DE102010015428A1

DE102010015428A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abbildung einer Probenoberfläche

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Publication number: DE102010015428A1
Application number: DE102010015428A
Authority: DE
Inventors: Dr. Spizig Peter; Dr. Ibach Wolfram; Detlef Sanchen; Gerhard Volswinkler; Dr. Hollricher Olaf
Original assignee: Witec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmbH
Current assignee: Witec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmbH
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: DE102010015428B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung einer Fläche, insbesondere einer Oberfläche, einer Probe (16) mit einer Topographie der Oberfläche mit Hilfe konfokaler Mikroskopie, insbesondere konfokaler Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie in im Wesentlichen einer konfokalen Ebene. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Werte für die Topographie der Oberfläche bestimmt werden und mit Hilfe der Werte für die Topographie der Oberfläche die abzubildende Fläche, insbesondere Oberfläche, beim Rastern in die konfokale Ebene verbracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abbildung der Fläche, insbesondere Oberfläche einer Probe durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Oberfläche mit Hilfe konfokaler Mikroskopie. Bei der konfokalen Mikroskopie erfolgt eine konfokale Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche in einer Fokusebene auf einen Detektor. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte konfokale Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskope bzw. Vorrichtungen für die konfokale Fluoreszenz- und/oder Raman-Mikroskopie, ohne hierauf jedoch beschränkt zu sein.
Neben dem Verfahren und der Vorrichtung zur Abbildung einer Fläche, insbesondere einer Oberfläche, stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Ermittlung der Topographie einer Oberfläche, die mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie oder konfokaler Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie abgebildet werden kann, zur Verfügung. Mit Hilfe von Raman-Messungen beziehungsweise Fluoreszenz-Messungen ist es möglich, eine Probe mit einer Lichtquelle, beispielsweise einer Laserlichtquelle anzuregen und aufgrund des von der Probe emittierten Raman-Signals beziehungsweise Fluoreszenz-Signals chemisch unterschiedliche Materialien der Probe abzubilden.
Bei der konfokalen Mikroskopie wird das Licht einer Lichtquelle auf dem Weg zur Probe durch ein Objektiv geleitet und so auf einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich beziehungsweise Punkt der Probenoberfläche fokussiert. Gleichzeitig kann das Objektiv dazu dienen, das von der Probe emittierte Licht, insbesondere das emittierte Raman- beziehungsweise Fluoreszenz-Licht aufzunehmen und an einen Detektor zu leiten. Mit Hilfe des Objektivs ist es also möglich, einen Punkt bzw. einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probe konfokal im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Beleuchtungs- und/oder Detektions-Strahlengangs abzubilden. Wird die Probe bzw. das Objektiv bzw. die Beleuchtung verfahren, so ist es möglich, einen Scan in x-y durchzuführen und so die ganze Probe abzurastern. Bei einer konfokalen Abbildung wird eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, auf einen sich aus der Wellennatur des Lichtes ergebenden Fokus (Abbe-Bedingung) bzw. einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich, im Idealfall auf einen Punkt der Probe abgebildet. Anschließend wird dieser Bildpunkt vorzugsweise mit derselben Optik, das heißt mit dem gleichen Objektiv auf eine Lochblende, ein sogenanntes Pinhole, vor einem Detektor fokussiert. Anstelle der Anordnung eines separaten Pinholes vor dem Detektor wäre es auch möglich, dass der Detektor selbst das Pinhole darstellt. Wird die konfokale Abbildung für die Mikroskopie eingesetzt, so erreicht man eine erhebliche Steigerung des Bildkontrastes, da zur Abbildung nur die Fokusebene des Objektivs beiträgt.
Die konfokale Messung hat bei vielen Anwendungen, z. B. Raman- und/oder Fluoreszenzmessungen Vorteile, da ein vorhandener Streulichtuntergrund sehr stark unterdrückt wird. Problematisch bei konfokalen Messungen bzw. konfokaler Mikroskopie ist jedoch, dass durch Drift, Probenunebenheit, Rauhigkeit, aber auch Verkippung der Probe oftmals die abzubildende Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche beim Abrastern der Probe nicht in der Fokusebene bleibt.
Betreffend die konfokale Lichtmikroskopie wird auf die DE 199 02 234 A1 verwiesen, in der ein Mikroskop mit einem konfokalen Objektiv eingehend beschrieben ist. Bei der konfokalen Mikroskopie, insbesondere bei der konfokalen Raman-Mikroskopie und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie an Oberflächen, insbesondere an größeren Probenbereichen und an technischen Oberflächen, ergibt sich das Problem, dass eine Abbildung nur sehr schwer möglich ist, da oftmals eine nicht hinreichend flache Probentopographie gegeben ist. Bei einem Scan in einer vorgegebenen Ebene, einem sogenannten X-Y-Scan, verlässt dann die Probenoberfläche immer wieder die Fokusebene des Mikroskops, so dass eine einfache und vollständige Abbildung der Probenoberfläche bzw. der Probe nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung anzugeben, mit der bzw. mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können. Insbesondere soll es die Erfindung ermöglichen, eine Ebene bzw. eine Fläche, insbesondere eine Oberfläche einer Probe konfokal abzubilden. Dies soll auch bei Proben mit nicht hinreichend flacher Probentopographie, beispielsweise einer gekrümmten Probe, möglich sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Abbildung einer Ebene bzw. Fläche, insbesondere einer Probenoberfläche mit einer Topographie mit Hilfe konfokaler Mikroskopie angegeben wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Werte für die Topographie der Oberfläche bestimmt werden und mit Hilfe der Werte für die Topographie der Oberfläche die abzubildende Fläche, insbesondere Oberfläche, beim Rastern in die konfokale Ebene für die konfokale Mikroskopie verbracht wird.
Die Abbildung der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche mit konfokaler Mikroskopie, wird durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche mit einer Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche in einer Fokusebene auf einen Detektor erreicht.
Die Probe kann auf zwei Arten und Weisen bei Kenntnis der Werte der Oberflächentopographie in der konfokalen Ebene gehalten werden.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst der abzubildende Teil der Probe gerastert und hierbei die Werte für die Oberflächentopographie aufgenommen werden und daran anschließend unter Berücksichtigung der Oberflächentopographie eine Probenebene abgebildet wird. Die Werte für die Oberflächentopographie werden bei diesem Verfahren dazu genutzt, die Probe derart zu verfahren, dass die abzubildende Ebene beim Abrastern der Probe mit Hilfe eines konfokalen Mikroskops, insbesondere eines konfokalen Raman- oder Fluoreszenzmikroskops in der Fokusebene verbleibt, unabhängig von Probenunebenheiten oder Krümmungen.
Was in vorliegender Anmeldung unter der Topographie einer Oberfläche bzw. unter einer Probentopographie verstanden wird, soll beispielhaft für ein konfokales Raman Mikroskop mit einem konfokalen chromatischen Sensor beschrieben werden. Unter Probentopographie werden bei einer derartigen Anordnung mit einem konfokalen chromatischen Sensor Probenunebenheiten größer mm, insbesondere größer 10 nm, bevorzugt größer als 100 nm verstanden.
Unter Rauhheiten werden in vorliegender Anmeldung Probenunebenheiten, im Wesentlichen in z-Richtung, verstanden, die insbesondere aufgrund der lateralen Ausdehnung des Lichtfleckes des konfokalen chromatischen Sensors nicht aufgelöst werden können. Bei einem Raman-Mikroskop mit einem konfokalen chromatischen Sensor wären dies beispielsweise Probenunebenheiten im Wesentlichen in z-Richtung von weniger als als beispielsweise 100 nm, bevorzugt weniger als 10 nm, insbesondere weniger als mm, also der sub-μm-Bereich.
Ein derartiges Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt für eine Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Probe die Werte für die Topographie der Oberfläche ermittelt und hieraus die Oberflächentopographie der Probe bestimmt wird und in einem zweiten Schritt die Probe an die Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen und unter Berücksichtigung der im Schritt 1 ermittelten Werte für die Oberflächentopographie in die konfokale Ebene verbracht wird. Dies ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem zunächst die Oberflächentopographie bestimmt wird, dann die konfokale Mikroskopie durchgeführt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird zunächst an einem im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probe ein Wert für die Oberflächentopographie bestimmt, die Probe in die Fokusebene der abzubildenden Ebene verbracht und anschließend dieser Bereich konfokal, z. B. mit Hilfe konfokaler Raman- oder Fluoreszenzmikroskopie abgebildet. Auf diese Art und Weise kann die gesamte Probe abgerastert werden. Dieses weitere Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass

– beim Rastern die Probe zunächst an einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich verbracht, ein Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen punktförmige Bereich abgebildet wird;
– nach Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches in einem weiteren Schritt die Probe an einen weiteren, im Wesentlichen punktförmigen Bereich verfahren wird und dort wiederum ein weiterer Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem weiteren Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen weitere punktförmige Bereich abgebildet wird, wobei die Schritte so lange wiederholt werden, bis wenigstens ein Teil der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche, abgerastert ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ermittlung der Werte für die Oberflächentopographie mit Hilfe eines Oberflächentopographiesensors, beispielsweise eines konfokalen chromatischen Sensors erfolgt.
Obwohl beispielhaft vorliegend als Oberflächentopographiesensor ein konfokaler chromatischer Sensor genannt wurde, ist die Erfindung hierauf keineswegs beschränkt.
Oberflächentopographiesensoren können jedwede Art von berührungslosen bzw. berührenden Sensoren sein, mit denen Informationen über die Topographie einer Probenoberfläche gewonnen werden können. Beispiele für taktile Sensoren sind beispielsweise Oberflächentopographiesensoren, die als sogenannte Profilometer bezeichnet werden, Tastschnittgeräte oder Atomic-Force-Mikroskope (AFM).
Beispiele für nicht berührende Sensoren sind im Wesentlichen optische Sensoren, die Oberflächentopographiesensoren auf Basis eines Weißlichtinterferrometers, eines Triangulationssensors, eines Laser-Scanning-Systems oder eben der beschriebene konfokale chromatische Sensor.
Ein konfokaler chromatischer Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass bei Bestrahlung mit Weißlicht das Licht unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen abgebildet wird. Wird das reflektierte in unterschiedliche Fokalebenen abgebildete Licht durch ein Rinhole auf ein Spektrometer abgebildet und mit Hilfe eines Spektrometers ausgewertet, so kann aus diesem Signal direkt der Abstand beispielsweise des konfokalen chromatischen Sensors zur Oberfläche der Probe bestimmt und damit die Oberflächentopographie ermittelt werden.
Hierbei macht man es sich zunutze, dass die Wellenlänge, in deren fokalen Ebene sich die Probenoberfläche befindet beispielsweise in einem Spektrometer ein Intensitätsmaximum zeigt. Dies ermöglicht es, dass jeder Wellenlänge im Spektrometer ein Probenabstand zuordenbar ist. Mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors ist es also möglich, rein optisch schnell und direkt die Topographie der Probe zu bestimmen.
Der konfokale chromatische Sensor ermöglicht eine optische Bestimmung der Probenoberflächentopographie und damit ein Rastern der Proben und eine konfokale Abbildung der Probenoberfläche auch bei nicht hinreichend flacher Topographie.
Insbesondere ist es möglich mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors beispielsweise bei einem Raman-Mikroskop die Fokusebene nachzuführen und somit die konfokale Raman-Mikroskopie auch bei ausgeprägter, d. h. nicht ebener Probentopographie zu betreiben. Besonders bevorzugt umfasst der konfokale chromatische Sensor ein optisches System, insbesondere ein Linsensystem mit einem großen chromatischen Fehler. Bei einem Linsensystem wird unter einem chromatischen Fehler beziehungsweise der chromatischen Abberation ein Fehler verstanden, der verursacht wird durch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindezes des bei den Linsen verwendeten Materials. Anstelle von Linsen als optischem Komponenten zur Erzeugung eines großen chromatischen Fehlers könnten auch diffraktive Komponenten beim konfokalen chromatischen Sensor eingesetzt werden. Aus der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex des Glases der refraktiven Komponente folgt dann, dass auch die Brennweite eine Wellenlängenabhängigkeit aufweist, das heißt die konfokale Ebene für unterschiedliche Wellenlängen an unterschiedlichen Orten zu liegen kommt.
Betreffend konfokale chromatische Sensoren wird beispielhaft auf die konfokalen chromatischen Sensoren der Firma Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Königsbacher Straße 15, 94496 Ortenburg, Deutschland, www.micro-epsilon.de Bezug genommen, wobei der Offenbarungsgehalt der Internet-Seite voll umfänglich in die Anmeldung mit einbezogen wird. Konfokale chromatische Sensoren eignen sich besonders für die Abstandsmessung bzw. Bestimmung der Werte für die Oberflächentopographie, insbesondere im Bereich von größer 1 nm, bevorzugt größer 10 nm insbesondere größer 100 nm da sie aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit und ihrem gleichzeitig großen Messbereich der beispielsweise von 100 μm bis 40 mm, insbesondere von 120 μm bis 10 mm ganz bevorzugt 400 mm bis 12 nm reicht, nicht nachfokussiert werden müssen. Der Lichtfleck in der x-y-Ebene hat eine Größe, im Bereich von beispielsweise 3 μm bis 200 μm, bevorzugt 7 μm bis 100 μm, insbesondere 10 μm bis 150 μm je nach Messbereich sowie einen großen Arbeitsabstand, der je nach Sensor von größer als 3 mm bis größer als 200 mm reicht.
Wie zuvor für das erste Verfahren beschrieben, kann in einem zweistufigen Prozess zunächst die Probenoberfläche mit einem konfokalen chromatischen Sensor vermessen werden und anschließend diese Topographie in einer konfokalen optischen Messung, beispielsweise einer konfokalen Raman-Mikroskopie, nachgefahren werden. Auf diese Art und Weise wird eine vorbestimmte Ebene einer Probe, z. B. die Oberfläche, konfokal abgebildet.
Das Licht einer nicht monochromatischen, bevorzugt breitbandigen Lichtquelle wird bei dem konfokalen chromatischen Sensor durch das refraktive Linsensystem, auf den im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probenoberfläche als Lichtfleck geleitet, von der Probe reflektiert, gesammelt und mit Hilfe eines Spektrometers ausgewertet, wobei die Wellenlänge, in deren fokalen Ebene sich die Probenoberfläche befindet, im Spektrometer ein Intensitätsmaximum zeigt. Bevorzugt handelt es sich bei der nicht monochromatischen, bevorzugt breitbandigen Lichtquelle um eine Weißlichtquelle, d. h. eine breitbandige Lichtquelle im sichtbaren Wellenlängenbereich. Möglich wären aber auch breitbandige Lichtquellen, die nicht sichtbares Licht aussenden, beispielsweise im IR-Wellenlängenbereich oder im ultravioletten Wellenlängenbereich. Eine derartige Beleuchtung der Probenoberfläche würde die Möglichkeit geben, die Strahlengänge vom konfokalen chromatischen Sensor und beispielsweise Ramanmikroskop zu entkoppeln und das gleiche Objektiv sowohl für die Raman-Messungen mit Hilfe des Ramanmikroskopes sowie für den chromatischen Sensor zu verwenden. Allerdings müsste bei einer derartigen Ausgestaltung wegen des unterschiedlichen chromatisjchen Verhaltens in unterschiedlichen Wellenlängen ein gewisser Offset berücksichtigt werden.
Damit ist es möglich, mit Hilfe des Spektrometers den Abstand von Sensor zur Probenoberfläche zu bestimmen, da jeder Wellenlänge genau ein Probenabstand zuordenbar ist.
Neben der Bestimmung der Werte der Oberflächentopographie mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors sind auch andere Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise wäre es auch möglich, nicht die Oberflächentopographie mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors zu bestimmen, sondern die Probe könnte auch entlang der z-Richtung beispielsweise periodisch bewegt werden. Hierdurch würde die Probe in z-Richtung periodisch durch den Fokus bewegt. Durch periodisches Bewegen der Probe kann man einen Mittelwert in Richtung senkrecht zur Probenoberfläche, d. h. in z-Richtung, erhalten und so ein immer scharfes Bild der Probenoberfläche mit relativ gleichmäßiger Intensität. Dieses Verfahren wird auch als extended-focus-Verfahren bzw. ausgedehntes Fokus-Verfahren bezeichnet. Hierbei ist es allerdings erforderlich, die Modulationstiefe der Bewegung der Rauhigkeit beziehungsweise Topographie der Probe anzupassen.
Das Bewegen der Probe zur Fokusbestimmung, wie zuvor beschrieben, eine sogenannte ausgedehnte Fokusmessung, kann man auch mit einer automatischen Fokusnachführung kombinieren. Hierbei wird das Zentrum der Modulation, d. h. der periodischen Bewegung, in z-Richtung nachgeführt, um bei sehr rauhen Proben die Modulationstiefe nicht zu groß wählen zu müssen. Hierbei macht man sich zunutze, dass während der Modulation sich der Fokus der Lichtquelle durch die Oberfläche bewegt. Das dabei detektierte Signal ähnelt einer Gausskurve, dessen Lage des Maximums mit der idealen Fokussierung auf die Oberfläche übereinstimmt. Gibt man nun die Position der maximalen Intensität auf einen Regler, so ermöglicht dies, das Zentrum der Modulation nachzuführen. Durch diese Art der Messung kann man wiederum die Topographie der Probe bestimmen, da das Intensitätsmaximum bei dem modulierten Signal mit der Probentopographie korreliert.
Die Bewegung der Probe in z-Richtung, um Oberflächenrauheiten auszugleichen, kann auch der Nachführung der Probe aufgrund einer mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors bestimmten Oberflächentopographie überlagert sein. Die Kombination beider Verfahren ermöglicht es dann, die Oberflächentopographie einer Probe zu berücksichtigen und gleichzeitig Oberflächenrauheiten auszugleichen. Eine solche Nachführung ist beispielhaft in 6 der Anmeldung detailliert beschrieben. Auf die dortige Beschreibung wird verwiesen.
Besonders bevorzugt ist es, dass das konfokale Raman-Mikroskop und/oder Fluoreszenz-Mikroskop eine Lichtquelle zum Anregen einer Lichtemission in der Probe umfasst sowie einen Detektor zur Detektion der durch die Lichtemission emittierenden Photonen, insbesondere der emittierten Raman- und/oder Fluoreszenz-Photonen.
Neben dem Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Abbildung der Oberfläche einer Probe durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Oberfläche, umfassend eine Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche in eine Fokusebene auf einem Detektor zur Verfügung, wobei die Vorrichtung bevorzugt einen Oberflächentopographiesensor aufweist. Der Oberflächentopographiesensor ist dabei bevorzugt eine eigenständige Einrichtung. Als Oberflächentopographiesensor sind jedwede Art von Sensoren geeignet, mit denen es möglich ist, die Oberflächentopographie, d. h. die Abweichung beispielsweise einer Probenoberfläche von der Probenebene in Richtung senkrecht zur Probenoberfläche, d. h. in z-Richtung, zu messen. Derartige Oberflächentopographiesensoren können sowohl berührungslose wie nicht berührungslose, d. h. taktile Oberflächentopographiesensoren, sein. Beispiele für taktile Oberflächentopographiesensoren sind mechanische Profilometer, Atomic-Force-Mikroskope (AFM-Mikroskope), beispielsweise das AFM-Mikroskop alpha 300A der WiTec GmbH oder Tastschnittgeräte.
Beispiele für berührungslose Oberflächentopographien sind insbesondere optische Sensoren wie Weißlichtinterferrometer, Triangulationssensoren, Laser-Scanning-Systeme, die beispielsweise die konfokale Mikroskopie ausnutzen sowie konfokale chromatische Sensoren.
Ist der Oberflächentopographiesensor ein optischer Sensor, so hat dieser bevorzugt einen eigenständigen Strahlengang neben der Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche.
Kombiniert man ein taktiles Verfahren zur Bestimmung der Oberflächentopographie mit einem konfokalen optischen Mikroskop, beispielsweise einem konfokalen Raman-Mikroskop, so eignet sich als taktiles Verfahren für eine Kombination mit der Raman Mikroskope die Atomic-Force-Mikroskopie (AFM).
Betreffend AFM-Mikroskope wird auf die WO 02/48644 A1 verwiesen, die ein derartiges AFM zeigt. Bei einem AFM wird insbesondere mit Hilfer einer Rastersonde in Form einer Spitze die Probenoberfläche abgetastet.
Der Offenbarungsgehalt der WO 02/48644 wird voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.
Wie zuvor beschrieben, wird bei der konfokalen Mikroskopie das Licht der monochromatisch Lichtquelle auf dem Weg zur Probe durch ein Objektiv geleitet und so im Wesentlichen auf einem Punkt der Probenoberfläche fokussiert. Im Fall die Vorrichtung insbesondere ein konfokales Raman-Mikroskop ist, kann vorgesehen sein, dass ein Spektrometer das Licht, das von der Probe emittiert wird, d. h. das Raman- beziehungsweise Fluoreszenz-Licht spektral zerlegt. Eine solche spektrale Zerlegung kann in dem Spektrometer zum Beispiel mit einem Gitter oder einem Prisma erfolgen. Wird das so zerlegte Licht mit einer CCD-Kamera aufgenommen, so ist es möglich, ein komplettes Spektrum des von der Probe gestreuten Raman- bzw. Fluoreszenz-Lichtes aufzunehmen. Der Vorteil der spektralen Zerlegung des Raman-Lichtes bei einem Raman-Mikroskop liegt daran, dass zum Beispiel durch Drehen des Gitters im Spektrometer ein beliebiger Spektralbereich für den Detektor zur Messung selektiert werden kann.
Die Vorrichtung, insbesondere das konfokale Mikroskop, bevorzugt das konfokale Raman- und/oder konfokale Fluoreszenz-Mikroskop kann einen verfahrbaren Probentisch aufweisen, der es ermöglicht, durch Verfahren der Probe beispielsweise die Probenoberfläche abzubilden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Anregungslichtquelle beziehungsweise der Detektor verfahren werden, um ein Abbild der Probe zu erhalten. Auch ist es möglich, räumliche Karten von spektralen Eigenschaften der Probe aufzunehmen. Insbesondere mit einer konfokalen Abbildung wird eine sehr hohe Tiefenschärfe erreicht. Die Verfahrbarkeit des Probentisches ermöglicht ein Abrastern der Probe beziehungsweise eines Probenbereiches.
Wie zuvor beschrieben, ist der konfokale chromatische Sensor in der Regel zusätzlich zur abbildenden Vorrichtung, d. h. mit eigenem Strahlengang angeordnet.
Die beispielsweise mit Hilfe eines konfokalen optischen Sensors bestimmte Oberflächentopographie kann dazu verwendet werden, in einer nachgeschalteten oder simultan durchgeführten Raman-Messung verwendet zu werden, um die Probenoberfläche beim Abrastern ständig in der Fokalebene des Objektivs, z. B. in der Ebene für die konfokale Raman-Mikroskopie zu halten. Hierzu erweitert man den X-Y-Scan der Probe auf einen X-Y-Z-Scan, wobei der Z-Scan dazu dient, die Probentopographie auszugleichen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben werden:
Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Raman-Mikroskops;
2 eine Topographie einer Münze gemessen mit einer Vorrichtung mit einem konfokalen chromatischen Sensor.
3 ein Topographiebild, überlagert mit Informationen aus der Raman-Mikroskopie;
4 einen optischen Strahlengang für eine ausgedehnte Fokusmessung und eine automatische Fokusnachführung;
5a–5b eine Aufnahme einer rauen Siliciumoberfläche als konfokales Raman-Bild (5a) und als konfokales Raman-Bild, wobei die Probe bzw. das Objektiv periodisch in z-Richtung bewegt wird (5b);
6 Schema eines Regelkreises für eine automatische Fokusnachführung;
7a–7b eine Messung mit konfokaler automatischer Fokusnachführung als optisches Bild und als Topographiebild.
Obwohl vorliegende Erfindung nachfolgend an den Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung zur Abbildung einer Probenoberfläche, insbesondere mit gestreutem Ramanlicht, einem so genannten konfokalen Raman-Mikroskop beschrieben wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr umfasst sie sämtliche konfokale Mikroskope, insbesondere auch konfokale Lichtmikroskope oder Fluoreszenzmikroskope. Auch für derartige konfokale Mikroskope kann ein chromatischer Sensor eingesetzt werden, um die konfokale Ebene bei ausgeprägter Oberflächentopographie der zu untersuchenden Probe nachzuführen.
In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines konfokalen Raman-Mikroskops zur Aufnahme einer Probenoberfläche dargestellt. Mit Hilfe der konfokalen Raman-Mikroskopie können chemische Eigenschaften und Phasen von flüssigen und festen Komponenten analysiert werden bis in den Bereich des durch Beugung begrenzten Auflösungsvermögens von ungefähr 200 Nanometern. Eine Markierung der Probe beispielsweise mit Fluoreszenzstoffen wie in der Fluoreszenzmikroskopie ist nicht notwendig. Durch den konfokalen Aufbau wird eine Tiefenauflösung zur Verfügung gestellt, die es erlaubt, die Probe in die Tiefe zu analysieren, ohne beispielsweise Schnitte durchführen zu müssen.
Bei der konfokalen Mikroskopie wird eine punktförmige Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser, auf einem Punkt der Probe abgebildet. Anschließend wird dieser Bildpunkt vorzugsweise mit derselben Optik auf eine Lochblende, ein so genanntes Pin-Hole, vor einem Detektor fokussiert. Die Größe der Lochblende muss dabei angepasst an als die beugungsbegrenzte Abbildung des Beleuchtungsbildes sein. Das Bild wird nun dadurch erzeugt, dass ein Punkt der Beleuchtungsquelle über die Probe gerastert wird, die Probe also Punkt für Punkt abgetastet wird. Mit dieser Art der Abbildung erreicht man eine erhebliche Steigerung des Bildkontrastes, da zur Abbildung nur die Fokusebene des Objektivs beiträgt. Außerdem kann die Auflösung aufgrund der Faltung des Beugungspunktes in der Apertur der Lochblende um etwa den Faktor √2 auf etwa λ/3 reduziert werden Zusätzlich kann man ein dreidimensionales Bild der Probenstruktur mit einer axialen Auflösung von etwa einer Wellenlänge erhalten.
Betreffend die konfokale Mikroskopie wird beispielsweise auf die DE 199 02 234 A1 verwiesen.
In 1 ist ein Aufbau eines konfokalen Raman-Mikroskopes beispielsweise des Mikroskopes alpha300 R der Witec GmbH, D – 89081 Ulm, Deutschland, dargestellt. Bei dem konfokalen Raman-Mikroskop 1 wird das Licht einer Lichtquelle 10 an einem Strahlteilerspiegel 12 nach einer Strahlaufweitung 14 in Richtung der Probe 16 auf den Probentisch 18 gelenkt. Der umgelenkte Lichtstrahl 19 wird dabei durch eine geeignete Optik auf einen im wesentlichen punktförmigen Bereich 20 auf der Probe 16 fokussiert. Das Licht des Lasers 10 wechselwirkt mit der Materie der Probe 16. Es entsteht zum einen von der Probe zurückgestreutes Rayleigh-Licht derselben Wellenlänge wie das eingestrahlte Licht. Dieses Licht wird über einen Strahlenteiler 12 umgelenkt auf einen Kantenfilter bzw. Notchfilter 13 und gelangt nicht in die Detektionsoptik.
Das Licht mit unterschiedlicher(n) Frequenz(en), als das von der Probe emittierte Rayleigh-Licht, nämlich das Raman-Licht, durchtritt den Strahlenteiler 12. Hinter dem Strahlenteiler 12 ist das Raman-Licht mit Bezugsziffer 22 gekennzeichnet.
Über ein nicht dargestelltes Pin-Hole wird das Raman-Licht 22 in eine Lichtleitfaser 30 eingekoppelt und gelangt zu einem Spektrometer 40. Im Spektrometer 40 wird der Strahl mit Raman-Licht durch eine geeignete Optik wieder aufgeweiet, ergebend den Strahl 42, der auf einen Gitterspektralfilter 44 trifft. Der Gitterspektralfilter 44 beugt das Licht entsprechend seiner Wellenlänge in unterschiedliche Richtungen, so dass auf dem CCD-Chip 50 ortsabhängig ein spektrales Signal aufgenommen werden kann. Der CCD-Chip 50 weist beispielsweise 1024 Kanäle auf, so dass insgesamt 1024 Kanäle des CCD-Chips Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufnehmen können.
Das Bild der Probe entsteht durch Abrastern in der x-/y-Ebene in Pfeilrichtung 130.
Zur Justage bzw. zur Beobachtung kann auch Licht einer Weißlichtquelle 120 auf die Probe 16 eingekoppelt werden.
Das konfokale Raman-Mikroskop 1 umfasst des Weiteren einen konfokalen chromatischen Sensor 80. Der konfokale chromatische Sensor 80 ist zusätzlich zum konfokalen Raman-Mikroskop 1 ausgeführt. Der konfokale chromatische Sensor umfasst einen eigenen, vom Raman-Mikroskop 1 unabhängigen Strahlengang. So weist der konfokale chromatische Sensor 80 eine eigene Weißlichtquelle 8120, ein refraktives optisches Element 8122, eine optische Anordnung zur Aufnahme des von der Probe reflektierten Lichtes sowie eine lichtempfindliche Sensoreinheit auf, der die zugehörige Spektralfarbe erkennt und ausgewertet werden kann, beispielsweise ein Spektrometer, auf.
Das Licht der Weißlichtquelle 8120 tritt durch das Linsensystem mit einem hohen chromatischen Fehler des refraktiven optischen Elements hindurch. Dabei wird das eingestrahlte Weißlicht je nach Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen abgebildet. Das in unterschiedliche Fokalebenen abgebildete Licht wird von der Probe 16 reflektiert, z. B. von der Optik aufgenommen und dem Spektrometer 8140 als Sensorbauteil zugeführt. Mit Hilfe des Spektrometers 8140 kann das Signal ausgewertet werden und aus diesem Signal direkt der Abstand des refraktiven optischen Elementes 8122 des konfokalen chromatischen Sensors 80 zur Oberfläche der Probe 16 bestimmt und damit die Oberflächentopographie ermittelt werden.
Hierbei macht man sich zunutze, dass die Wellenlänge, in deren fokaler Ebene sich die Probenoberfläche befindet, beispielsweise in einem Spektrometer 8140 ein Intensitätsmaximum zeigt. Die Bestimmung der Intensitätswerte ermöglicht es, dass jeder Wellenlänge im Spektrometer 8140 ein Probenabstand, d. h. ein Abstand Probe 16 – refraktives optisches Element 8122 zuordenbar ist. Mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors 80 ist es also möglich, rein optisch schnell und direkt, d. h. ohne ein zeitaufwändiges Scannen senkrecht zur Probenebene, d. h. in z-Richtung, die Topographie der Probe zu bestimmen.
Der konfokale chromatische Sensor 80 ermöglicht damit eine optische Bestimmung der Probenoberflächentopographie.
Obwohl in vorliegendem Ausführungsbeispiel der konfokale chromatische Sensor einen eigenen Strahlengang aufweist, ist dies nicht zwingend. In einer alternativen Ausführungsform kann der Strahlengang des konfokalen chromatischen Sensors auch in den des konfokalen Mikroskops, beispielsweise des konfokalen Raman-Mikroskops, integriert sein.
Das aufgenommene Licht der Topographie- bzw. Raman-Messung mit Hilfe des CCD-Chips 50 wird an eine Auswerteeinheit 100 übertragen. Die Auswerteeinheit 100 ist Teil einer Steuerung des Probentisches 18. Von der Auswerteeinheit 100 werden auch die genauen Positionen in x- und y-Richtung und in z-Richtung des Probentisches 18 aufgenommen. Im Allgemeinen erfolgt das Abrastern der Probe 16 durch Verschieben des als Verschiebetisch 110 ausgelegten Probentisches. Der Verschiebetisch kann als Piezotisch ausgebildet sein. Die Verschiebung des Verschiebetisches 110 mit den darauf angeordneten Proben in x-, y- und z-Richtung kann mit Piezoelementen erfolgen.
Die Oberflächentopographie bzw. das Bild der Probe wird durch Abrastern in der x-, y-Ebene bestimmt. Hierzu kann die Lichtquelle oder die Einkoppelfaser bewegt werden und/oder die Probe. Wird zunächst die Oberflächentopographie bestimmt, so werden die Werte für die Oberflächentopographie aufgenommen und zugeordnet zu den jeweiligen, im Wesentlichen punktförmigen Bereichen abgelegt. Nachdem die ganze Probe abgerastert und die Werte der Oberflächentopographie bestimmt wurden, wird die Probe zumindest an einen Teil der im Wesentlichen punktförmigen Bereiche, für die die Werte der Oberflächentopographie bestimmt wurden, verbracht, um an diesen Punkten Raman- und/oder Fluoreszenzmessungen unter Berücksichtigung der Oberflächentopographie durchzuführen. Bei diesem Verfahren handelt es sich somit um ein sogenanntes Zwei-Pass-Verfahren, d. h. die Topographie- und Raman-Messung erfolgt zeitlich nacheinander. Bei diesem Verfahren könnte man zusätzlich kleine Modulationen um die Topographie vornehmen, wodurch einer Probenrauhigkeit Rechnung getragen wird.
In 2 ist die Topographie einer 10-Cent-Münze, gemessen mit einem konfokalen chromatischen Sensor (Bezugsziffer 80 in 1), dargestellt. Wiederum ist die x-, y-Ebene angegeben, in der der Scan durchgeführt wird.
Die Topographie erstreckt sich in der z-Richtung. Durch den chromatischen Sensor 80 gemäß 1, bei dem Weißlicht durch das refraktive optische Element auf die Probe in der x-, y-Ebene gelenkt wird, wird aufgrund des großen chromatischen Fehlers des refraktiven Linsensystems des chromatischen Sensors 80 Licht unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen, abgebildet. Wird nunmehr das von der Probe 16 reflektierte Licht spektral analysiert, beispielsweise in einem Spektrometer, so kann man aus der Intensitätsverteilung Schlüsse auf den Abstand Sensor – Probenoberfläche ziehen. Dabei gilt, dass die Wellenlänge, in deren fokaler Ebene sich die Probenoberfläche befindet, im Spektrum ein Intensitätsmaximum zeigt. Wird nunmehr die Probe in der x-, y-Richtung abgerastert, so kann man zu jedem weitgehend punktförmigen Bereich der Probe bestimmen, bei welcher Wellenlänge das Intensitätsmaxium auftritt. Aus der Wellenlänge wiederum kann man aufgrund des chromatischen Fehlers dann auf den Abstand des chromatischen Sensors zur Oberfläche und damit auf eine Oberflächentopographie zurückschließen.
Das Topographiebild erhält man wiederum durch Abrastern in x-/y-Richtung. Wird an einem Punkt z. B. festgestellt, dass die Wellenlänge, bei der das Intensitätsmaximum auftritt, bei 500 nm liegt, an einem anderen Ort der Probe jedoch beispielsweise bei 550 nm, so ist der eine Bereich gegenüber dem anderen Bereich beispielsweise erhöht.
Bei dem in 2 gezeigten Bild handelt es sich um eine solche rein topographische Aufnahme der Probenoberfläche, d. h. 2 ist lediglich eine Darstellung der Oberflächentopographie mit Hilfe eines chromatischen Sensors ohne jedwede Information über Substanzen der Oberfläche, die beispielsweise mittels Raman- oder Fluoreszenzmessungen ermittelt werden können.
3 zeigt hingegen eine Aufnahme einer Oberfläche, bei der zusätzlich zur Oberflächentopographie, die mittels des chromatischen Sensors bestimmt wurde, auch Raman-Daten im Rahmen der konfokalen Raman-Mikroskopie erhoben wurden. Wiederum ist die x-/y-Richtung sowie die z-Richtung angegeben.
In x-/y-Richtung beträgt die Abmessung je 12 mm, in z-Richtung 384 Mikrometer.
Bei der untersuchten Oberfläche handelt es sich um eine Oberfläche einer Tablette. Die Wirkstoffverteilung in der Tablette selbst wurde mit Hilfe von Raman-Spektren ermittelt.
Mit Hilfe des Topographiebildes wurde simultan zu den durchgeführten Raman-Messungen die Probenoberfläche ständig in der Fokalebene des Raman-Objektivs gehalten. Hierdurch konnte 3 erhalten werden.
Bei der Aufnahme gemäß 3 wurde in dem Topographiebild die mit den ersten Raman-Spektren gewonnene Information über die Wirkstoffverteilung hinzugefügt.
3 ist erstmalig eine Darstellung, bei der eine Wirkstoffverteilung in einer nicht ebenen Probe ermittelt werden konnte, gezeigt.
Anstelle der Bestimmung der Oberflächentopographie mittels chromatischer Sensoren wäre es auch möglich, die Probe entlang der z-Richtung periodisch zu bewegen. Hierdurch wird die Probe in z-Richtung durch den Fokus bewegt. Ist die Oberflächentopographie lediglich beispielsweise durch die Rauhigkeit der Probe verursacht, so kann man durch das Bewegen der Probe zumindest einen Mittelwert der Raman-Spektren in einer gemittelten x-/y-Ebene erhalten und so stets ein scharfes Bild der Probenoberfläche mit relativ gleichmäßiger Intensität.
In 4 ist der optische Strahlengang eines Systems gezeigt, in der die Probe in z-Richtung periodisch bewegt wird.
Das Anregungslicht wird von einer Laserlichtquelle 1000 bereitgestellt und über das Objektiv 1010 auf die Probenoberfläche 1016 gelenkt. Das durch diese Anregung erzeugte Licht, d. h. das reflektierte, emittierte bzw. gestreute Licht wird über den Strahlteiler 1030 auf den Detektor 1050, beispielsweise eine CCD-Kamera, gelenkt. Bei der Erzeugung von Raman-Licht handelt es sich um einen Streuprozeß.
Während die Probe in x-/y-Richtung an unterschiedliche Orte verbracht wird und das Bild der Probe durch Abrastern in x-/y-Richtung entsteht, wird die Probe zusätzlich noch in z-Richtung periodisch bewegt. Bei einer periodischen Bewegung der Probe in z-Richtung wird die Probe stets durch die konfokale Fokusebene bewegt. Hierdurch können Probenrauhigkeiten ausgemittelt werden.
Wie aus den 5a bis 5b hervorgeht, gelingt es, durch eine Bewegung in der z-Richtung dann auch bei einer rauen Oberfläche, ein Signal für die konfokale Raman-Messung zu erhalten. Dies soll nachfolgend erläutert werden.
Hierbei zeigt 5a eine konfokale Raman-Messung ohne eine Modulation in z-Richtung.
Da sich viele Bereiche in 5a aufgrund der Raukeit der Probe nicht im Fokus befinden, sind viele Bereiche des Bildes dunkel, d. h. ohne Signal.
Bei eingeschalteter Modulation, d. h. Bewegung in z-Richtung, verschwinden die dunklen Bereiche und man erhält, wie in 5b gezeigt, ein stets scharfes Bild mit gleichmäßiger Intensität.
Ist die Modulationsamplitude groß genug, d. h. größer als die höchste Probentopographie, so kann durch die Ermittlung der Lage des Raman- und/oder Raleigh-Intensitätsmaximums bei jeder Modulationsperiode die Topographie bestimmt werden. In einem solchen Fall ist kein konfokaler chromatischer Sensor nötig. Die Methode ist eine Alternativmethode, um die Topographie zu ermitteln bzw. auszugleichen. Der Vorteil ist, dass es sich um ein Ein-Pass-Verfahren handelt, d. h. die Raman- und die Topographiemessung simultan erfolgt. Bei großen Amplituden befindet sich allerdings der Focus nur während eines kleinen Teils der Modulationsamplitude im Bereich der Probenoberfläche, was dazu führen kann, dass die Raman-Messzeit nicht effizient genutzt wird.
Um die Messzeit optimal zu nutzen, kann mit kleineren Modulationsamplituden gearbeitet werden. In einem solchen Fall sorgt eine Regelung dafür, dass die Modulation immer um den zuletzt gefundenen Topographiewert stattfindet, d. h. die Modulation in z-Richtung dazu genützt wird, eine konfokale automatische Fokusnachführung durchzuführen. Ein Signalverlauf für eine derartige Nachführung ist in 6 gezeigt.
Wie aus 6 hervorgeht, wird die Probe in z-Richtung moduliert und der Signalverlauf der Reflektion aufgenommen. Aus dem Signalverlauf der Reflektion wird die Position der maximalen Intensität bestimmt, wobei die Position der maximalen Intensität mit der optimalen Fokussierung auf die Oberfläche übereinstimmt. Gibt man nun die Position der maximalen Intensität auf einen Regler, so kann damit das Zentrum der Modulation nachgeführt werden, d. h. an die Oberflächentopographie der Probe angepasst werden. Eine Messung mit einer derartigen konfokalen automatischen Fokusnachführung ist in den 7a und 7b gezeigt. Hierbei zeigt 7a das reflektierte Licht und 7b die aus der Fokusnachführung bestimmte Oberflächentopographie der Probe.
In der Erfindung wird erstmals ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die es ermöglichen, Informationen über die Oberflächentopographie auf einfache Art und Weise und schnell zu erhalten. Insbesondere wird dies mit Hilfe eines chromatischen Sensors erreicht, der wiederum mit optischen Messmethoden, beispielsweise mit konfokale Raman-Mikroskopie, kombiniert werden kann. Alternativ kann die Oberflächentopographie mit Hilfe einer Modulation der Probe in z-Richtung ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19902234 A1 [0005, 0052]
WO 02/48644 A1 [0035]
WO 02/48644 [0036]

Claims

Verfahren zur Abbildung einer Fläche, insbesondere einer Oberfläche, einer Probe (16) mit einer Topographie der Oberfläche mit Hilfe konfokaler Mikroskopie, insbesondere konfokaler Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie in im Wesentlichen einer konfokalen Ebene, dadurch gekennzeichnet, dass Werte für die Topographie der Oberfläche bestimmt werden und mit Hilfe der Werte für die Topographie der Oberfläche die abzubildende Fläche, insbesondere Oberfläche, beim Rastern in die konfokale Ebene verbracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt für eine Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Probe die Werte für die Topographie der Oberfläche ermittelt und hieraus die Oberflächentopographie der Probe bestimmt wird und in einem zweiten Schritt die Probe an die Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen und unter Berücksichtigung der in Schritt 1 ermittelten Werte für die Oberflächentopographie in die konfokale Ebene verbracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Rastern die Probe zunächst an einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich verbracht, ein Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen punktförmige Bereich abgebildet wird; – nach Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches in einem weiteren Schritt die Probe an einen weiteren, im Wesentlichen punktförmigen Bereich verfahren wird und dort wiederum ein weiterer Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem weiteren Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen weitere punktförmige Bereich abgebildet wird, wobei die Schritte so lange wiederholt werden, bis wenigstens ein Teil der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche, abgerastert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Topographie der Oberfläche mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors mit wenigstens einem refraktiven optischen Element und einem Spektrometer ermittelt wird, wobei weißes Licht einer Lichtquelle durch das refraktive optische Element auf den im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Oberfläche der Probe gelenkt und das von dem im Wesentlichen punktförmigen Bereich reflektierte Licht mit Hilfe eines Spektrometers spektral analysiert wird, ergebend den Wert für die Topographie der Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Topographie der Oberfläche durch Bewegen, insbesondere periodisches Bewegen der Probe im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche und durch Analyse des optischen Signales bestimmt wird.
Vorrichtung (1) zur Abbildung der Oberfläche einer Probe (16) durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen (20) der Oberfläche, umfassend eine Einrichtung (21) zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche in einer Fokusebene auf einem Detektor (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Oberflächentopographiesensor, insbesondere einen konfokalen chromatischen Sensor (80) oder ein Profilometer oder ein AFM oder ein Weißlichtinterferrometer oder ein Triangulationssensor oder ein Laser-Scanning-System aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der konfokale chromatische Sensor (80) ein optisches System, insbesondere ein optisches System mit refraktiven und/oder diffraktiven Komponenten mit einem großen chromatischen Fehler und ein Spektrometer (40) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine der nachfolgenden Vorrichtungen ist: ein konfokales Raman-Mikroskop; ein konfokales Fluoreszenz-Mikroskop; ein konfokales Raman/Fluoreszenz-Mikroskop; ein konfokales Lichtmikroskop.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ein konfokales Raman-Mikroskop und/oder Fluoreszenz-Mikroskop ist und das konfokale Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskop eine Lichtquelle (10) zum Anregen einer Lichtemission in der Probe umfasst, und einen Detektor (50) zur Detektion der von der Probe in der Lichtemission emittierten Photonen, insbesondere der emittierten Raman- und/oder Fluoreszenz-Photonen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen punktförmige Bereich des konfokalen chromatischen Sensors im Bereich von 3 μm bis 200 μm, bevorzugt von 7 μm bis 100 μm, insbesondere 10 μm bis 40 μm liegt und/oder der Messbereich des konfokalen chromatischen Sensors zwischen 100 μm und 40 mm, bevorzugt zwischen 300 μm und 10 mm liegt und/oder die Auflösung in z-Richtung im Bereich 1 nm bis 1 μm bevorzugt zwischen 1 nm und 100 nm liegt.