder Galliumionenstrahl, sein. The particle beam can be, for example, an electron beam, but is not limited thereto but may, for example, an ion beam, such as a helium or gallium ion to be.
  • [0015]
    Das Anregen der Probe kann insbesondere optisch, beispielsweise durch einen Laser, erfolgen. The excitation of the sample can in particular optically, for example by a laser, be carried out. Es sind jedoch auch andere Arten der Anregung, beispielsweise elektrische oder thermische Anregung möglich. however, other types of stimulation, such as electrical or thermal excitation are possible.
  • [0016]
    Das Anregen der Probe kann zeitlich moduliert sein, wobei eine Charakteristik der zeitlichen Modulierung der Anregung sich von einer Charakteristik der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls unterscheiden kann. Exciting the sample may be modulated in time, wherein a characteristic of the temporal modulation of the excitation can be different from a characteristic of the modulation characteristic of the particle beam. Das Detektieren kann dann in Abhängigkeit sowohl von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls als auch in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation der Anregung erfolgen. The detection can then be performed in dependence on both the characteristic modulation of the particle beam as well as a function of the characteristic modulation of the excitation. Handelt es sich bei den charakteristischen Modulationen des Partikelstrahls und der optischen Anregung um periodische Modulationen unterschiedlicher Frequenzen, kann das Detektieren beispielsweise bei der entsprechenden Summen- oder Differenzfrequenz erfolgen. If it is at the characteristic modulations of the particle beam and the optical excitation for periodic modulations of different frequencies, the detection can be done for example in the corresponding sum or difference frequency.
  • [0017]
    Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Probe zusätzlich mit einem oder mehreren weiteren charakteristisch modulierten Partikelstrahlen bestrahlt, wobei sich die Charakteristiken der Modulationen der weiteren Partikelstrahlen und des Partikelstrahls unterscheiden. In one embodiment, the sample is additionally irradiated with one or more other characteristic modulated particle beams, being different from the characteristics of the modulations of the further particle beam and the particle beam. Durch die unterschiedlichen Charakteristiken können die Auswirkungen des Partikelstrahls und der weiteren Partikelstrahlen auf die optische Emission voneinander unterschieden werden. Due to the different characteristics of the impact of the particle beam and the further particle beam on the optical emission can be distinguished from each other.
  • [0018]
    Das Detektieren kann insbesondere in Lock-in-Technik erfolgen. The detection can in particular be in lock-in technique.
  • [0019]
    Das Verfahren kann ein Abrastern der Probe mit dem Partikelstrahl, dem Anregungsspot und/oder dem Detektionsbereich umfassen. The method may include scanning the sample with the particle beam, the excitation spot and / or the detection region.
  • [0020]
    Es ist möglich, mit einem derartigen Verfahren auch spezielle Marker, beispielsweise, Fluoreszenzmarker, in oder auf der Probe zu untersuchen. It is possible with such a method, special markers, for example, fluorescent markers to investigate in or on the sample.
  • [0021]
    Bei einem Ausführungsbeispiel kann zusätzlich zum Detektieren der optischen Emission ein Detektieren von durch den Partikelstrahl in der Probe ausgelösten Elektronen (z. B. Sekundär-, Rückstreu-, und/oder Transmissionselektronen) erfolgen, so dass zusätzlich eine rasterelektronenmikroskopische Untersuchung der Probe simultan durchgeführt werden kann. In one embodiment (eg. Secondary, backscattered and / or transmission electrons), in addition to detecting the optical emission, a detecting triggered by the particle beam in the sample electrons take place, so that additionally performed a scanning electron microscopic examination of the sample simultaneously can.
  • [0022]
    Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur optischen Untersuchung der Probe umfasst eine Einrichtung zum Erzeugen eines charakteristisch modulierten Partikelstrahls mit einer Partikelstrahlquelle und einem Modulator, wobei der Strahl so wählbar ist, dass er eine zu untersuchende Probe zumindest teilweise reversibel modifiziert, eine Anregungseinrichtung zum Anregen der Probe zum Erzeugen einer optischen Emission auf der Probe, und An inventive apparatus for optical examination of the sample comprises means for generating a characteristic modulated particle beam having a particle beam source and a modulator, wherein the beam is so selected that it is at least partially reversible modified an assayed sample, an excitation means for exciting the sample to produce an optical emission in the sample, and
    eine Detektionseinrichtung zum Detektieren der optischen Emission in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls. a detecting means for detecting the optical emission, depending on the modulation characteristic of the particle beam.
  • [0023]
    Die oben erwähnten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können in entsprechender Weise auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung angewendet werden. The above-mentioned embodiments of the method according to the invention can be applied in a corresponding manner, on the inventive device.
  • [0024]
    Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments. Es zeigen: Show it:
  • [0025]
    1 1 einen Partikelstrahl und einen optischen Detektionsbereich, a particle beam, and an optical detection area,
  • [0026]
    2 2 ein Schemabild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, a schematic diagram of an apparatus according to an embodiment of the invention,
  • [0027]
    3A 3A - 3G 3G Energiediagramme zur Veranschaulichung einer optischen Anregung und Modifikation der optischen Anregung durch einen Partikelstrahl, Energy diagrams for illustrating an optical excitation and optical excitation by a modification of the particle beam,
  • [0028]
    4A 4A einen Zeitverlauf einer charakteristischen, hier periodischen Modulation eines Partikelstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, a time course of a characteristic, periodic modulation here of a particle beam according to an embodiment of the invention,
  • [0029]
    4B 4B einen Verlauf einer detektierten optischen Emission bei einer Modulation des Partikelstrahls wie in a course of a detected optical emission at a modulation of the particle beam, such as in 4A 4A , .
  • [0030]
    5 5 Beispiele für mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aufnehmbare Raman-Spektren, und Examples of a method according to the invention and an apparatus according to the invention recordable Raman spectra, and
  • [0031]
    6 6 Beispiele für Anregungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Examples of suggestions according to embodiments of the invention.
  • [0032]
    In In 2 2 ist eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung von Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. a device for optical analysis of samples according to one embodiment of the invention is shown schematically.
  • [0033]
    Bei dem Ausführungsbeispiel von In the embodiment of 2 2 ist eine Probe is a sample 26 26 in einer Vakuumkammer in a vacuum chamber 34 34 angeordnet. arranged. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Elemente, welche zum Erzeugen eines Vakuums in der Vakuumkammer For reasons of clarity, elements for creating a vacuum in the vacuum chamber 34 34 dienen, wie beispielsweise Pumpen, nicht dargestellt. used, such as pumps, not shown.
  • [0034]
    In der Vakuumkammer In the vacuum chamber 34 34 ist eine Partikelstrahlquelle is a particle beam source 20 20 , beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle, angeordnet. , For example, an electron beam source is arranged. Ein von der Partikelstrahlquelle One of the particle beam source 20 20 erzeugter Partikelstrahl generated particle beam 35 35 kann mittels einer Scanvorrichtung can by means of a scanning device 22 22 auf der Probe on the sample 26 26 verfahren werden, beispielsweise um die Probe abzurastern bzw. zu scannen. be moved, for example abzurastern to the sample or scanning. Im Falle geladener Partikel des Partikelstrahls In the case of charged particles of the particle beam 35 35 wie beispielsweise Elektronen oder Ionen kann die Scanvorrichtung hierbei steuerbare Magnete zur magnetischen Ablenkung des Partikelstrahls such as electrons or ions, the scanning device can hereby controllable magnets for magnetic deflection of the particle beam 35 35 oder Kondensatorplatten zur elektrostatischen Ablenkung des Partikelstrahls or capacitor plates for electrostatic deflection of the particle beam 35 35 umfassen. include.
  • [0035]
    Des Weiteren ist eine Modulationseinheit Furthermore, a modulation unit 21 21 zur zeitlichen Modulierung des von der Partikelstrahlquelle for temporal modulation of the particle beam source 20 20 erzeugten Partikelstrahls Particle beam generated 35 35 bereitgestellt. provided. Die Modulationseinheit The modulation unit 21 21 wird von einer Steuerung is from a controller 32 32 gesteuert, deren Funktion später näher erläutert wird. controlled, whose function will be explained in more detail later. Im Falle eines Elektronenstrahls kann die Modulationseinheit In the case of an electron beam modulation unit 21 21 beispielsweise ein Gitter umfassen, welches negativ aufladbar ist, um somit den Partikelstrahl for example, comprise a grating, which is negatively chargeable, thus the particle beam 35 35 abzuschwächen. mitigate. Die Modulationseinheit kann bei einem Ausführungsbeispiel auch einen so genannten „Beam Blanker” umfassen, der den Partikelstrahl ein- und ausschaltet. The modulation unit may also comprise a so-called "Beam Blanker", the switch the particle beam on and off in one embodiment. Dies kann beispielsweise durch Kondensatorplatten oder eine Vorrichtung wie in der This can, for example, by capacitor plates, or a device as in the DE 3904280 C2 DE 3904280 C2 offenbart geschehen, wodurch der Partikelstrahl elektrostatisch abgelenkt wird und zu bestimmten Zeiten die Probe nicht mehr erreicht. discloses happen, so that the particle beam is electrostatically deflected and no longer reaches the sample at specific times. Alternativ kann der Strahl auch schon in der Quelle moduliert werden, indem deren Emission z. Alternatively, the beam can be modulated in the source already by their emission z. B. mit einem gepulsten Laser und mit Hilfe von Photoemission bzw. Photoionisation zeitlich gesteuert wird. B. is timed with a pulsed laser and by means of photoemission or photoionization.
  • [0036]
    Weiterhin umfasst die Vorrichtung aus Furthermore, the device comprises from 2 2 eine ebenfalls von der Steuereinheit a likewise by the control unit 32 32 steuerbare Lichtquelle controllable light source 31 31 , beispielweise einen Laser. Such as a laser. Von der Lichtquelle From the light source 31 31 erzeugtes Licht wird über eine optische Faser generated light is irradiated through an optical fiber 33 33 , beispielsweise eine Glasfaser, zu einer Faser-Auskopplung , For example, a glass fiber, a fiber-coupling- 24 24 gelenkt und dort aus der optischen Faser and there directed from the optical fiber 33 33 ausgekoppelt und von einer Optik decoupled and by optics 25 25 , welche schematisch durch eine einzige Linse dargestellt ist, aber eine Vielzahl von optischen Elementen wie beispielsweise Linsen, Filter, Polarisatoren und/oder Gitter umfassen kann, auf die Probe , Which is schematically represented by a single lens, but may comprise a plurality of optical elements such as lenses, filters, polarizers and / or grid on the sample 26 26 gelenkt. directed.
  • [0037]
    Von der Probe Of the sample 26 26 emittiertes Licht wird über eine Optik Light emitted via an optical system 27 27 , welche wiederum durch eine einzige Linse symbolisiert ist, aber eine Vielzahl von optischen Elementen wie beispielsweise Linsen enthalten kann, zu einer Fasereinkopplung Which in turn is symbolized by a single lens, but may include a plurality of optical elements such as lenses, a fiber coupling 28 28 gelenkt und in eine weitere optische Faser and directed into a further optical fiber 36 36 eingekoppelt. coupled. Das so eingesammelte Licht wird von optischen Elementen The thus-collected light from optical elements 29 29 auf einen Fotodetektor a photodetector 30 30 gelenkt und so detektiert. and directed so detected. Die optischen Elemente The optical elements 29 29 können Elemente wie beispielsweise Filter oder auch ein Spektrometer umfassen, um lichtwellenlängenselektiv in dem Photodetektor may include elements such as filters or a spectrometer to light in a wavelength in the photodetector 30 30 detektieren zu können. be able to detect. Das so detektierte Licht wird dann in der Steuereinheit The thus detected light is then in the control unit 32 32 bzw. einem hieran angeschlossenen Computer or a computer connected thereto 33 33 ausgewertet. evaluated.
  • [0038]
    Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können für die optische Anregung und die Detektion gemeinsame optische Komponenten verwendet werden. In another embodiment, common optical components can be used for the optical excitation and detection. Beispielsweise kann die Detektion auch über die Komponenten For example, the detection can also be about the components 24 24 und and 25 25 erfolgen, wobei durch ein zusätzlich in die optische Faser carried out, wherein by the additional optical fiber in the 33 33 eingebrachtes Bauelement (z. B. Strahlteiler oder Zirkulator) Anregungs- und Detektionslicht getrennt werden können. which is introduced component (z. B. beam splitter or circulator) excitation and detection light can be separated.
  • [0039]
    Zudem umfasst die Vorrichtung aus In addition, the apparatus comprising of 2 2 einen Sekundärelektronendetektor a secondary electron detector 23 23 . , Durch diesen können Sekundärelektronen, welche beim „Beschuss” der Probe Through these secondary electrons, which the "fire" of the sample 26 26 mit dem Partikelstrahl with the particle beam 35 35 entstehen, detektiert werden, so dass beim Abrastern der Probe mit dem Partikelstrahl will be created, detected, so that during the scanning of the sample with the particle beam 35 35 neben der Untersuchung der optischen Emission, detektiert durch den Photodetektor in addition to the investigation of the optical emission detected by the photodetector 30 30 , auch ein REM(Rasterelektronenmikroskopie)-Bild aufgenommen werden kann. , A SEM (scanning electron microscopy) image can be recorded. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch andere durch den Partikelstrahl In other embodiments, also other by the particle beam 35 35 hervorgerufene Elektronen, z. induced electrons, z. B. Rückstreu- und/oder Tranmissionselektronen, zusätzlich oder alternativ detektiert werden. B. backscatter and / or Tranmissionselektronen, be additionally or alternatively be detected.
  • [0040]
    Im Folgenden wird zunächst die prinzipielle Funktionsweise der Vorrichtung von Below is first the basic functioning of the apparatus of 2 2 erläutert und dann anhand von Beispielen und weiteren Figuren detaillierter beschrieben. explained, and then described in more detail by way of examples and other figures.
  • [0041]
    Zur Durchführung einer optischen Untersuchung wird die Probe Performing an optical analysis, the sample is 26 26 mit von der Lichtquelle with the light source 31 31 erzeugtem Licht bestrahlt und damit angeregt. irradiated light produced and encouraged it. Durch die Anregung erzeugte optische Emission wird über den Photodetektor generated by the excitation optical emission is over the photodetector 30 30 detektiert. detected. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf eine spezielle Art der Emission beschränkt, es kann sich beispielsweise um eine Detektion inelastischer oder elastischer Streuprozesse des Anregungslichtes, beispielsweise Detektion von Raman-Streuung, oder auch um Lumineszenz wie Fluoreszenz, Autolumineszenz oder Biolumineszenz handeln. The present invention is not limited to a specific type of emission, it may be a detection inelastic or elastic scattering processes of the excitation light, for example, detection of Raman scattering, or by luminescence, such as fluorescence, autoluminescence or bioluminescence, for example.
  • [0042]
    Gleichzeitig wird die Probe innerhalb eines Anregungsspots des Anregungslichtes mit dem Partikelstrahl At the same time, the sample is within an excitation spot of the excitation light with the particle beam 35 35 bestrahlt, wobei der Partikelstrahl über die Modulationseinheit irradiated, wherein the particle beam over the modulation unit 21 21 in definierter, insbesondere vorgegebener Weise zeitlich charakteristisch, beispielsweise periodisch, moduliert wird. is time characteristic, for example, periodically modulated in a defined, in particular a predetermined manner. Die Energie des Partikelstrahls wird dabei derart gewählt, dass die Probe The energy of the particle beam is selected such that the sample 26 26 durch den Partikelstrahl zumindest teilweise reversibel modifiziert wird, was die Eigenschaften des emittierten und von dem Photodetektor is modified at least partially reversible by the particle beam, which the properties of the light emitted by the photodetector, and 30 30 detektierten Lichts mit einer entsprechenden zeitlichen Modulation verändert. changing the detected light with a corresponding temporal modulation. Diese Veränderungen können aufgrund der charakteristischen zeitlichen Modulation, welche durch die Steuereinheit These changes may be due to the characteristic temporal modulation, which by the control unit 32 32 gesteuert wird, beispielsweise mit der so genannten Lock-in-Technik in der Steuereinheit is controlled, for example with the so-called lock-in technology in the control unit 32 32 oder einem Computer or a computer 37 37 detektiert werden. are detected. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann zur Detektion ein separater so genannter Lock-in-Verstärker verwendet werden. In other embodiments, for detecting a separate so-called lock-in amplifier can be used.
  • [0043]
    Um zu erreichen, dass die Modifikation der Probe In order to achieve that the modification of the sample 26 26 durch den Partikelstrahl by the particle beam 35 35 zumindest teilweise, bevorzugt vollständig reversibel abläuft, kann beispielsweise eine Energie und/oder ein Fluss, beispielsweise die Anzahl Partikel pro Fläche und Zeiteinheit auf der Probe, des Partikelstrahls at least partially preferably, completely reversible expires, for example, an energy and / or a flow, for example, the number of particles per area and time unit on the specimen, the particle beam 35 35 entsprechend in Abhängigkeit von der Art der Probe accordingly, depending on the type of sample 26 26 gewählt werden. to get voted.
  • [0044]
    Bei einem derartigen Verfahren kann – je nach Art des Partikelstrahls – das partikelstrahlmodifizierte Wechselwirkungsvolumen zwischen der Anregungsstrahlung und der Probe deutlich unterhalb der optischen Beugungsbegrenzung liegen. The modified particle beam interaction volume between the excitation radiation and the sample significantly below the optical diffraction limit - in such a method can - depending on the nature of the particle beam. Bei einem Elektronenstrahl ist dieses Wechselwirkungsvolumen typischerweise birnenförmig, wobei die Größe des Wechselwirkungsvolumens von der Partikelenergie abhängt. In an electron beam, this interaction volume is typically pear-shaped, wherein the size of the interaction volume is dependent on the particle energy. Die Energie der Partikel nimmt vom Auftreffpunkt des Partikelstrahls auf die Probe zum Rand des Wechselwirkungsvolumens hin kontinuierlich ab, so dass verschiedene Prozesse in der Probe, beispielsweise auch reversible und irreversible Prozesse, parallel ablaufen können. The energy of the particles increases from the point of incidence of the particle beam on the sample to the edge of the interaction volume towards continuously, so that various processes in the sample, for example, reversible and irreversible processes can run in parallel.
  • [0045]
    Die Modifikation der durch den Photodetektor The modification by the photodetector 30 30 detektierten Emission durch den Partikelstrahl detected emission by the particle beam 35 35 wird nunmehr unter Bezugnahme auf will now be described with reference to 3 3 näher erläutert. explained. Dabei zeigt Here shows 3A 3A ein beispielhaftes System mit drei Energieniveaus E 0 , E 2 und E 1 zunächst ohne Beeinflussung durch einen Partikelstrahl. an example system with three energy levels E 0, E 2 and E 1 initially without being affected by a particle beam. Durch einfallendes Licht, beispielsweise von der Lichtquelle By incident light, for example from the light source 31 31 in in 2 2 erzeugtes Licht, mit einer Absorptionsfrequenz v ab , dh Energie h·v ab , wird das System vom Energieniveau E 0 in das Energieniveau E 1 gebracht. Light generated, having an absorption frequency from v, ie energy h · v from, the system from the energy level E is brought into the energy level E 1 0th Beispielsweise können die dargestellten Energieniveaus Energieniveaus von Elektronen sein, wobei in diesem Fall ein Elektron vom Energieniveau E 0 zum Energieniveau E 1 angeregt wird. For example, the energy levels may be represented energy levels of electrons, wherein an electron from the energy level E 0 is excited to the energy level E 1 in this case. Grundsätzlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch die Untersuchung anderer Energieniveaus, beispielsweise Energieniveaus, welche mit Schwingungszuständen verknüpft sind, möglich. Basically, however, is within the scope of the present invention, the examination of other energy levels, such as energy levels, which are associated with vibrational states, possible. Im Folgenden werden elektronische Energieniveaus als Beispiel in der Beschreibung verwendet. In the following electronic energy levels are used as an example in the description.
  • [0046]
    In das Energieniveau E 1 angeregte Elektronen fallen bei dem dargestellten Beispiel nichtstrahlend, beispielsweise durch Streuprozesse in einem Festkörper, auf das Energieniveau E 2 und dann strahlend wie durch einen Pfeil In the energy level E 1 excited electrons fall in the shown example is not bright, for example by scattering processes in a solid state, to the energy level E 2, and then beam as indicated by arrow 42 42 angedeutet unter Emission von Strahlung mit der Frequenz v em zurück auf das Energieniveau E 0 . indicated with the emission of radiation at frequency v em back to the energy level E 0th
  • [0047]
    In derartigen Systemen sind verschiedene Modifikationen der emittierten Strahlung durch Einwirkung eines Partikelstrahls denkbar. In such systems, various modifications of the emitted radiation by the action of a particle beam are also conceivable. Verschiedene Möglichkeiten werden in Folge unter Bezugnahme auf die Various options are in a row with reference to the 3B 3B bis to 3F 3F erläutert. explained.
  • [0048]
    Beispielsweise können wie in For example, as in 3B 3B gezeigt Elektronen von den Energieniveaus E 0 , E 1 und/oder E 2 wie durch Pfeile shown electrons from energy levels E 0, E 1 and / or E 2 as indicated by arrows 43 43 , . 44 44 und and 45 45 symbolisiert, durch die Einwirkung der Partikelstrahlung auf ein weiteres Energieniveau E 3 angehoben werden und von dort, wie durch einen Pfeil symbolizes are raised by the action of the particle radiation to another energy level E 3 and from there, as shown by arrow 60 60 angedeutet, nichtstrahlend wieder auf das Energieniveau E 0 zurückfallen. indicated, not brilliant fall back to the energy level E 0th Die so aus den Energieniveaus E 0 , E 1 und/oder E 2 angeregten Elektronen stehen nicht mehr für den strahlenden Übergang von E 2 auf E 0 zur Verfügung. The so excited from the energy level E 0, E 1 and / or E 2 electrons are no longer for the radiative transition from E 2 to E 0 is available. Daher wird bei einem derartigen Prozess die Intensität des mit der Frequenz v em emittierten Lichtes verringert. Therefore, in such a process, the intensity of the light emitted at the frequency v em light is reduced. Bei einer zeitlich charakteristischen Modulation des Partikelstrahls, wie unter Bezugnahme auf At a time characteristic modulation of the particle beam, such as with reference to 2 2 erläutert, ist auch diese Abschwächung charakteristisch moduliert. explained, and this attenuation is characteristic modulated. Somit ist der Einfluss des Partikelstrahls auf die Emission durch die charakteristische Modulation von anderen Einflüssen unterscheidbar, beispielsweise bei einer zeitlich periodischen Modulation der Anregung mittels Lock-in-Technik detektierbar. Thus, the influence of the particle beam is distinguishable to the emission by the characteristic modulation from other influences, for example, in a temporally periodic modulation of the excitation means of lock-in technique detectable.
  • [0049]
    Eine andere Möglichkeit ist in Another possibility is in 3C 3C dargestellt. shown. Ähnlich wie in Similar to 3B 3B werden hier durch Einwirkung des Partikelstrahls, wie durch Pfeile Here, by the action of the particle beam, as indicated by arrows 43 43 , . 44 44 und and 45 45 symbolisiert, Elektronen aus den Energieniveaus E 0 , E 1 und/oder E 2 auf ein weiteres Energieniveau E 4 angehoben. symbolizes raised electrons from energy levels E 0, E 1 and / or E 2 of a further energy level E. 4 Wie durch einen Pfeil As indicated by an arrow 46 46 symbolisiert, können diese Elektronen unter Aussendung mit von Strahlung mit einer Frequnez v em2 , welche in dem dargestellten Beispiel kleiner ist als die Frequenzen v ab und v em , wieder auf das Energieniveau E 0 zurückfallen. symbolizes these electrons with the emission of radiation having a Frequnez v em2, which is smaller in the illustrated example, as the frequencies v and v from em, drop back to the energy level E 0th Bei einem derartigen Prozess wird – wie bei In such a process is - as with 3B 3B – die Intensität der emittierten Strahlung bei der Frequenz v em abgeschwächt, und es tritt zusätzlich Strahlung mit einer Frequenz v em2 auf. - the intensity of the emitted radiation at the frequency v em attenuated, and there is also radiation having a frequency v em2 on. Diese Phänomene sind bei einer reversiblen Anregung durch den Partikelstrahl entsprechend der zeitlichen Modulation des Partikelstrahls zeitlich moduliert. These phenomena are temporally modulated in a reversible excitation by the particle beam according to the temporal modulation of the particle beam.
  • [0050]
    Eine weitere Möglichkeit ist in Another option is in 3D 3D dargestellt. shown. Bei dem Beispiel der In the example of 3D 3D werden durch den Partikelstrahl, wie durch Pfeile be by the particle beam, as indicated by arrows 47 47 , . 48 48 und and 49 49 dargestellt, Elektronen aus den Energieniveaus E 0 , E 1 und/oder E 2 auf das Vakuumniveau E angehoben, also gleichsam aus dem Material herausgeschossen. shown, raised electrons from energy levels E 0, E 1 and / or E 2 to the vacuum level E, so to speak shot out from the material. Auch diese Elektronen stehen für den strahlenden Übergang von E 2 auf E 0 nicht mehr zur Verfügung, so dass auch in diesem Fall eine Abschwächung der emittierten Strahlung auftritt. These electrons are available for the radiative transition from E 2 to E 0 no longer available, so that occurs a weakening of the radiation emitted in this case.
  • [0051]
    Eine weitere Möglichkeit ist in Another option is in 3E 3E dargestellt. shown. In diesem Beispiel werden nicht nur durch die Anregungsstrahlung, sondern auch den Partikelstrahl, wie durch einen Pfeil In this example, not only by the excitation radiation, but also the particle beam, as indicated by arrow 50 50 symbolisiert, Elektronen vom Energieniveau E 0 auf das Energieniveau E 1 gebracht. symbolizes brought from the electron energy level E 0 to the energy level E. 1 In einem derartigen Fall ergibt sich eine Verstärkung der Emission bei der Frequenz v em . In such a case, a reinforcement of the emission at the frequency v em.
  • [0052]
    Noch eine andere Möglichkeit ist in Yet another possibility is 3F 3F gezeigt. shown. Durch den Einfluss des Partikelstrahls können die Energieniveaus in der Probe auch verschoben werden. Due to the influence of the particle beam the energy levels in the sample can be moved. Bei dem in In the in 3F 3F schematisch dargestellten Beispiel werden, wie durch Pfeile For example schematically represented as indicated by arrows 54 54 angedeutet, das Energieniveau E 1 auf ein Niveau E 11 und/oder das Energieniveau E 2 auf ein Niveau E 22 verschoben. indicated, the energy level E 1 shifted to a level E 11 and / or the energy level E 2 to a level E 22nd Hierdurch wird zum einen, wie durch einen Pfeil This will on the one hand, as shown by arrow 51 51 symbolisiert, zur Anregung eine geringfügig höhere Energie benötigt, zum anderen sinkt bei dem dargestellten Beispiel die Energiedifferenz des strahlenden Übergangs (dann E 22 zu E 0 ), der durch einen Pfeil symbolizes requires a slightly higher energy for excitation, on the other hand, the energy difference of the radiating transition (E 22 then E 0) decreases in the illustrated example, by an arrow 53 53 symbolisiert wird, so dass eine entsprechende Emissionsfrequenz v em3 kleiner wird. is symbolized, so that a corresponding emission frequency v em3 becomes smaller.
  • [0053]
    Die Energieniveaus der The energy levels of the 3A 3A bis to 3F 3F dienen lediglich als Beispiel und hängen von der Art der Probe ab. serve only as an example and will depend on the type of sample. Auch Systeme mit mehr oder weniger Energieniveaus sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Even systems with more or less energy levels are possible within the scope of the present invention. Als Beispiel zeigt shows an example 3G 3G einen Quantenpunkt, welcher beispielsweise ebenfalls als Marker im Rahmen der Erfindung dienen kann. a quantum dot, which for example can also serve as a marker in the invention. Quantenpunkte weisen ein Valenzband mit einer maximalen Energie E V und ein Leitungsband mit einer minimalen Energie E L auf, dh E V ist die Energie einer Oberkante des Valenzbandes und E L die Energie einer Unterkante des Leistungsbandes. Quantum dots have a valence band with a maximum energy E V and a conduction band with a minimum energy E L, that is, E V is the energy of a top edge of the valence band and the energy E L a lower edge of the power strip. Elektronen können vom Valenzband in das Leitungsband angeregt werden, wobei bei einer derartigen Anregung ein so genanntes Loch im Valenzband zurückbleibt. Electrons can be excited from the valence band into the conduction band, wherein, in such an excitation known as a hole in the valence band remains.
  • [0054]
    Wie durch einen Pfeil As indicated by an arrow 56 56 in in 3G 3G angedeutet, kann eine derartige Anregung durch Strahlung mit einer Photonenenergie, welche größer oder gleich E L -E V ist, beispielsweise bei der Frequenz v ab , erfolgen. indicated, one such excitation by radiation with a photon energy which is greater than or equal to E L E V, for example at the frequency v can be from, take place. Ein derartiges erzeugtes Elektron-Loch-Paar kann, wie durch einen Pfeil Such a generated electron-hole pair, as indicated by an arrow 57 57 angedeutet, strahlend rekombinieren, wobei eine Energie h·v em eines emittierten Photons gleich E L –E V ist. indicated recombine radiatively, wherein an energy of h · v em an emitted photon is E L E V is. Auch bei einem derartigen Quantenpunkt kann die Emission durch den Partikelstrahl reversibel modifiziert werden, indem die Zustände der Ladungsträger durch den Partikelstrahl geändert werden. Even with such a quantum dot emission can be reversibly modified by the particle beam by the states of the charge carriers are changed by the particle beam. Beispielsweise kann, wie durch einen Pfeil For example, as indicated by an arrow 55 55 angedeutet, auch der Partikelstrahl Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband anregen, was die Emission verstärkt. indicated, also stimulate the particle beam electrons from the valence band into the conduction band, which increases the emission. Auch aus anderen Energieniveaus kann der Partikelstrahl, wie durch einen Pfeil There are other energy levels, the particle beam, as indicated by arrow 58 58 angedeutet Elektronen in das Valenzband bringen. bring indicated electrons in the valence band. Auf der anderen Seite kann ein Partikelstrahl bei entsprechender Energie auch, wie durch einen Pfeil On the other hand, a particle beam can also, with appropriate energy as indicated by arrow 59 59 angedeutet, Elektronen aus dem Valenzband entfernen, beispielsweise auf ein Vakuumniveau E (vgl. indicated remove electrons from the valence band (for example, to a vacuum level E see FIG. 3D 3D ) bringen, was die Emission abschwächt. bring), which weakens the emission.
  • [0055]
    Die in In the 3A 3A bis to 3G 3G dargestellten Prozesse sind lediglich als einfache Beispiele zu verstehen, wie durch einen Partikelstrahl eine detektierte Emission reversibel verändert werden kann. Processes illustrated are intended solely as simple examples of how a detected emission can be reversibly altered by a particle beam. Welche Prozesse eine detektierte Emission wie verändern hängt von dem emittierenden Material sowie Energie und Fluss des Partikelstrahls ab. What processes such as change a detected emission depends on the emissive material, energy and flow of the particle beam. Zu bemerken ist auch, dass sich die verschiedenen Prozesse beispielsweise in Note also that the various processes, for example in 3A 3A bis to 3F 3F nicht gegenseitig ausschließen, sondern mehrere dieser Prozesse parallel stattfinden können. can not be mutually exclusive, but held more of these processes in parallel.
  • [0056]
    Bei den dargestellten Beispielen wird durch den Einfluss des Partikelstrahls eine Emissionsintensität und/oder eine Emissionsenergie (dh Frequenz) verändert. In the illustrated examples, an emission intensity and / or emission energy (ie, frequency) is changed by the influence of the particle beam. Bei anderen Ausführungsbeispielen können zusätzlich oder alternativ auch andere Eigenschaften des emittierten Lichts, beispielsweise eine Polarisation oder eine Phase des detektierten Lichts, durch den Partikelstrahl zumindest teilweise reversibel verändert werden und dann entsprechend detektiert werden. In other embodiments, may additionally or alternatively also other properties of the emitted light, for example, a polarization or phase of the detected light can be changed at least partly reversible by the particle beam and accordingly are then detected.
  • [0057]
    Auch die Energieniveaus in The energy levels in 3 3 sind lediglich als Beispiel zu verstehen, und die relative Lage der Energieniveaus kann auch anders als dargestellt sein. are to be understood merely as an example, and the relative position of the energy levels can also be represented as different.
  • [0058]
    Wie bereits erläutert wird der Partikelstrahl zeitlich charakteristisch moduliert, und die Detektion erfolgt entsprechend der zeitlichen Modulation. The particle beam is modulated in time characteristic as already explained, and the detection is performed according to the temporal modulation. Ein Beispiel für eine derartige Modulation des Partikelstrahls, beispielsweise eines Elektronenstrahls, ist in An example of such a modulation of the particle beam, such as an electron beam, is in 4A 4A dargestellt. shown. Bei dem Beispiel in In the example of 4A 4A wird der Partikelstrahl im Wesentlichen periodisch an- und ausgeschaltet oder anders ausgedrückt mit einem periodischen Rechtecksignal moduliert. the particle beam substantially is periodically turned on and off or expressed differently modulated with a square wave periodic signal. Zu beachten ist, dass in der Praxis unter Umständen ein exaktes Rechtecksignal nicht erreicht wird, sondern die Flanken mehr oder weniger steil sind, was jedoch am Prinzip der Erfindung nichts ändert. It should be noted that in practice an exact square wave may not be reached, but the sides are steep, more or less, but that the principle of the invention does not change. Ein Beispiel für eine durch eine derartige Modulation des Partikelstrahls hervorgerufene periodische Modulation der detektierten Emission ist in An example of such a modulation caused by the particle beam periodic modulation of the detected emission is in 4B 4B dargestellt. shown. Durch die gesteuerte Modulation des Partikelstrahls kann die Emission mit einem entsprechenden auf die Signalform angepassten Verfahren detektiert werden, beispielsweise Lock-in-Detektion des emittierten Signals, so genannte Matched Filter – Detektion oder so genanntes Boxcar-Integrationsverfahren. The controlled modulation of the particle beam, the emission can be detected with an appropriate signal adapted to the molding process, for example lock-in detection, called the emitted signal Matched Filter - detection or so-called boxcar integration method. Die Analyse des durch den Photodetektor The analysis of the by the photodetector 30 30 aus out 2 2 oder einen anderen Detektor erzeugten elektrischen Signals kann daher in einem rauscharmen Spektralbereich erfolgen, beispielsweise um eine von Null verschiedene Mittenfrequenz herum, bei welcher ein 1/f-Rauschen des Detektionssystems bereits sehr viel schwächer ist als in der Nähe des Nullpunkts. or some other detector generated electric signal can therefore take place in a low-noise spectral range, for example, a non-zero center frequency, wherein a 1 / f noise of the detection system is already much weaker than in the vicinity of the zero point. Eine statische Änderung der Fluoreszenzleistung, welche nicht auf einer zumindest teilweise reversiblen Modifikation durch einen Partikelstrahl beruht, beruht dagegen auf einer Messung in der Nähe des Nullpunkts, welche stärker rauschbehaftet ist. A static change in fluorescence power, which is not based on an at least partially reversible modification by a particle beam, on the other hand is based on a measurement in the vicinity of the zero point, which is more noisy.
  • [0059]
    Es ist zu bemerken, dass die in It should be noted that in 4A 4A und and 4B 4B dargestellten Signalverläufe lediglich beispielhaft zu betrachten sind, und auch andere charakteristische Modulationen eines Partikelstrahls möglich sind, beispielsweise eine sinusförmige oder dreieckförmige Modulation. Waveforms shown are to be considered merely exemplary, and other characteristic modulations of a particle beam are possible, for example, a sinusoidal or triangular modulation. Auch kann bei einer derartigen Modulation die Intensität des Partikelstrahls zu allen Zeiten von 0 verschieden sein. Also in such modulating the intensity of the particle beam can be different at all times of the 0th Auch nichtperiodische charakteristische Modulationen, wie z. Even non-periodic characteristic modulations such. B. ein harmonisches Signal mit ansteigender oder abfallender Frequenz (Frequenzsweep) sind möglich. B. a harmonic signal with the rising or falling frequency (frequency sweep) are possible.
  • [0060]
    Bei manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zum Partikelstrahl auch eine Anregung, beispielsweise das von der Lichtquelle In some embodiments of the present invention, for example, from the light source may in addition to the particle beam and a stimulus, 31 31 aus out 2 2 erzeugte Licht, zeitlich charakteristisch, z. generated light, time-characteristic, z. B. periodisch moduliert werden. B. be periodically modulated. Die Detektion des emittierten Lichtes kann dann angepasst auf das entstehende Mischsignal erfolgen. The detection of the emitted light can then be adjusted to the resulting mixed signal. Beispielsweise können der Partikelstrahl und ein anregender Lichtstrahl mit verschiedenen Frequenzen sinusförmig moduliert werden, und die Detektion kann dann mit einem Lock-in-Verfahren bei der Summenfrequenz und/oder der Differenzfrequenz der Anregungsfrequenzen erfolgen (sogenannte heterodyne Mischtechnik). For example, the particle beam and a stimulating light beam having different frequencies can be modulated sinusoidally, and the detection may then use a lock-in method at the sum frequency and / or the difference frequency of the excitation frequencies take place (so-called heterodyne mixing technique).
  • [0061]
    Wie bereits erwähnt kann bei dem Ausführungsbeispiel von As already mentioned, in the embodiment of 2 2 durch die Scanvorrichtung by scanning device 22 22 der Partikelstrahl the particle beam 35 35 über die Probe gefahren werden, so dass eine größere Probenfläche untersucht werden kann. be driven over the sample, so that a larger sample area may be examined. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann zudem auch der Anregungsspot des Anregungslichtes, dh der durch die Optik In some embodiments also can include the excitation spot of the excitation light, ie by the optics 25 25 mit dem von der Lichtquelle with that of the light source 31 31 erzeugten Lichtstrahl beleuchtete Fläche, auf der Probe verfahren werden. are traversed generated light beam illuminated area on the sample. In gleicher Weise kann auch der Detektionsbereich verfahren werden. Likewise, the detection range can be moved. Hierdurch ist eine Untersuchung von Probenflächen, welche größer sind als der Anregungsspot bzw. Detektionsbereich, möglich. Hereby is an investigation of sample surfaces, which are larger than the spot excitation and detection area possible. Da die Detektion wie oben erläutert in Abhängigkeit von der Modulation des Partikelstrahls erfolgt, beeinflussen Änderungen, welche nur von dem Verfahren des Anregungsspots bzw. Detektionsbereichs auf der Probe herrühren, die Messung nicht bzw. können durch geeignete Detektionstechniken wie Lock-in-Technik herausgefiltert werden. Since the detection as explained above, depending on the modulation of the particle beam occurs affect changes which arise only from the method of excitation spots or detection region on the sample, the measurement or can not be filtered out by appropriate detection techniques such as lock-in technique ,
  • [0062]
    Bei dem Ausführungsbeispiel von In the embodiment of 2 2 erfolgt eine optische Anregung mit von der Lichtquelle there is an optical excitation of the light source 31 31 erzeugtem Licht. light produced. Es sind bei anderen Ausführungsbeispielen zusätzlich oder alternativ jedoch auch andere Mechanismen zur Anregung der Probe möglich, beispielsweise eine elektrische Anregung, z. However, other mechanisms for excitation of the sample, it is additionally or alternatively possible in other embodiments, for example, an electrical excitation, z. B. durch Anlegen einer Spannung an der Probe, oder eine thermische Anregung durch (lokales) Erwärmen der Probe. For example, by applying a voltage to the sample, or a thermal excitation by (local) heating of the sample.
  • [0063]
    Im Folgenden sollen nunmehr Beispiele für mögliche Materialsysteme erläutert werden. Below now examples of possible material systems are explained.
  • [0064]
    Beispielsweise kann als Fluoreszenzmarker in einer Probe so genanntes Green Fluorescent Protein (GFP) verwendet werden. For example, so-called Green Fluorescent Protein (GFP) can be used as a fluorescent marker in a sample. Die Wellenlänge, bei der dieses Molekül durch einen Lichtstrahl anregbar ist, liegt bei 395 nm bzw. 475 nm, was Energien von 3,1 eV bzw. 2,6 eV entspricht. The wavelength at which this molecule is excited by a beam of light is 395 nm or 475 nm, which corresponds to energies of 3.1 eV and 2.6 eV. Eine durch diese Anregung hervorgerufene Fluoreszenzemission erfolgt dann bei einer Wellenlänge von 509 nm entsprechend 2,4 eV. A caused by this excitation fluorescence emission then takes place at a wavelength of 509 nm corresponding to 2.4 eV. Als Partikelstrahl kann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ein Elektronenstrahl eines Niederspannungsrasterelektronenmikroskops (Low Voltage Scanning Electron Microscope) verwendet werden. As a particle beam in such an embodiment, an electron beam of a low voltage scanning electron microscope (Low Voltage Scanning Electron Microscope) can be used. Die Parameter des Elektronenstrahls werden dabei so gewählt, dass es durch die Wechselwirkung der Elektronen mit dem Fluoreszenzmarker zu einer Abschwächung der Fluoreszenzemission bei 409 nm kommt, ohne dass dabei der Fluoreszenzmarker zerstört wird. The parameters of the electron beam are chosen so that there is by the interaction of electrons with the fluorescent markers to a weakening of the fluorescence emission at 409 nm, without causing the fluorescent marker is destroyed. In anderen Worten werden die Parameter des Elektronenstrahls so gewählt, dass die Abschwächung der Emission reversibel ist. In other words, the parameters of the electron beam are selected so that the attenuation of the emission is reversible.
  • [0065]
    Experimente an mit GFP markierten biologischen Proben haben gezeigt, dass bei einem Beschuss mit Elektronen mit Partikelenergien von mehr als 15 keV und Dosen von 5000 Elektronen pro nm 2 ein vollständiges irreversibles Auslöschen der optischen Emission eintritt. Experiments on GFP-labeled biological samples have shown that occurs at a particle bombardment with electrons with energies greater than 15 keV and doses of 5000 electrons per nm 2 a complete irreversible extinction of the optical emission. In anderen Worten wird bei derartigen Energien und Dosen das GFP irreversibel zerstört bzw. verändert. In other words, the CFP is irreversibly destroyed or changed in such energies and doses. Für Elektronen von weniger als 3 keV und Dosen von 100 Elektronen pro nm 2 bleibt die optische Emission hingegen weitgehend erhalten. For electrons of less than 3 keV and doses of 100 electrons per nm 2, the optical emission is, however, largely preserved. Um eine irreversible Schädigung des Probenmaterials zu vermeiden, wird bei einem Ausführungsbeispiel die Energie der Elektronen (oder ggf. anderer Partikel) kleiner als 10 keV, bevorzugt kleiner als 5 keV oder kleiner als 2 keV gewählt. To avoid an irreversible damage of the sample material, in one embodiment, the energy of electrons (or possibly other particles) is less than 10 keV, preferably less than 5 keV or less than 2 keV selected.
  • [0066]
    Ein derartiges Verfahren erlaubt also die gezielte rauscharme Detektion der relevanten, dh durch den Partikelstrahl modifizierten, Signalanteile mit sehr hohem Dynamikbereich (z. B. 100 dB dynamischen Bereich bei entsprechenden kommerziell erhältlichen Lock-in-Verstärkern). Thus, such a method allows the targeted low-noise detection of the relevant, that is modified by the particle beam, signal components having a very high dynamic range (eg., 100 dB dynamic range at the corresponding commercially available lock-in amplifiers). Auch können langsame Driftbewegungen des Gesamtsystems ausgeblendet werden. Also slow drift movements of the entire system can be hidden. Durch den erhöhten Dynamikbereich kann auch das Verhältnis von Sichtfeld und Ortsauflösung gegenüber dem Stand der Technik vergrößert werden. The increased dynamic range of the ratio of field of view and spatial resolution compared to the prior art can be increased. Der Elektronenstrahl kann über eine größere Fläche abgerastert werden, ohne dass der Bereich, in dem die emittierte optische Leistung erfasst wird, also der Detektionsbereich, bewegt wird. The electron beam can be scanned over a larger area, without requiring the area in which the emitted optical power is detected, so the detection region is moved. Umgekehrt kann auch bei gleicher Fläche des Detektionsbereichs die Ortsauflösung verbessert werden. Conversely, the spatial resolution can also be improved with the same area of ​​the detection region.
  • [0067]
    Die Modulationsgeschwindigkeit des Partikelstrahls und die Modulationsform kann dabei an einen zu detektierenden Emitter, beispielsweise einen Fluoreszenzmarker, angepasst werden. The modulation speed of the particle beam and the modulation form can thereby be adapted to a to be detected emitter, such as a fluorescent marker. Insbesondere kann die Modulationsfrequenz in Abhängigkeit von einer Lebensdauer eines betrachteten strahlenden Übergangs gewählt werden. In particular, the modulation frequency in dependence on a lifetime of an observed radiative transition can be selected. Beispielsweise weist Rhodamin-6G, welches in Ausführungsbeispielen der Erfindung als Fluoreszenzmarker bzw. Farbstoff verwendet werden kann, eine Fluoreszenzlebensdauer von 4,3 ns auf. For example, rhodamine 6G, which can be used as a fluorescent marker or dye in embodiments of the invention, a fluorescence lifetime of 4.3 ns. Bei einem derartigen Beispiel wird die Modulationsfrequenz dann beispielsweise kleiner als 100 MHz gewählt werden. In such an example, the modulation frequency is then, for example, small be chosen as 100 MHz. Die Ladungsträgerlebensdauer in lichtemittierenden Quantenpunkten, wie in The carrier lifetime in the light-emitting quantum dots, as in 3G 3G gezeigt, beträgt oft beispielsweise typischerweise wenige Pikosekunden. shown, for example, is often typically a few picoseconds. Bei derartigen Systemen können dann Modulationsgeschwindigkeiten bzw. Modulationsfrequenzen von mehreren GHz gewählt werden. In such systems, then modulation speeds or modulation frequencies can be selected from several GHz. Die Modulationsfrequenz kann auch in Abhängigkeit von systemtechnischen Aspekten, wie Eigenschaften der zur Detektion verwendeten Geräte, dem gewünschten Aufwand für die Signalverarbeitung oder der Messempfindlichkeit gewählt werden. The modulation frequency is also a function of system-technical aspects, such as characteristics of the devices used for detection, the required effort for signal processing, or the measurement sensitivity can be selected.
  • [0068]
    Wie bereits erwähnt ist die Anwendung der Erfindung nicht auf die Detektion von Fluoreszenzmarkern beschränkt, sondern kann insbesondere auch zur Detektion intrinsischer Probeneigenschaften, z. As mentioned, the application of the invention is not limited to the detection of fluorescent markers, but may in particular also for the detection of intrinsic sample properties such. B. mit Hilfe von Bio- oder Autolumineszenz, eingesetzt werden. B. using biogas or autoluminescence be used. Das Verfahren ist ferner, wie ebenfalls bereits erwähnt, nicht auf die Manipulation und Detektion von Lumineszenz emittierter Strahlung beschränkt, sondern es können allgemein spektroskopische Analyseverfahren, wie z. The method is also, as already mentioned, not limited to the manipulation and detection of luminescence emitted radiation, but it may generally spectroscopic analysis method such. B. Raman-Spektroskopie oder optisch nicht-lineare Spektroskopie zur räumlich hochaufgelösten Messung und Charakterisierung von Proben verwendet werden. B. Raman spectroscopy or optically non-linear spectroscopy for high spatial-resolved measurement and characterization of samples may be used. Vorraussetzung ist lediglich, dass die detektierte Emission durch einen Partikelstrahl zumindest teilweise reversibel modifizierbar ist. , Requirement is only that the detected emission is at least partially reversibly modifiable by a particle beam. Diese Modifizierung kann sich beispielsweise auf die Intensität, Phase, Frequenz oder auch den Polarisationszustand der emittierenden Strahlung auswirken. This modification can affect the intensity, phase, frequency, or even the polarization state of emitting radiation, for example.
  • [0069]
    Ein Beispiel für eine Raman-spektroskopische Untersuchung ist in An example of a Raman spectroscopic investigation is in 5 5 dargestellt (Quelle: shown (source: ). ). 5 5 zeigt die Intensität in Abhängigkeit von der Raman-Verschiebung für verschiedene Zeiten in Folge des Ladungsträgeraustausches des Moleküls mit seiner Umgebung für das bereits erwähnte Rhodamin-6G. shows the intensity as a function of Raman shift for different times due to the carrier exchange of the molecule with its surroundings for the already mentioned rhodamine 6G. Dieser Ladungsträgeraustausch kann beispielsweise mit einem Partikelstrahl beeinflusst werden. This charge carrier exchange can be influenced, for example with a particle beam.
  • [0070]
    Ein anderes Beispiel ist eine so genannte Zweiphotonenanregung, in Another example is a so-called two-photon excitation, in 6 6 durch Pfeile by arrows 61 61 und and 62 62 symbolisiert, dh hier erfolgt eine Anregung über einen Prozess mit zwei Photonen der Frequenzen v a1 und v a2 , was einer Gesamtanregung, wie durch einen Pfeil symbolized here that an excitation takes place via a process with two photons of frequencies v and v a1 a2, which corresponds to a total excitation, as indicated by arrow 60 60 angedeutet, einer Frequenz v A entspricht. indicated, corresponding to a frequency v A. Fluoreszenzübergänge sind durch Pfeile Fluorescence transitions are indicated by arrows 64 64 und and 65 65 markiert, zusätzlich kann auch ein strahlender Übergang von einem Niveau S 1 auf ein Niveau S 0 , wie durch einen Pfeil marks, in addition, also a radiant transition from a level to a level S 1 S 0, as shown by arrow 63 63 angedeutet, erfolgen. hinted done. Diese Übergänge können in ähnlicher Weise, wie unter Bezugnahme auf These transitions can access in a similar manner as described with reference 3A 3A bis to 3G 3G erläutert, durch einen Partikelstrahl modifiziert werden. explained, be modified by a particle beam.
  • [0071]
    Es ist zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf Einsatz einer einzigen Art von Fluoreszenzmarkern oder dergleichen beschränkt ist, sondern es können auch verschiedenartige Marker oder verschiedene Übergänge bei verschiedenen Frequenzen detektiert werden. It should be noted that the invention is not limited to use of a single type of fluorescent label or the like but it can also be detected various markers or different transitions at different frequencies. Auch weitere Modifikationen und Varianten sind möglich. Further modifications and variants are possible. Beispielsweise kann die Anregung der Probe, beispielsweise durch Licht wie oben beschrieben, zeitlich verändert werden, um dynamische Eigenschaften der Lichtemission, beispielsweise mit so genannten Pump-Probe-Messungen, zu bestimmen. For example, the excitation of the sample, for example by light as described above, changed over time, for example, with so-called pump-probe measurements to determine dynamic characteristics of the light emission. Der zeitliche Verlauf der emittierten Leistung kann untersucht werden, um dynamische Eigenschaften des Licht emittierenden Prozesses bzw. Materials zu untersuchen. The time course of the emitted power may be examined in order to examine dynamic properties of the light-emitting process or material. Beispielsweise kann der verwendete Partikelstrahl mit abstimmbarer Frequenz periodisch moduliert und die jeweilige Amplituden- und Phasenlage der zugehörigen Variation der emittierten optischen Strahlung registriert werden. For example, the particle beam used tunable frequency can periodically modulated and the respective amplitude and phase position of the associated variation of the emitted optical radiation to be registered.
  • [0072]
    Da die Anregung durch den Partikelstrahl zumindest teilweise reversibel erfolgt, kann die örtliche Bewegung eines Partikels nachverfolgt werden, sofern die Abrastergeschwindigkeit des Partikelstrahls hoch genug ist. Since the excitation is at least partially reversible by the particle beam, the local motion of a particle can be tracked as long as the scanning speed of the particle beam is high enough.
  • [0073]
    Wie bereits erwähnt kann durch den Sekundärelektronendetektor As already mentioned, by the secondary electron detector 23 23 in in 2 2 oder eine andere entsprechende Vorrichtung zur Detektion von Elektronen (z. B. Rückstreu- oder Transmissionselektronendetektor) gleichzeitig mit der optischen Messung ein Rasterelektronenmikroskopbild aufgenommen werden. or other appropriate device for detecting electrons (z. B. backscatter or transmission electron detector) are taken with the optical measurement, a scanning electron microscope image simultaneously. Da die Erfassung gleichzeitig mit der Erfassung der optischen Emission erfolgt, kann das so entstehende Rasterelektronenmikroskopbild mit den erfassten optischen Eigenschaften korreliert werden. Since the detection is carried out simultaneously with the detection of the optical emission, the scanning electron microscope image thus formed can be correlated with the detected optical properties.
  • [0074]
    Bei dem dargestellten Beispiel wird der Partikelstrahl In the illustrated example, the particle beam is 35 35 durch die Scanvorrichtung by scanning device 22 22 über die Probe gerastert. scanned over the sample. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Partikelstrahl auch stationär bleiben und die Probe entsprechend bewegt werden. In another embodiment of the particle beam may remain stationary and the sample are moved accordingly. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann sowieso sowohl der Partikelstrahl als auch die Probe bewegt werden. In other embodiments, both the particle beam and the sample can be moved anyway.
  • [0075]
    Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird nicht nur ein Partikelstrahl, sondern eine Vielzahl von Partikelstrahlen verwendet. In another embodiment, not only a particle beam, but a plurality of particle beams is used. Die Partikelstrahlen können verschiedene Strahleigenschaften, z. The particle beams, various beam properties such. B. verschiedene Energien, aufweisen, um die Emission der Probe in verschiedenen Weisen zu beeinflussen. B. different energies having to affect the emission of the sample in different ways. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Partikelstrahlen mit gleichen Strahleigenschaften zu verwenden, welche beispielsweise verschiedene Gebiete des Anregungsspots bzw. Detektionsbereichs abrastern, um somit ein schnelleres Erfassen der gesamten zu untersuchenden Fläche durch Parallelisierung der Messung zu ermöglichen. However, it is also possible to use a plurality of particle beams having the same beam properties which, for example, scanning different areas of the excitation spot, or detection area, thus allowing a more rapid detection of the whole area to be examined by parallelization of the measurement. Die Partikelstrahlen können mit verschiedenen Charakteristiken charakteristisch moduliert sein, beispielsweise mit verschiedenen Frequenzen periodisch moduliert sein. The particle beam can be characteristic modulated with different characteristics, such as having different frequencies be periodically modulated. Hierdurch können bei der Detektion die Einflüsse der verschiedenen Partikelstrahlen voneinander getrennt werden. In this way, the influences of different particle beams can be separated from each other during detection. Ein Beispiel ist die Verwendung eines parallelen Multi-Elektronenstrahls, bei dem die einzelnen Strahlen mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden. An example is the use of a parallel multi-electron beam, in which the individual beams are modulated with different frequencies. Die Detektion erfolgt dann parallel bei den jeweiligen Modulationsfrequenzen. The detection is then carried out in parallel at the respective modulation frequencies.
  • [0076]
    Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen werden nicht spezielle Marker, sondern direkt Zustände der Probe untersucht. In still other embodiments, not special markers, but directly states of the sample to be investigated.
  • [0077]
    Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dazu verwendet werden, Gitterverspannung bei Halbleiterstrukturen mit hoher räumlicher Auflösung zu detektieren. For example, an embodiment of the invention can be used to detect lattice strain in semiconductor structures with high spatial resolution. Dazu wird die Oberfläche der Halbleiterstruktur mit Laserlicht, z. For this purpose, the surface of the semiconductor structure with laser light, for example. B. aus der Lichtquelle For example, from the light source 31 31 aus out 2 2 , bestrahlt und das inelastisch gestreute Licht spektral aufgelöst detektiert, dh ein Raman-Spektrum aufgenommen. Irradiated and the inelastically scattered light is detected spectrally resolved, ie a Raman spectrum taken. Verspannte Bereiche führen zu charakteristischen Linien im Raman-Spektrum. Stressed areas lead to characteristic lines in the Raman spectrum. Durch das Abrastern mit einem modulierten Partikelstrahl wird die Raman-Streuung lokal beeinflusst; By scanning with a modulated particle beam, the Raman scattering is influenced locally; dies kann durch eine Änderung der entsprechenden Spektrallinien signalangepasst detektiert werden. this can be detected by a change in the corresponding spectral signal adapted. Durch polarisationsabhängige Messungen lässt sich die Ansisotropie der Verspannung (Verspannungstensor) bestimmen. By polarization-dependent measurements, the Ansisotropie the strain (Verspannungstensor) can be determined.
  • [0078]
    Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die spektroskopischen Eigenschaften individueller, auf einer Oberfläche isoliert präparierter Moleküle ermittelt (Einzelmolekülspektroskopie). In another embodiment, the spectroscopic properties of individual, isolated on a surface of prepared molecules are determined (single-molecule spectroscopy). Bei sehr großen Molekülen ist eine gezielte spektroskopische Untersuchung von einzelnen Molekülabschnitten möglich. For very large molecules targeted spectroscopic study of single molecule sections is possible. Dies kann beispielsweise zur Sequenzierung von DNA verwendet werden. This can for example be used for DNA sequencing.
  • [0079]
    Wie aus dem obigen ersichtlich sind eine Vielzahl von Modifikationen und Varianten möglich, und die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt. As seen from the above, a variety of modifications and variations are possible, and the present invention is therefore not limited to the illustrated embodiments.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0080]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
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Claims (22)

  1. Verfahren zur optischen Untersuchung einer Probe, umfassend: Bestrahlen einer Probe ( A method for optical examination of a sample, comprising: irradiating a sample ( 26 26 ) mit einem zeitlich charakteristisch modulierten Partikelstrahl ( ) (With a time-modulated characteristic particle beam 35 35 ), wobei der Partikelstrahl ( ), Wherein the particle beam ( 35 35 ) so gewählt ist, dass er die Probe ( is selected) so that it (the sample 26 26 ) zumindest teilweise reversibel modifiziert, Anregen der Probe ( ) At least partially reversibly modified, exciting the sample ( 26 26 ) zum Erzeugen einer optischen Emission von der Probe ( ) (For generating an optical emission from the sample 26 26 ), und Detektieren der optischen Emission von der Probe in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls ( ), And detecting the optical emission from the sample in response to the modulation characteristic of the particle beam ( 35 35 ). ).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anregen ein Anregen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optischem Anregen, elektrischem Anregen und thermischem Anregen umfasst. The method of claim 1, wherein the exciting excite a selected from the group consisting of an optical excitation, electrical excitation and thermal excitation.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestrahlen der Probe ein Abrastern der Probe mit dem Partikelstrahl ( The method of claim 1 or 2, wherein irradiating the sample, a scanning of the sample (with the particle beam 35 35 ) umfasst. ) Includes.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die charakteristische Modulation des Partikelstrahls eine zeitlich periodische Modulation ist. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the modulation characteristic of the particle beam is a time-periodic modulation.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Detektieren ein Detektieren in Lock-in-Technik umfasst. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the detecting includes detecting in the lock-in technique.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Anregen der Probe ein Anregen der Probe an einem Anregungsort und ein Verfahren des Anregungsortes auf der Probe umfasst. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the exciting the sample comprises an exciting the sample at an excitation location and method of excitation location on the sample.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Detektieren der optischen Emission ein Detektieren der optischen Emission von der Probe in einem Detektionsbereich und ein Verfahren des Detektionsbereiches auf der Probe umfasst. A method according to any one of claims 1 to 6, wherein detecting the optical emission comprises detecting the optical emission from the sample in a detection area and a method of the detection area on the sample.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Partikelstrahl ( Method according to one of claims 1 to 7, wherein the particle beam ( 35 35 ) ein Elektronenstrahl ist. ) Is an electron beam.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anregen ein zeitlich charakteristisch moduliertes Anregen der Probe ( Method according to one of claims 1 to 8, wherein said exciting a characteristic time modulated excitation to the sample ( 26 26 ) umfasst. ) Includes.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das zeitlich charakteristisch modulierte Anregen ein periodisch moduliertes Anregen der Probe ( The method of claim 9, wherein the temporally modulated excitation characteristic (a periodically modulated excitation to the sample 26 26 ) ist. ) Is.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die charakteristische Modulation de Partikelstrahls ( The method of claim 10, wherein the characteristic modulation de particle beam ( 35 35 ) eine periodische Modulation des Partikelstrahls ( ) (A periodic modulation of the particle beam 35 35 ) mit einer ersten Frequenz ist und die periodische Modulation der Anregung mit einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz erfolgt. ) Is at a first frequency and is carried out, the periodic modulation of the excitation with a direction different from the first frequency second frequency.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Detektieren der optischen Emission ein Detektieren bei einer Summe der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz und/oder eine Detektieren bei einer Differenz der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz umfasst. The method of claim 11, wherein detecting the optical emission comprises detecting at a sum of the first frequency and the second frequency and / or detecting a difference in the first frequency and the second frequency.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Detektieren der optischen Emission ein Detektieren einer optischen Emission von in der Probe ( A method according to any one of claims 1 to 12, wherein detecting the optical emission (a detecting optical emission from within the sample 26 26 ) vorhandenen Markern umfasst. includes) existing markers.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiter umfassend: Detektieren von in der Probe gestreuten oder durch den Partikelstrahl ( A method according to any one of claims 1 to 13, further comprising: detecting scattered in the sample or (by the particle beam 35 35 ) ausgelösten Elektronen. ) Induced electrons.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiter umfassend: Bestrahlen der Probe mit mindestens einem weiteren zeitlich charakteristisch modulierten Partikelstrahl, wobei sich eine Charakteristik der Modulation des weiteren Partikelstrahls von einer Charakteristik der Modulation des Partikelstrahls ( A method according to any one of claims 1 to 14, further comprising: irradiating the sample with at least one further characteristic of the modulated time-particle beam, wherein a characteristic of the modulation of the further particle beam (of a characteristic of the modulation of the particle beam 35 35 ) unterscheidet, und wobei das Detektieren der optischen Emission in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des weiteren Partikelstrahls erfolgt. ) Is different, and wherein detecting the optical emission, depending on the modulation characteristic of the further particle beam.
  16. Vorrichtung zur optischen Untersuchung einer Probe, umfassend: eine Partikelstrahlquelle ( An apparatus for optical examination of a sample, comprising: a particle beam source ( 20 20 ) zum Bestrahlen einer Probe ( ) (For irradiating a sample 26 26 ) mit einem Partikelstrahl ( ) (With a particle beam 35 35 ), wobei die Partikelstrahlquelle ( ), Wherein the particle beam source ( 20 20 ) derart ansteuerbar ist, dass der Partikelstrahl die Probe zumindest teilweise reversibel modifiziert, einen Modulator ( ), Can be driven so that the particle beam is at least partially reversibly modifies the sample, a modulator ( 21 21 ) zur charakteristischen Modulation des Partikelstrahls ( ) (The characteristic modulation of the particle beam 35 35 ), eine Anregungseinrichtung ( (), An exciter 31 31 , . 24 24 , . 25 25 ) zum Anregen der Probe zum Erzeugen einer optischen Emission, und eine Detektionseinrichtung ( () For exciting the sample to produce an optical emission, and detecting means 27 27 , . 28 28 , . 36 36 , . 29 29 , . 30 30 , . 32 32 ) zum Detektieren der optischen Emission in Abhängigkeit von der charakteristischen Modulation des Partikelstrahls. ) For detecting the optical emission, depending on the modulation characteristic of the particle beam.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anregungseinrichtung und die Detektionseinrichtung zumindest teilweise gemeinsame Komponenten umfassen. The apparatus of claim 16, wherein the excitation means and the detection means comprise at least partly common components.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Anregungseinrichtung eine Lichtquelle ( Device according to claim 16 or 17, wherein the excitation means comprises a light source ( 31 31 ) umfasst. ) Includes.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Detektionseinrichtung ( Device according to one of claims 16 to 18, wherein said detecting means ( 27 27 , . 28 28 , . 36 36 , . 29 29 , . 30 30 , . 32 32 ) einen Lock-in-Detektor ( ) A lock-in detector ( 32 32 ) umfasst. ) Includes.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Partikelstrahlquelle eine Elektronenstrahlquelle ( Device according to one of claims 16 to 19, wherein the particle beam source is an electron beam source ( 20 20 ) umfasst. ) Includes.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Vorrichtung einen Elektronendetektor ( Device according to one of claims 16 to 20, wherein the device comprises a electron detector ( 23 23 ) umfasst. ) Includes.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Probe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestaltet ist. Device 16 to 21, wherein the sample for performing the method according to any one of claims 1 to 15 is configured according to one of the claims.
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