DE102014205660B4 - Test specimen for the calibration of a Raman microscope - Google Patents

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Abstract

Prüfkörper (10) zur Kalibrierung der Position eines Probentischs eines Raman-Mikroskops mit einem Substrat (12) aus einem ersten Material, und einer darauf aufgebrachten Kalibrierstruktur, (14) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, wobei zumindest entweder das erste Material oder das zweite Material Raman-aktiv ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) eine Dicke dvon unter 30 nm aufweist.Test specimen (10) for calibrating the position of a sample table of a Raman microscope with a substrate (12) made of a first material and a calibration structure (14) made of a second material different from the first material, at least either the first material or the second material is Raman active, characterized in that the calibration structure (14) has a thickness d of less than 30 nm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfkörper zur Kalibrierung eines Probentischs eines Raman-Mikroskops sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpers zur Kalibrierung eines Probentischs eines Raman-Mikroskops.The invention relates to a test specimen for calibrating a sample table of a Raman microscope and a method for producing a test specimen for calibrating a sample table of a Raman microscope.

Ein Raman-Mikroskop ist ein Mikroskop, das die charakteristischen Vibrationsschwingungen in Molekülen zur Abbildung verwendet, indem nach einer Anregung der Moleküle mittels eines Lasers die bei der Relaxation ausgesandten Photonen detektiert werden und so die Stokes-Linien ermittelt werden. Mit einem Raman-Mikroskop werden so neben dem lichtoptischen Bild auch die Raman-Spektren der Probe aufgenommen. Es wird mit einem Rasterverfahren gearbeitet, so dass die Raman-Spektren ortsaufgelöst vorliegen. Dabei wird der untersuchte Bereich mit der gewählten Schrittweite zeilenweise Punkt für Punkt unter dem Mikroskopobjektiv hindurch bewegt. Dieses Verfahren wird „mapping“ genannt. Das Raman-Mikroskop kombiniert somit optische Mikroskopie und Raman-Spektroskopie.A Raman microscope is a microscope that uses the characteristic vibration vibrations in molecules for imaging, in that after excitation of the molecules by means of a laser, the photons emitted during the relaxation are detected and the Stokes lines are thus determined. In addition to the light-optical image, the Raman spectra of the sample are also recorded with a Raman microscope. A raster process is used so that the Raman spectra are spatially resolved. The examined area with the selected step size is moved line by point under the microscope objective. This process is called "mapping". The Raman microscope thus combines optical microscopy and Raman spectroscopy.

Raman-Mikroskope werden heutzutage insbesondere eingesetzt, um biologische Systeme auf zellularer Ebene, ggf. auch zeitaufgelöst, zu untersuchen. So können Abbildungen von lebenden Zellen erzeugt werden. Ebenfalls ist es möglich, über Markerverfahren z.B. Transportprozesse nachzuvollziehen, was beispielsweise für klinische Forschungsarbeiten relevant ist. Die Raman-Mikroskopie ist also eine vielseitige Messmethode zur zerstörungsfreien Charakterisierung von z.B. chemischer Probenzusammensetzung, Kristallinität und mechanischen Spannungseinflüssen. Da ortsaufgelöste Informationen im Mikrometerbereich durch schrittweises Abrastern der Probe unter dem Mikroskop erhalten werden, ist die die Qualität der erhaltenen Bilder maßgeblich von der Scan-Einrichtung abhängig.Raman microscopes are used today in particular to examine biological systems at the cellular level, possibly also in a time-resolved manner. In this way, images of living cells can be generated. It is also possible to use marker methods e.g. Understand transport processes, which is relevant for clinical research work, for example. Raman microscopy is a versatile measurement method for the non-destructive characterization of e.g. chemical sample composition, crystallinity and mechanical stress influences. Since spatially resolved information in the micrometer range is obtained by scanning the sample step by step under the microscope, the quality of the images obtained is crucially dependent on the scanning device.

Daher muss ein Raman-Mikroskop wie jedes hochauflösende scannende Mikroskop kalibriert werden. Insbesondere muss der Probentisch kalibriert werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Position der zu untersuchenden Probe mit ihrer tatsächlichen Position übereinstimmt. Eine übliche Methode zur Kalibrierung von Mikroskopen ist die Verwendung eines sogenannten Standards oder Normals. Bei einem solchen Standard bzw. Normal handelt es sich um Prüfkörper mit exakt definierten, messbaren Eigenschaften, die auf das internationale Einheitensystem (SI) durch eine lückenlos geschlossene Kalibrierkette rückgeführt sind. Der Prüfkörper wird mit dem Mikroskop vermessen und die erhaltenen Messergebnisse werden mit den aufgrund der über den Prüfkörper bekannten Daten verglichen und eine Kalibrierung durchgeführt.Therefore, a Raman microscope, like any high-resolution scanning microscope, must be calibrated. In particular, the sample table must be calibrated to ensure that the desired position of the sample to be examined matches its actual position. A common method for calibrating microscopes is to use a so-called standard. Such a standard is a test specimen with precisely defined, measurable properties that can be traced back to the international system of units (SI) through a completely closed calibration chain. The test specimen is measured with a microscope and the measurement results obtained are compared with the data known from the test specimen and a calibration is carried out.

Zur Kalibrierung von Scan-Einrichtungen an Raman-Mikroskopen werden bisher in der Regel Prüfkörper verwendet, die auch für andere Mikroskoparten verwendet werden können. Bekannte Prüfkörper, z.B. für Rasterkraftmikroskope, Rasterelektronenmikroskope oder Fluoreszenzmikroskope werden u. a. von der Fa. Plano und der Fa. NT-MDT hergestellt. Die verfügbaren 1D-Strichgitter mit 120 nm tiefen Einkerbungen zeigen jedoch keinen ausreichenden Raman-Kontrast zwischen den oberen und unteren Plateaus und führen zusätzlich zu störenden Kanteneffekten.For the calibration of scanning devices on Raman microscopes, test specimens have hitherto generally been used which can also be used for other types of microscope. Known test specimens, e.g. for atomic force microscopes, scanning electron microscopes or fluorescence microscopes u. a. manufactured by Plano and NT-MDT. However, the available 1D line gratings with 120 nm deep notches do not show sufficient Raman contrast between the upper and lower plateaus and additionally lead to disruptive edge effects.

Aus der US 7 450 227 B2 ist ein Substrat für die Raman-Spektroskopie bekannt, das einen porösen Metallfilm aufweist. Durch die Strukturierung wird das Raman-Streusignal um mehrere Größenordnungen vergrößert. Das dort beschriebene Substrat bzw. die dort beschriebenen Sensoren sind nicht dazu geeignet, die Ortsauflösung eines Raman-Mikroskops zu kalibrieren.From the US 7 450 227 B2 a substrate for Raman spectroscopy is known which has a porous metal film. The structuring increases the Raman scattering signal by several orders of magnitude. The substrate or the sensors described there are not suitable for calibrating the spatial resolution of a Raman microscope.

In der US 2013/0 149 500 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines nanostrukturierten Materials beschrieben, das zur Herstellung von Raman-Proben verwendet werden kann. Auch dieses Substrat ist nicht geeignet zur ortaufgelösten Kalibrierung von Raman-Mikroskopen.In the US 2013/0 149 500 A1 describes a method for producing a nanostructured material that can be used to produce Raman samples. This substrate is also not suitable for the spatially resolved calibration of Raman microscopes.

Die US 6 081 328 A beschreibt eine weitere Möglichkeit, das Raman-Spektrum einer Substanz zu verbessern, indem eine Metalllage auf die Oberfläche der Substanz aufgebracht wird. Danach wird der Laser, mit dem die Raman-Spektroskopie durchgeführt wird, auf die metallische Lage gerichtet, sodass der Laserstrahl durch diese Metalllage hindurchtritt. Die Raman-Streustrahlung verläuft erneut durch die metallische Lage und wird dann detektiert. Auch solche Proben sind zur ortsaufgelösten Kalibrierung von Raman-Mikroskopen nicht geeignet.The US 6 081 328 A describes another way to improve the Raman spectrum of a substance by applying a metal layer to the surface of the substance. The laser with which Raman spectroscopy is carried out is then directed onto the metallic layer so that the laser beam passes through this metallic layer. The Raman scattered radiation passes through the metallic layer again and is then detected. Such samples are also unsuitable for the spatially resolved calibration of Raman microscopes.

Aus der US 2013/0 242 297 A1 ist ein weiteres Substrat für SERS (SERS=Surfaceenhanced Raman Specostropy)-Untersuchungen bekannt. Die entsprechenden Substrate weisen eine Unterlage, eine erste Lage aus Metall-Nanopartikeln und eine zweite Lage aus einer Mehrzahl aus Metall-Nanopartikeln, die an der Oberfläche der Metall-Nanopartikel der ersten Lage anhaften, auf. Ein derartiges Substrat ist nicht für die ortsaufgelöste Kalibrierung von Raman-Mikroskopen geeignet.From the US 2013/0 242 297 A1 Another substrate for SERS (SERS = Surface Enhanced Raman Specostropy) investigations is known. The corresponding substrates have a base, a first layer of metal nanoparticles and a second layer of a plurality of metal nanoparticles which adhere to the surface of the metal nanoparticles of the first layer. Such a substrate is not suitable for the spatially resolved calibration of Raman microscopes.

Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Substrats ist aus der US 7 864 312 B2 bekannt. Dort wird eine Halbleiteroberfläche mit Kurzzeit-Laserpulsen beaufschlagt, sodass mikrometergroße Strukturen auf der Oberfläche geschaffen werden. Auch ein derartiges Substrat ist nicht zur ortsaufgelösten Kalibrierung eines Raman-Mikroskops tauglich.Another method for producing a substrate is known from the US 7 864 312 B2 known. There, a semiconductor surface is exposed to short-term laser pulses, so that micrometer-sized structures are created on the surface. Such a substrate is also not suitable for the spatially resolved calibration of a Raman microscope.

Ein weiteres Substrat ist aus der US 2013/0 196 449 A1 bekannt. Dieses Substrat besitzt eine signalverstärkende Struktur und einen Analytrezeptor, der an diese Struktur angebracht ist. Auch mit einem solchen Substrat ist eine ortsaufgelöste Kalibrierung eines Raman-Mikroskops nicht möglich. Another substrate is from the US 2013/0 196 449 A1 known. This substrate has a signal-enhancing structure and an analyte receptor attached to this structure. Even with such a substrate, a spatially resolved calibration of a Raman microscope is not possible.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Prüfkörper bereitzustellen, der eine gesteigerte Genauigkeit bei der Kalibrierung eines Raman-Mikroskops ermöglicht, wobei die Kalibrierung ohne zusätzliche apparative Ausrüstung vorgenommen werden kann.The object of the invention is therefore to provide a test specimen which enables increased accuracy in the calibration of a Raman microscope, the calibration being able to be carried out without additional equipment.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Prüfkörper mit einem Substrat aus einem ersten Material, und einer darauf aufgebrachten Kalibrierstruktur aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, wobei zumindest entweder das erste Material oder das zweite Material Raman-aktiv ist und wobei die Kalibrierstruktur eine Dicke d1 von unter 30 nm aufweist.The invention achieves the object by means of a test specimen with a substrate made of a first material and a calibration structure applied thereon made of a second material different from the first material, at least either the first material or the second material being Raman-active and the calibration structure being one thickness d 1 of less than 30 nm.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Raman-Prüfkörpers mit den Schritten:

  1. a. Aufbringen einer Schicht eines photosensitiven oder elektronenstrahlsensitiven Lacks auf einem Substrat, das aus einem ersten Material besteht,
  2. b. Belichten der Lackschicht mit einem zur Kalibrierung eines Raman-Mikroskops geeigneten Muster,
  3. c. Aufbringen einer Schicht einer Dicke d1 von unter 30 nm eines von dem ersten Material verschiedenen Materials auf das Substrat, wobei das erste Material und/oder das zweite Material Raman-aktiv ist,
  4. d. Entfernen der Schicht des photosensitiven Lacks .
The object is further achieved by a method for producing a Raman test specimen with the steps:
  1. a. Applying a layer of a photosensitive or electron-beam-sensitive lacquer to a substrate which consists of a first material,
  2. b. Exposing the lacquer layer with a pattern suitable for the calibration of a Raman microscope,
  3. c. Apply a layer of a thickness d 1 of less than 30 nm of a material different from the first material onto the substrate, the first material and / or the second material being Raman active,
  4. d. Remove the layer of photosensitive paint.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Prüfkörpers zur Kalibrierung eines Raman-Mikroskops.Furthermore, the object is achieved by using a test body according to the invention for the calibration of a Raman microscope.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Ausnutzung des im Raman-Mikroskop integrierten Raman-Spektrometers eine Kalibrierung höherer Genauigkeit erreicht werden kann. Erfindungsgemäß besteht ein Prüfkörper aus einem Substrat aus einem ersten Material, und einer darauf aufgebrachten Kalibrierstruktur aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, wobei zumindest entweder das erste Material oder das zweite Material Raman-aktiv ist und wobei die Kalibrierstruktur eine Dicke d1 von unter 30 nm aufweist. Der Prüfkörper ist also nicht wie bekannte Prüfkörper hinsichtlich seiner Topographie oder Fluoreszenz, sondern hinsichtlich lokaler Unterschiede in der Raman-Aktivität strukturiert. Ist die Struktur des Prüfkörpers hinreichend genau bekannt, so wird eine rückführbare Kalibrierung des Raman-Mikroskops möglich.The invention is based on the finding that a calibration with higher accuracy can be achieved using the Raman spectrometer integrated in the Raman microscope. According to the invention, a test specimen consists of a substrate made of a first material and a calibration structure applied thereon made of a second material different from the first material, at least either the first material or the second material being Raman-active and the calibration structure being a thickness d 1 of less than 30 nm. The test specimen is therefore not structured like known test specimens with regard to its topography or fluorescence, but with regard to local differences in the Raman activity. If the structure of the test specimen is known with sufficient accuracy, traceable calibration of the Raman microscope is possible.

Unter einem Prüfkörper wird insbesondere ein Körper verstanden, dessen Struktur genau bekannt ist. Beispielsweise kann die Struktur hochgenau vermessen und durch ein Prüfzertifikat dokumentiert sein. Ein Körper, der zwar eine Struktur aufweist, dessen Struktur aber nicht hinreichend genau bekannt ist, ist als Prüfkörper ungeeignet. Für einen erfindungsgemäßen Prüfkörper zur Kalibrierung eines Raman-Mikroskops ist die Struktur, d.h. insbesondere die Ausdehnungen der Strukturschicht in x- und y-Richtung mit einer erweiterten Messunsicherheit von 1 % (Erweiterungsfaktor k=2) bekannt.A test specimen is understood in particular to mean a body whose structure is precisely known. For example, the structure can be measured with high precision and documented by a test certificate. A body that has a structure, but whose structure is not known with sufficient accuracy, is unsuitable as a test body. For a test specimen according to the invention for the calibration of a Raman microscope, the structure, i.e. in particular the dimensions of the structure layer in the x and y directions with an expanded measurement uncertainty of 1% (expansion factor k = 2) are known.

Unter einem Raman-aktiven Material wird insbesondere ein Material verstanden, das eine während einer Molekül- oder Gitterschwingung veränderliche Polarisierbarkeit aufweist.A Raman-active material is understood to mean, in particular, a material that has a polarizability that is variable during a molecular or lattice oscillation.

Es besteht sowohl die Möglichkeit, dass das erste Material und somit das Substrat Raman-aktiv ist, und das zweite Material und somit die Kalibrierstruktur Raman-inaktiv ist, sowie der umgekehrte Fall, dass das erste Material und somit das Substrat Raman-inaktiv ist und das zweite Material und somit die Kalibrierstruktur Raman-aktiv ist. Entscheidend ist lediglich, dass im Raman-Bild ein ausreichend hoher Kontrast zwischen Substrat und Kalibrierstruktur besteht. Dies kann auch der Fall sein, wenn sowohl das erste als auch das zweite Material Raman-aktiv sind. Entscheidender Faktor ist der Kontrast, der sich nach Addition der Signale beider Materialien bei der zur Kalibrierung betrachteten Wellenzahl ergibt.There is both the possibility that the first material and thus the substrate is Raman-active, and the second material and thus the calibration structure is Raman-inactive, as well as the reverse case that the first material and thus the substrate is Raman-inactive and the second material and thus the calibration structure is Raman active. The only decisive factor is that there is a sufficiently high contrast between the substrate and the calibration structure in the Raman image. This can also be the case if both the first and the second material are Raman active. The decisive factor is the contrast that results after adding the signals of both materials to the wave number considered for calibration.

Unter einer Kalibrierstruktur wird dabei eine Struktur verstanden, die derart geformt und dimensioniert ist, dass sie für die Kalibrierung des Mikroskops geeignet ist. Eine geeignete Struktur für die Kalibrierung in einer Dimension hat z.B. die Form eines Maßbandes incl. der zugehörigen Skala. In anderen Worten ist die Kalibrierstruktur geeignet, um gemessene Größen wie Abstände, Winkel u. ä. mit bekannten Größen, die in der Regel aufgrund einer vorherigen Vermessung des Prüfkörpers bekannt sind, zu vergleichen. Die Kalibrierstruktur ist dabei in der Regel für sichtbares Licht und allgemein für vom Raman-Mikroskop abgestrahlte Anregungsstrahlung weitgehend oder vollständig intransparent. SERS-Substrate weisen oftmals ähnliche Strukturen auf, sind zur Kalibrierung aber dennoch nicht geeignet, da die Dimensionen nicht in der benötigten Größenordnung liegen.A calibration structure is understood to mean a structure that is shaped and dimensioned in such a way that it is suitable for the calibration of the microscope. A suitable structure for calibration in one dimension has e.g. the shape of a measuring tape including the associated scale. In other words, the calibration structure is suitable for measuring quantities such as distances, angles and the like. Ä. to compare with known sizes, which are generally known based on a previous measurement of the test specimen. The calibration structure is generally largely or completely opaque for visible light and generally for excitation radiation emitted by the Raman microscope. SERS substrates often have similar structures, but are still not suitable for calibration because the dimensions are not of the required size.

Es hat sich herausgestellt, dass eine ausgeprägte Topographie für einen solchen Prüfkörper von Nachteil ist, da sich Kanteneffekte in Form von Intensitätsüberhöhungen an den Kanten der Kalibrierstruktur ergeben können. Daher ist es notwendig, dass die Kalibrierstruktur möglichst dünn ist. Unter einer dünnen Struktur wird dabei eine Struktur verstanden, deren Dicke kleiner als 30 nm, bevorzugt kleiner als 20 nm ist. Es ergibt sich dann ein nahezu topographieloser Prüfkörper. It has been found that a pronounced topography is disadvantageous for such a test specimen, since edge effects in the form of intensified intensities can result at the edges of the calibration structure. It is therefore necessary that the calibration structure is as thin as possible. A thin structure is understood to mean a structure whose thickness is less than 30 nm, preferably less than 20 nm. The result is an almost topography-free test specimen.

Wünschenswert ist ein hoher Kontrast, das heißt also ein großes Verhältnis zwischen der Raman-Aktivität der durch die Kalibrierstruktur abgedeckten Bereiche und der Raman-Aktivität der nicht abgedeckten Bereiche des Substrats. Der Kontrast kann dabei auch durch Unterschiede in der Wellenlänge der als Raman-Strahlung abgestrahlten Strahlung entstehen.A high contrast is desirable, that is to say a large ratio between the Raman activity of the regions covered by the calibration structure and the Raman activity of the uncovered regions of the substrate. The contrast can also arise from differences in the wavelength of the radiation emitted as Raman radiation.

Der Kontrast lässt sich zum einen durch die Materialauswahl und zum anderen durch die Schichtdicke der Kalibrierstruktur beeinflussen. Eine dickere Schicht erzeugt eine bessere Abschattung des darunter liegenden Substrats, führt also zu einer geringeren Raman-Aktitivät im Bereich der Kalibrierstruktur. Gleichzeitig verstärken sich mit der Schichtdicke wie oben beschrieben auch die Kanteneffekte, so dass hier ein Kompromiss zwischen gewünschtem hohen Kontrast und unerwünschten Kanteneffekten gefunden werden muss. Vorteilhafterweise weist die Kalibrierstruktur daher eine Dicke zwischen 10 und 25 nm, bevorzugt zwischen 15 und 20 nm auf. In von den Erfindern durchgeführten Versuchen haben sich Prüfkörper mit einer Schichtdicke der Kalibrierstruktur zwischen 15 und 20 nm als optimal herausgestellt.The contrast can be influenced on the one hand by the choice of material and on the other hand by the layer thickness of the calibration structure. A thicker layer creates better shading of the underlying substrate, so it leads to less Raman activity in the area of the calibration structure. At the same time, the edge effects also increase with the layer thickness, as described above, so that a compromise between the desired high contrast and undesired edge effects must be found here. The calibration structure therefore advantageously has a thickness between 10 and 25 nm, preferably between 15 and 20 nm. In experiments carried out by the inventors, test specimens with a layer thickness of the calibration structure between 15 and 20 nm have been found to be optimal.

Vorteilhaft an einem erfindungsgemäßen Prüfkörper ist es, dass er die Kalibrierung der Verstelleinrichtung des Mikroskoptisches im point-by-point oder line-by-line scanning anhand der Raman-Emission erlaubt. Weiterhin kann die Punkt-Spreizfunktion der optischen Auflösung beim point-by-point oder line-by-line scanning anhand des Raman-Signals ermittelt werden.An advantage of a test specimen according to the invention is that it permits calibration of the adjustment device of the microscope stage in point-by-point or line-by-line scanning on the basis of the Raman emission. Furthermore, the point spread function of the optical resolution in point-by-point or line-by-line scanning can be determined using the Raman signal.

Der erfindungsgemäße Prüfkörper weist Kalibrierstrukturen auf, die keine Kanten-Artefakte aufweisen und somit nahezu topographielos sind. Es ist möglich, einen Prüfkörper herzustellen, der periodische Strukturen aufweist, die bei geringer Dicke der Kalibrierstruktur einen ausreichenden Raman-Kontrast auch bei kleinen pitches aufweisen, um kleine Bereiche sehr genau zu kalibrieren. Ebenso können periodische Strukturen auf dem Prüfkörper vorhanden sein, die ausreichend groß sind, um lange Reichweiten zu kalibrieren.The test specimen according to the invention has calibration structures which have no edge artifacts and are therefore almost topography-free. It is possible to produce a test specimen which has periodic structures which, with a small thickness of the calibration structure, have a sufficient Raman contrast even with small pitches in order to calibrate small areas very precisely. Periodic structures can also be present on the test specimen which are large enough to calibrate long ranges.

Die verschiedenen Muster der Kalibrierstruktur können in verschiedenen Größen auf dem Prüfkörper vorhanden sein, um alle gängigen Kombinationen von Anregungswellenlängen und Objektiv sowie verschiedene pitches und verschiedene Kreisdurchmesser abzudecken.The different patterns of the calibration structure can be present in different sizes on the test specimen in order to cover all common combinations of excitation wavelengths and objective as well as different pitches and different circle diameters.

Durch die Verwendung von zweidimensionalen, orthogonalen Strukturen können beide Hauptachsen simultan kalibriert und Verzerrungen im Bild sichtbar gemacht werden. Eine Rückführung auf das Meter mit Hilfe von Referenzanalytiken (AFM, REM) ist möglich. Weiterhin kann der Prüfkörper mit einem Tropfen Immersionsflüssigkeit benetzt und wieder gereinigt werden, da er resistent gegen organische Lösungsmittel ausgeführt werden kann.By using two-dimensional, orthogonal structures, both main axes can be calibrated simultaneously and distortions in the image made visible. It is possible to trace back to the meter with the help of reference analytics (AFM, REM). Furthermore, the test specimen can be wetted with a drop of immersion liquid and cleaned again, since it can be made resistant to organic solvents.

Ein Problem bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Prüfkörpers kann eine mangelhafte Haftung der Kalibrierstruktur auf dem Substrat sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass sich zwischen dem Substrat und der Kalibrierstruktur ein Haftvermittler befindet, wobei die Dicke einer von dem Haftvermittler gebildeten Schicht vorzugsweise unter 5 nm liegt. Ein solcher Haftvermittler kann z.B. Titan sein. Geeignet ist aber prinzipiell auch jedes andere Material, das eine gute Haftung auf dem Substrat aufweist und auf dem die Kalibrierstruktur aufgebracht werden kann.A problem in the manufacture of a test specimen according to the invention can be poor adhesion of the calibration structure to the substrate. A further development of the invention therefore provides that an adhesion promoter is located between the substrate and the calibration structure, the thickness of a layer formed by the adhesion promoter preferably being less than 5 nm. Such an adhesion promoter can e.g. Be titanium. In principle, however, any other material is also suitable which has good adhesion to the substrate and on which the calibration structure can be applied.

Als Substrat sind bevorzugt Halbmetalle wie Silizium und Germanium denkbar, wobei die Ramanaktivität von Germanium deutlich geringer als die von Silizium ist. Quarz ist ein geeignetes nichtmetallisches Material für ein Raman-aktives Substrat. Ramaninaktive Substrate können aus Metallen mit den Kristallsystemen fcc, hcp und bcc bestehen (Gold, Palladium, Titan oder Platin). Diese Metalle sind auch geeignete Ramaninaktive Materialien für die Strukturschicht und sind in der Lage, das darunter liegende Substrat „abzuschatten“, so dass sich ein hoher Kontrast im Raman-Bild ergibt. Besonders geeignet als Material der Kalibrierstruktur ist eine Legierung aus Gold und Palladium. Dabei kann das Verhältnis von Gold zu Palladium z.B. im Bereich zwischen 40:60 und 70:30 liegen. In anderen Worten enthält die Kalibrierstruktur 40 bis 70 % Gold und 60 bis 30 % Palladium. Ein geeignetes Material für eine Raman-aktive Strukturschicht bzw. Kalibrierstruktur ist neben Silizium und Germanium z.B. Graphen, eine aus nur einer Monolage bestehende Modifikation des Kohlenstoffs. Wird also z.B. eine Kombination von Graphen auf Silizium gewählt, so ist die Kalibrierstruktur bei der zur Kalibrierung verwendeten Wellenzahl im Raman-Bild zu sehen und das Substrat bleibt dunkel, wohingegen z.B. Gold auf Silizium das inverse Bild liefert. Graphen zeichnet sich weiterhin durch eine sehr gute Haftung auch ohne Haftvermittler auf dem Substrat aus.Semimetals such as silicon and germanium are preferably conceivable as the substrate, the Raman activity of germanium being significantly lower than that of silicon. Quartz is a suitable non-metallic material for a Raman-active substrate. Ramaninactive substrates can consist of metals with the crystal systems fcc, hcp and bcc (gold, palladium, titanium or platinum). These metals are also suitable Raman inactive materials for the structural layer and are able to “shade” the underlying substrate, so that there is a high contrast in the Raman image. An alloy of gold and palladium is particularly suitable as the material of the calibration structure. The ratio of gold to palladium can e.g. are in the range between 40:60 and 70:30. In other words, the calibration structure contains 40 to 70% gold and 60 to 30% palladium. In addition to silicon and germanium, a suitable material for a Raman-active structure layer or calibration structure is e.g. Graphene, a one-layer modification of carbon. So e.g. If a combination of graphene on silicon is selected, the calibration structure can be seen in the Raman image at the wavenumber used for the calibration and the substrate remains dark, whereas e.g. Gold on silicon provides the inverse picture. Graphene is also characterized by very good adhesion even without an adhesion promoter on the substrate.

Um eine umfassende Kalibrierung zu ermöglichen, kann die Kalibrierstruktur mehrere der folgenden Muster umfassen: Schachbrettmuster, Punktgitter, Strichgitter, Punktstreuzentren, große Flächen mit scharfen Kanten. Beliebige Kombinationen sind je nach den spezifischen Anforderungen möglich.In order to enable a comprehensive calibration, the calibration structure can use several of the The following patterns include: checkerboard, dot grid, line grid, point scattering centers, large areas with sharp edges. Any combination is possible depending on the specific requirements.

Ein Muster ist dabei jede regelmäßige Struktur, die eine Kalibrierung erlaubt. Im Regelfall wiederholt sich ein Muster nach einer bestimmten räumlichen Periode. Dies ist aber nicht unbedingt notwendig, so kann eine „große Fläche mit scharfen Kanten“ auch aus einer beliebigen Abbildung eines Gegenstands oder z.B. einem Schriftzeichen bestehen.A pattern is any regular structure that allows calibration. As a rule, a pattern repeats itself after a certain spatial period. However, this is not absolutely necessary, so a "large area with sharp edges" can also be created from any image of an object or e.g. consist of a character.

Als „Schachbrettmuster“ werden dabei zweidimensionale, orthogonale Strukturen angesehen. Diese können in verschiedenen Größen ausgeführt werden, sind aber zumindest 200 µm × 200 µm groß. Solche schachbrettartigen Strukturen sind geeignet, um beide laterale Hauptachsen gleichzeitig zu kalibrieren, ohne dass eine Rotation der Probe, also des Prüfkörpers, erforderlich wird. Es hat sich herausgestellt, dass sich bei der Kalibrierung einer einzelnen Hauptachse im line mapping Verfahren andere Kalibrierfaktoren für den Tisch ergeben können als bei einem zweidimensionalen Mapping. Two-dimensional, orthogonal structures are regarded as the “checkerboard pattern”. These can be made in different sizes, but are at least 200 µm × 200 µm in size. Such checkerboard-like structures are suitable for calibrating both lateral main axes at the same time without the need to rotate the sample, that is to say the test specimen. It has been found that different calibration factors for the table can result from the calibration of a single main axis in the line mapping method than with a two-dimensional mapping.

Wenn die Kalibrierstruktur eine Schachbrettanordnung aufweist, so kann diese weiterhin zur gleichzeitigen Beurteilung der Gleichförmigkeit der Zeilenverschiebung dienen, was mittels einer Kalibrierstruktur, die lediglich Punktgitter aufweist, nicht möglich wäre. Eine solche zweidimensionale Struktur muss nicht zwingend orthogonal und ein Schachbrettmuster sein, ebenfalls denkbar sind z.B. rautenartige oder sechseckige Strukturen.If the calibration structure has a checkerboard arrangement, this can continue to serve for the simultaneous assessment of the uniformity of the line shift, which would not be possible by means of a calibration structure which only has point grids. Such a two-dimensional structure does not necessarily have to be orthogonal and a checkerboard pattern, e.g. diamond-like or hexagonal structures.

Unter einem „Strichgitter“ wird eine periodische, eindimensionale Struktur verstanden, die verschiedene Abstände zwischen den einzelnen Teilen der Struktur, sog. pitches, aufweisen kann. Die Strukturen sind dabei natürlich nicht im streng geometrischen Sinn eindimensional, sondern weisen eine Breite von zumindest 200 µm auf. Die geometrische Struktur der Strichgitter erlaubt die Messpunktaufnahme über den gesamten verwendeten Verstellbereich des Mikroskoptisches. Die Strichgitter ermöglichen aufgrund des erhöhten Kontrasts gegenüber den zweidimensionalen Strukturen auch die 1D-Kalibrierung bei sehr kleinen pitches in der Größenordnung nahe der optischen Auflösung.A “dashed grating” is understood to mean a periodic, one-dimensional structure which can have different distances between the individual parts of the structure, so-called pitches. The structures are of course not one-dimensional in the strictly geometrical sense, but have a width of at least 200 µm. The geometrical structure of the grating allows the measurement point to be recorded over the entire adjustment range of the microscope stage. Due to the increased contrast compared to the two-dimensional structures, the dashed grids also enable 1D calibration for very small pitches in the order of magnitude close to the optical resolution.

Die Strukturen werden dabei vorteilhafter Weise jeweils mehrfach mit unterschiedlichen pitches hergestellt. So dient ein großer pitch von z.B. 4 µm dazu, um über einen großen Kalibrierbereich bei einer Schrittweite von z.B. 1 µm eine dem Nyquist-Theorem entsprechende Mindestabtastung sicherzustellen. Ein relativ kleiner pitch von 0,8 µm stellt eine ausreichende Anzahl von Perioden für eine hochauflösende Kalibrierung kleiner Bereiche mit einer Schrittweite von z.B. 0,1 µm sicher. Ein weiterer pitch von z.B. 2 µm ermöglicht es, verschiedene Anregungswellenlängen oder Objektivkombinationen und Schrittweiten abzudecken.The structures are advantageously produced multiple times with different pitches. A large pitch of e.g. 4 µm to cover a large calibration range with a step size of e.g. 1 µm to ensure a minimum scanning corresponding to the Nyquist theorem. A relatively small pitch of 0.8 µm provides a sufficient number of periods for high-resolution calibration of small areas with a step size of e.g. 0.1 µm safe. Another pitch of e.g. 2 µm makes it possible to cover different excitation wavelengths or lens combinations and step sizes.

Als weitere Merkmale der Kalibrierstruktur können einzelne Punktstreuzentren vorhanden sein. Diese können z.B. Durchmesser von 100 nm, 200 nm und/oder 400 nm aufweisen. Mit Hilfe solcher Punktstreuzentren kann dann die detektierte Punktspreizfunktion und damit die optische Auflösung ermittelt werden. Ebenfalls können doppelte Punktstreuzentren vorhanden sein. Die Durchmesser können dabei denen der einzelnen Punktstreuzentren entsprechen; zweckmäßiger Weise beträgt der Zentrenabstand im Fall der 100 nm großen Punktstreuzentren das vierfache (400 nm), ansonsten das doppelte (400 nm, 800 nm) des Durchmessers. Anhand solcher doppelten Punktstreuzentren lässt sich die optische Auflösung z.B. nach dem Rayleigh-Kriterium validieren.Individual point scatter centers can be present as further features of the calibration structure. These can e.g. Have diameters of 100 nm, 200 nm and / or 400 nm. With the aid of such point scattering centers, the detected point spread function and thus the optical resolution can then be determined. There may also be double point scattering centers. The diameters can correspond to those of the individual point scattering centers; In the case of the 100 nm point scattering centers, the center distance is expediently four times (400 nm), otherwise twice (400 nm, 800 nm) the diameter. Using such double point scattering centers, the optical resolution e.g. validate according to the Rayleigh criterion.

Die Punktstreuzentren können verwendet werden, um das Profil der Anregungsstrahlung zu bestimmen. Der Laserstrahl eines Raman-Mikroskops hat üblicherweise ein Profil, das im Wesentlichen einer Gauß-Kurve entspricht, die Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Abstand zum Zentrum des im Optimalfall kreisförmigen Laserstrahls folgt also einer Gauß-Funktion, deren Maximum im Zentrum des Laserstrahls liegt. Dieses theoretische Gauß-Profil wird aber durch die weiteren optischen Komponenten des Aufbaus beeinflusst, so dass das Gauß-Profil für einen realen Aufbau nur eine Näherung darstellen kann. Mit Hilfe auf dem Prüfkörper vorhandener Punktstreuzentren kann das reale Strahlprofil ermittelt und für die Entfaltung der gewonnenen Bilddaten verwendet werden. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung der Genauigkeit des Verfahrens.The point scattering centers can be used to determine the profile of the excitation radiation. The laser beam of a Raman microscope usually has a profile that essentially corresponds to a Gaussian curve; the radiation intensity as a function of the distance from the center of the optimally circular laser beam thus follows a Gaussian function, the maximum of which lies in the center of the laser beam. However, this theoretical Gaussian profile is influenced by the other optical components of the structure, so that the Gaussian profile can only be an approximation for a real structure. With the aid of point scattering centers on the test specimen, the real beam profile can be determined and used for the unfolding of the image data obtained. This leads to a significant increase in the accuracy of the method.

Große Flächen mit geraden, scharfen Kanten erlauben die Bestimmung der Halbwertsbreite der detektierten Punktspreizfunktion. Zu diesem Zweck kann die Kante mit linemapping Verfahren abgerastert und die erhaltene Intensitätsfunktion als Gaußsche Fehlerfunktion (erf) angefittet werden. Unter einer „großen Fläche“ wird dabei eine homogene, ununterbrochene Fläche verstanden, die eine Kantenlänge aufweist, die zumindest dem fünffachen einer Periode der verwendeten regelmäßigen Strukturen entspricht, die z.B. eine Kantenlänge von 5 µm × 5 µm aufweist. Unter einer „scharfen Kante“ wird verstanden, dass der Übergangsbereich zwischen Strukturmaterial und unbeschichtetem Substrat möglichst klein, im Idealfall gleich Null, ist. Dementsprechend weisen alle verwendeten Kalibrierstrukturen scharfe Kanten auf. Bevorzugt steigt die Schichtdicke der Kalibrierstruktur auf einer Strecke von unter 50 nm von unter 5% auf zumindest 95% der nominellen Schichtdicke an. Unter einer geraden Kante wird eine maximale Abweichung von einer geometrischen Geraden von 50 nm auf 1 µm verstanden.Large areas with straight, sharp edges allow the half-width of the detected point spread function to be determined. For this purpose, the edge can be scanned using a linemapping method and the intensity function obtained can be fitted as a Gaussian error function (erf). A “large area” is understood to mean a homogeneous, uninterrupted area which has an edge length which corresponds to at least five times a period of the regular structures used, which has an edge length of 5 μm × 5 μm, for example. A “sharp edge” is understood to mean that the transition area between the structural material and the uncoated substrate is as small as possible, ideally zero. Accordingly, all calibration structures used have sharp edges. The layer thickness of the calibration structure preferably increases over a distance of less than 50 nm from less than 5% to at least 95% of the nominal layer thickness. Under a straight edge there will be one understood maximum deviation from a geometric straight line from 50 nm to 1 µm.

Es ist zweckmäßig, die Kalibrierstruktur auf dem Substrat redundant auszubilden, so dass vorzugsweise die Struktur eine Mehrzahl von verschiedenen Mustern umfasst und jedes Muster zumindest 10-fach identisch vorhanden ist. Es ist weniger aufwendig, auf einem einzelnen Prüfkörper eine Vielzahl von ggf. identischen Strukturen aufzubringen, als eine Mehrzahl von Prüfkörpern herzustellen, auf denen jeweils nur eine einzige Struktur aufgebracht ist. Durch die angesprochene Redundanz lässt sich so mit geringem Aufwand vermeiden, dass bei einer fehlerhaften Produktion einer einzigen Struktur der gesamte Prüfkörper unbrauchbar wird. Stattdessen kann ermittelt werden, welche Strukturen fehlerfrei produziert wurden, so dass dann ausschließlich diese zur Kalibrierung verwendet werden. Es ist dann nicht notwendig, einen anderen Prüfkörper zu benutzen, stattdessen wird einfach eine in einem anderen Bereich des Prüfkörpers aufgebrachte identische Struktur zur Kalibrierung verwendet.It is expedient to make the calibration structure redundant on the substrate, so that the structure preferably comprises a plurality of different patterns and each pattern is present at least 10 times identically. It is less complex to apply a plurality of possibly identical structures to a single test specimen than to produce a plurality of test specimens, on each of which only a single structure is applied. With the redundancy mentioned, it can thus be avoided with little effort that the entire test specimen becomes unusable in the event of a faulty production of a single structure. Instead, it can be determined which structures were produced without errors, so that only these are then used for calibration. It is then not necessary to use another test specimen, instead an identical structure applied in another area of the test specimen is simply used for calibration.

Ein erfindungsgemäßer Prüfkörper lässt sich mit folgendem Verfahren herstellen: Ein Siliziumwafer als Substrat wird z.B. mit einem elektronenstrahlsensitivem Lack oder PMMA (Polymethylmethacrylat) beschichtet und anschließend mittels proximity korrigierter Elektronenstrahllithographie belichtet. Unter einem photosensitiven oder elektronenstrahlsensitivem Lack wird dabei jeder Stoff verstanden, der zur Herstellung einer Maske geeignet ist, neben PMMA also z.B. auch andere elektronenstrahlsensitive Lacke wie ZEP-520 der Fa. Zeonrex Electronic Chemicals. Dabei werden die gewünschten Strukturen auf das Substrat übertragen. Anschließend wird die belichtete Struktur entwickelt. Man erhält eine Lackmaske, in die die belichtete Struktur übertragen worden ist. Auf diese Lackmaske wird in einem thermischen Verdampfer eine dünne Schicht Titan und anschließend eine Gold-Palladium-Legierung abgeschieden, wobei die Legierung z.B. 60% Gold und 40% Palladium beinhaltet. Alternativ zu einem thermischen Widerstandsverdampfer kann auch ein Elektronenstrahlverdampfer verwendet werden. Wichtig ist, dass das Material aus einer möglichst punktförmigen Quelle abgeschieden wird.A test specimen according to the invention can be produced using the following method: coated with an electron beam sensitive lacquer or PMMA (polymethyl methacrylate) and then exposed using proximity corrected electron beam lithography. A photosensitive or electron beam sensitive lacquer is understood to mean any substance that is suitable for the production of a mask, in addition to PMMA e.g. also other electron-sensitive coatings such as ZEP-520 from Zeonrex Electronic Chemicals. The desired structures are transferred to the substrate. The exposed structure is then developed. A resist mask is obtained, into which the exposed structure has been transferred. A thin layer of titanium and then a gold-palladium alloy are deposited on this resist mask in a thermal evaporator, the alloy being e.g. Contains 60% gold and 40% palladium. As an alternative to a thermal resistance evaporator, an electron beam evaporator can also be used. It is important that the material is separated from a point-like source.

Sowohl die Titanschicht als auch die Arbeitsschicht, also die Schicht, die später die Kalibrierstruktur bildet, sind dünn. Zweckmäßiger Weise ist natürlich die Titanschicht dünner als die Arbeitsschicht, da ab einer bestimmten Dicke keine bessere Haftung mehr erreicht wird.Both the titanium layer and the working layer, i.e. the layer that later forms the calibration structure, are thin. Of course, the titanium layer is expediently thinner than the working layer, since above a certain thickness no better adhesion is achieved.

Mögliche Materialien für die Kalibrierstruktur unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Feinkörnigkeit sowie in ihrem Verhalten beim sog. Lift-off, also dem Entfernen der Lackmaske. Die Feinkörnigkeit ist wichtig, um hochgenaue, kleinste Strukturen herzustellen und bestimmt somit die kleinste mögliche Strukturgröße und daher mittelbar auch die Genauigkeit der Kalibrierung. Ebenfalls wichtig ist, dass das Material auf dem Substrat beim Lift-off gut haften bleibt, so dass keine fehlerhaften Strukturen hergestellt werden. Eine Legierung, die 60 Gew.-% Gold und 40 Gew.-% Palladium enthält, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Mit einer solchen Legierung lassen sich Strukturen mit Größen bis hinunter zu 100 nm bei Abständen zwischen den Strukturen im Bereich bis hinunter zu 10 nm herstellen.Possible materials for the calibration structure differ mainly in their fine grain and in their behavior during the so-called lift-off, i.e. the removal of the paint mask. The fine grain is important in order to produce highly precise, smallest structures and thus determines the smallest possible structure size and therefore indirectly also the accuracy of the calibration. It is also important that the material adheres well to the substrate during the lift-off, so that no defective structures are produced. An alloy containing 60% by weight of gold and 40% by weight of palladium has proven to be advantageous. With such an alloy, structures with sizes down to 100 nm can be produced with distances between the structures in the range down to 10 nm.

Anschließend wird die Lackmaske durch ein Lösungsmittel entfernt. Das belichtete Pattern ist nun als metallische Struktur auf die Oberfläche des Wafers übertragen. Die auf diesem Wege hergestellten Strukturen, also das gesamte auf den Wafer aufgebrachte Material, hat dann eine Dicke von z.B. ca. 23 nm. Diese setzt sich zusammen aus einer dünnen Haftvermittlerschicht, die aus einer ca. 3 nm dicken Titanschicht besteht, und aus einer Arbeitsschicht, die aus Gold und Palladium besteht und ca. 20 nm dick ist.The paint mask is then removed using a solvent. The exposed pattern is now transferred to the surface of the wafer as a metallic structure. The structures produced in this way, i.e. the entire material applied to the wafer, then have a thickness of e.g. approx. 23 nm. This is made up of a thin adhesion promoter layer, which consists of an approx. 3 nm thick titanium layer, and a working layer, which consists of gold and palladium and is approx. 20 nm thick.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prüfkörpers in Draufsicht,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Layouts einer Kalibrierstruktur,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung eines einzelnen Bereichs einer Kalibrierstruktur,
  • 4 eine vergrößerte Darstellung eines weiteren einzelnen Bereichs einer Kalibrierstruktur, und
  • 5 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen erfindungsgemäßen Prüfkörper.
The invention will be explained in more detail below with reference to the attached figures. Show it
  • 1 1 shows a schematic illustration of a test specimen according to the invention in plan view,
  • 2 1 shows a schematic representation of a layout of a calibration structure,
  • 3 an enlarged view of a single area of a calibration structure,
  • 4 an enlarged representation of a further individual area of a calibration structure, and
  • 5 is a schematic representation of a section through a test specimen according to the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfkörpers in Draufsicht. Der Prüfkörper 10 besteht dabei aus einem Siliziumchip als Substrat 12 sowie den aufgebrachten Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, .... Der Chip hat eine Kantenlänge von ca. 3 cm x 3 cm. Andere Kantenlängen von z.B. 2 cm × 2 cm, 4 cm × 4 cm sind aber ebenso wie rechteckige Substrate 12, z.B. mit einer Kantenlänge von 3 cm × 4 cm, denkbar und geeignet. Zu erkennen sind die als Rechtecke dargestellten Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, .... Insgesamt sind 20 identische Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, ... auf dem Siliziumchip 1 aufgebracht. Eine höhere oder niedrigere Anzahl, z.B. 5 × 5 = 25, 4 × 4 = 16 oder 10 × 10 = 100 Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, ... ist aber ebenso möglich. Jede dieser Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, ... ist in einem rechteckigen Feld angeordnet, welches Kantenlängen von a = 4,5 mm und b = 3,5 mm aufweist. Eine solche Fläche von in diesem Fall unter 20 mm2 reicht aus, um alle nötigen Muster unterzubringen. Ein Prüfkörper 10 von der Größe eines solchen Feldes wäre zum einen nur schlecht handhabbar, zum anderen besteht bei einem Substrat mit einer Kantenlänge von mindestens 2 cm die Möglichkeit, einen Tropfen einer Immersionsflüssigkeit, z.B. aus Öl, auf den Prüfkörper aufzubringen und auch wieder zu entfernen. Bei der Reinigung kann der Prüfkörper gefasst und komplett in einem Bad aus organischen Lösungsmitteln gereinigt werden. Daher wird praktischerweise ein größerer Chip als Substrat 12 gewählt wird. Auf diesem kann dann eine Mehrzahl von identischen Kalibrierstrukturen 14.1, 14.2, ... aufgebracht werden, was die Ausschussquote stark reduziert. 1 shows an embodiment of a test body according to the invention in plan view. The test specimen 10 consists of a silicon chip as a substrate 12 as well as the applied calibration structures 14.1 . 14.2 , .... The chip has an edge length of approx. 3 cm x 3 cm. Other edge lengths of, for example, 2 cm × 2 cm, 4 cm × 4 cm are, however, just like rectangular substrates 12 , for example with an edge length of 3 cm × 4 cm, conceivable and suitable. The calibration structures shown as rectangles can be seen 14.1 . 14.2 , .... There are a total of 20 identical calibration structures 14.1 . 14.2 , ... on the silicon chip 1 applied. A higher or lower number, e.g. 5 × 5 = 25, 4 × 4 = 16 or 10 × 10 = 100 calibration structures 14.1 . 14.2 , ... is also possible. Each of these calibration structures 14.1 . 14.2 , ... is arranged in a rectangular field, which Edge lengths of a = 4.5 mm and b = 3.5 mm. Such an area of less than 20 mm 2 in this case is sufficient to accommodate all the necessary patterns. A test specimen 10 the size of such a field would be difficult to handle on the one hand, and on the other hand, with a substrate with an edge length of at least 2 cm, it is possible to apply a drop of an immersion liquid, for example from oil, to the test specimen and also to remove it again. During cleaning, the test specimen can be gripped and completely cleaned in a bath made of organic solvents. Therefore, a larger chip is conveniently used as a substrate 12 is chosen. A plurality of identical calibration structures can then be placed on this 14.1 . 14.2 , ... are applied, which greatly reduces the reject rate.

2 zeigt skizzenhaft eine vergrößerte Darstellung einer Kalibrierstruktur 14.1, 14.2, .... In einem eine solche Kalibrierstruktur 14.1, 14.2, ... aus 1 beinhaltenden Rechteck sind also die in 2 gezeigten 12 Unterstrukturen bzw. Muster 18.1, 18.2, ... vorhanden. Dabei sind als Muster in Spalte A zu sehen: C. V. Raman als Muster mit großen Flächen und scharfen Kanten, Quadrate mit scharfen Kanten, einzelne sowie doppelte Punktstreuzentren; in Spalte B: Zweidimensionale orthogonale Strukturen in Form von Schachbrettmustern, in Spalte C: Punktgitter verschiedener Abstände und in Spalte D: Eindimensionale Strukturen in Form von Strichgittern. 2 shows a sketch of an enlarged representation of a calibration structure 14.1 . 14.2 , .... In such a calibration structure 14.1 . 14.2 , ... out 1 Rectangle containing are the in 2 shown 12 substructures or patterns 18.1 . 18.2 , ... available. The following can be seen as a pattern in column A: CV Raman as a pattern with large areas and sharp edges, squares with sharp edges, single and double point scattering centers; in column B: two-dimensional orthogonal structures in the form of checkerboard patterns, in column C: point grids of different distances and in column D: one-dimensional structures in the form of grids.

Die Muster sind jeweils in verschiedenen Größen vorhanden. Es variieren also die Durchmesser der Punktstreuzentren 18.2, 18.3 sowie die Abstände der Punkte 18.4, 18.5, 18.6, der Linien 18.7, 18.8, 18.9 und der einzelnen Felder der Schachbrettmuster 18.10, 18.11, 18.12. In Spalte B sind beispielhaft die Peridiodizitäten der Strukturen angegeben, die hier mit den pitches übereinstimmen. Im oberen Schachbrett 18.10 beträgt die Periode 4 µm, im mittleren Schachbrett 18.11 2 µm und im unteren Schachbrett 18.12 0,8 µm. Ein einzelnes Feld der Schachbretter 18.10, 18.11, 18.12 hat also eine Kantenlänge, die der Hälfte der Periode entspricht.The patterns are available in different sizes. The diameters of the point scattering centers vary 18.2 . 18.3 as well as the distances between the points 18.4 . 18.5 . 18.6 , the lines 18.7 . 18.8 . 18.9 and the individual fields of the checkerboard pattern 18:10 . 18:11 . 18:12 , Column B gives an example of the periodic structures, which correspond to the pitches. In the upper chess board 18:10 the period is 4 µm, in the middle chessboard 18:11 2 µm and in the lower chessboard 18:12 0.8 µm. A single field of chess boards 18:10 . 18:11 . 18:12 has an edge length that corresponds to half the period.

3 zeigt im unteren Bereich ein einzelnes Kalibrierfeld 20.1 als Ausschnitt einer Kalibrierstruktur 14.2, die im oberen Bereich schematisch noch einmal als Übersicht gezeigt ist. Die weiteren im oberen Bereich gezeigten Kalibrierfelder 20.2, 20.3, ... können andere Strukturen, wie sie in 2 gezeigt sind, enthalten. Die in dem Kalibrierfeld 20.1 enthaltenen kreisförmigen und quadratischen Punktstreuzentren 18.2 sind in verschiedenen Dimensionen vorhanden, die Kantenlängen a variieren von 0,1 µm (unten) bis zu 3,2 µm (oben). Die Kantenlänge I des Kalibrierfelds 20.1 beträgt 400 µm × 400 µm. 3 shows a single calibration field in the lower area 20.1 as a section of a calibration structure 14.2 , which is shown again schematically as an overview in the upper area. The other calibration fields shown in the upper area 20.2 . 20.3 , ... can have other structures, such as those in 2 shown are included. The one in the calibration field 20.1 contained circular and square point scattering centers 18.2 are available in different dimensions, the edge lengths a vary from 0.1 µm (bottom) to 3.2 µm (top). The edge length I of the calibration field 20.1 is 400 µm × 400 µm.

4 zeigt im unteren Bereich ein einzelnes Kalibrierfeld 20.2 als Ausschnitt einer Kalibrierstruktur 14.2, die im oberen Bereich schematisch noch einmal als Übersicht gezeigt ist. Die weiteren im oberen Bereich gezeigten Kalibrierfelder 20.1, 20.3, ... können andere Strukturen, wie sie in 2 gezeigt sind, enthalten. Das dargestellte Kalibrierfeld 20.2 weist eine schachbrettartige Struktur 18.11 als zweidimensionale, orthogonale Struktur auf und ist zur Kalibrierung der lateralen Hauptachsen der Probe geeignet. Die Periode a beträgt im gezeigten Fall 0,8 µm, kann aber auch z.B. 2 µm oder 4 µm sein 4 shows a single calibration field in the lower area 20.2 as a section of a calibration structure 14.2 , which is shown again schematically as an overview in the upper area. The other calibration fields shown in the upper area 20.1 . 20.3 , ... can have other structures, such as those in 2 shown are included. The calibration field shown 20.2 has a checkerboard structure 18:11 as a two-dimensional, orthogonal structure and is suitable for the calibration of the lateral main axes of the sample. The period a is 0.8 µm in the case shown, but can also be, for example, 2 µm or 4 µm

5 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich eines erfindungsgemäßen Prüfkörpers 10. Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht. Es ist zu erkennen, dass das aus Silizium bestehende Substrat 12 den größten Anteil des Prüfkörpers ausmacht. Bereichsweise ist das Siliziumsubstrat 12 nicht von einer weiteren Schicht abgedeckt, so dass die von oben einfallende Anregungsstrahlung 28 des Raman-Mikroskops ungehindert bis zum Substrat durchdringen kann. Die hohe Raman-Aktivität des Siliziums wird an den entsprechenden Stellen anhand der Raman-Streuung 30 gemessen. In der Abbildung links und rechts sind eine dünne Schicht 16 der Dicke d2 von Titan und eine Schicht 22 der Dicke d1 einer Gold-Palladium-Legierung aufgebracht. Durch diese Schichten 16, 22 wird das Siliziumsubstrat 12 abgedeckt, so dass weder Anregungsstrahlung 28 ungehindert bis zum Substrat 12 durchdringen kann, noch die evtl. resultierenden zur Stokes-Linie gehörenden Photonen der abgeschwächten Raman-Streuung 32 ohne weiteres zurück zum Mikroskopobjektiv und von dort zum Spektrometer gelangen können. Die Kanten 24, 26 sind dabei in guter Näherung senkrecht. Eine hochgenaue Ausführung der Struktur ist notwendig, um eine genaue Kalibrierung zu ermöglichen. 5 shows a section through a region of a test specimen according to the invention 10 , The representation is not to scale. It can be seen that the substrate made of silicon 12 accounts for the largest part of the test specimen. The silicon substrate is in some areas 12 not covered by another layer, so that the excitation radiation incident from above 28 of the Raman microscope can penetrate freely to the substrate. The high Raman activity of the silicon is determined at the corresponding points based on the Raman scattering 30 measured. In the picture on the left and right are a thin layer 16 the thick d 2 of titanium and a layer 22 the thick d 1 a gold-palladium alloy. Through these layers 16 . 22 becomes the silicon substrate 12 covered so that neither excitation radiation 28 unhindered to the substrate 12 can penetrate the possibly resulting photons of the weakened Raman scattering belonging to the Stokes line 32 can easily get back to the microscope objective and from there to the spectrometer. The edges 24 . 26 are perpendicular to a good approximation. A highly precise execution of the structure is necessary in order to enable an exact calibration.

Die Deckschicht bzw. Arbeitsschicht 22 aus Gold und Palladium ist Raman-inaktiv, so dass zwischen den Bereichen, die beschichtet sind und den unbeschichteten Bereichen ein hoher Kontrast im Raman-Bild besteht. Die Bereiche, die mit Titan und der Gold-Palladium-Legierung beschichtet sind, bilden dabei die Kalibrierstruktur 14. Die Gesamtdicke der Kalibrierstruktur 14 ist die Summe der beiden Dicken d1 der Gold-Palladium-Legierung und der Dicke d2 des Titans.The top layer or working layer 22 made of gold and palladium is Raman-inactive, so that there is a high contrast in the Raman image between the areas that are coated and the uncoated areas. The areas that are coated with titanium and the gold-palladium alloy form the calibration structure 14 , The total thickness of the calibration structure 14 is the sum of the two thicknesses d 1 the gold-palladium alloy and the thickness d 2 of titanium.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Prüfkörperspecimen
1212
Substratsubstratum
1414
Kalibrierstrukturcalibration structure
1616
Haftvermittlerbonding agent
1818
Muster template
2020
Kalibrierfeldcalibration field
2222
Arbeitsschichtwork shift
2424
Kanteedge
2626
Kanteedge
2828
einfallende Strahlung incident radiation
3030
Raman-StreuungRaman scattering
3232
abgeschwächte Raman-Streuung weakened Raman scatter
aa
Durchmesser, PeriodeDiameter, period
d1 d 1
Dicke der ArbeitsschichtWorking layer thickness
d2 d 2
Dicke der HaftvermittlerschichtAdhesion layer thickness
II
Kantenlängeedge length

Claims (10)

Prüfkörper (10) zur Kalibrierung der Position eines Probentischs eines Raman-Mikroskops mit einem Substrat (12) aus einem ersten Material, und einer darauf aufgebrachten Kalibrierstruktur, (14) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, wobei zumindest entweder das erste Material oder das zweite Material Raman-aktiv ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) eine Dicke d1 von unter 30 nm aufweist.Test specimen (10) for calibrating the position of a sample table of a Raman microscope with a substrate (12) made of a first material and a calibration structure (14) made of a second material different from the first material, at least either the first material or the second material is Raman active, characterized in that the calibration structure (14) has a thickness d 1 of less than 30 nm. Prüfkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) eine Dicke d1 zwischen 10 und 25 nm, bevorzugt zwischen 15 und 20 nm aufweist.Test specimen (10) Claim 1 , characterized in that the calibration structure (14) has a thickness d 1 between 10 and 25 nm, preferably between 15 and 20 nm. Prüfkörper (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Substrat (12) und der Kalibrierstruktur (14) ein Haftvermittler (16) befindet, wobei die Dicke d2 einer von dem Haftvermittler (16) gebildeten Schicht vorzugsweise unter 5 nm liegt.Test specimen (10) Claim 1 or 2 , characterized in that there is an adhesion promoter (16) between the substrate (12) and the calibration structure (14), the thickness d 2 of a layer formed by the adhesion promoter (16) preferably being less than 5 nm. Prüfkörper (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) aus einem Raman-aktiven Material besteht.Test specimen (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the calibration structure (14) consists of a Raman-active material. Prüfkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) zu 40 bis 70 Gew.-% aus Gold und zu 30 bis 60 Gew.-% aus Palladium besteht.Test specimen (10) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the calibration structure (14) consists of 40 to 70 wt .-% of gold and 30 to 60 wt .-% of palladium. Prüfkörper (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur eine Mehrzahl von Punktstreuzentren umfasst.Test specimen (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the calibration structure comprises a plurality of point scattering centers. Prüfkörper (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) mehrere der folgenden Muster umfasst: Schachbrettmuster, Punktgitter, Strichgitter, Punktstreuzentren, große Flächen mit scharfen Kanten.Test specimen (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the calibration structure (14) comprises several of the following patterns: checkerboard pattern, point grid, line grid, point scattering centers, large areas with sharp edges. Prüfkörper (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur (14) auf dem Substrat (12) redundant ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Kalibrierstruktur (14) eine Mehrzahl von verschiedenen Mustern umfasst und jedes Muster zumindest 10-fach identisch vorhanden ist.Test specimen (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the calibration structure (14) on the substrate (12) is of redundant design, the calibration structure (14) preferably comprising a plurality of different patterns and each pattern being at least 10 times identical is available. Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers (10) zur Kalibrierung der Position eines Probentisches eines Raman-Mikroskops mit den Schritten: a. Aufbringen einer Schicht eines photosensitiven oder elektronenstrahlsensitiven Lacks auf ein Substrat (12), das aus einem ersten Material besteht b. Belichten der Lackschicht mit einem zur Kalibrierung eines Raman-Mikroskops geeigneten Muster mittels Elektronenstrahllithographie c. Aufbringen einer Schicht einer Dicke d1 von unter 30 nm eines von dem ersten Material verschiedenen zweiten Materials auf das Substrat, wobei das erste Material und/oder das zweite Material Raman-aktiv ist d. Entfernen der Schicht des elektronenstrahlsensitiven LacksMethod for producing a test specimen (10) for calibrating the position of a sample table of a Raman microscope, comprising the steps: a. Applying a layer of a photosensitive or electron beam sensitive lacquer to a substrate (12) which consists of a first material b. Exposing the lacquer layer with a pattern suitable for calibration of a Raman microscope using electron beam lithography c. Applying a layer of a thickness d 1 of less than 30 nm of a second material different from the first material to the substrate, the first material and / or the second material being Raman active d. Removing the layer of the electron beam sensitive lacquer Verwendung eines Prüfkörpers (10) nach einem der Ansprüche 1-8 zur Kalibrierung eines Raman-Mikroskops.Use of a test specimen (10) according to one of the Claims 1 - 8th for the calibration of a Raman microscope.
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