MODERNE MIKROSKOPIE

Mikroskopie, als typisches Verfahren kleine und kleinste Strukturen kenntlich zu machen, ist in Industrie und Forschung unersetzlich. Da moderne Fertigungsstrukturen immer filigraner werden, ist es wenig verwunderlich, dass der Wunsch nach immer besser auflösenden Systemen besteht. Wir versuchen daher bestehende Mikroskopie-Verfahren zu optimieren und neue zu erforschen.

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde ein besonders flexibles Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) lehrstuhlintern realisiert. Es konnte erfolgreich in Betrieb genommen werden und bietet nun die Möglichkeit, weiter zu forschen und Materialien zu analysieren. Das schnelle Wechseln verschiedener Laserquellen, Objektive und Filter ermöglicht eine besonders große Bandbreite an Möglichkeiten, Proben zu untersuchen. Aktuell werden, parallel zur normalen Nutzung am Lehrstuhl, diverse Superresolution (SR) Techniken implementiert. Besonders der Bereich der interferenzbasierenden Methoden zur Steigerung der axialen Auflösung des Systems wird angestrebt. Hier ergeben sich Synergieeffekte zu den ebenfalls am Lehrstuhl erforschten Projekten im Bereich Holographie und Optische Kohärenztomografie (OCT). Abhängig von verschiedenen Kombinationen aus Objektiv, Lichtquelle und Pinhole sind die Spezifikationen:

250nm laterale Auflösung
50nm bis über 100µm axiale Auflösung
Laserquellen: Diodenlaser bei 405nm, 660nm und 1064nm, HeNe Laser bei 632.8nm und Ti:Sa im Bereich 700nm bis 900nm, weitere Quellen möglich.

Abbildung 1: CLSM des PTT Lehrstuhls

Abbildung 2: Testchart mit Strukturen in der Größe von 400nm, 350nm und 300nm

Abbildung 3: Stern auf einer 1€ Münze

Zudem konnte mit Hilfe einer am Lehrstuhl entwickelten Kontrastverbesserungsmethode auch die Bildgebung von Strukturen geringer Höhe mit guter Qualität ermöglicht werden [1].

In den letzten Jahren konnten wir die multimodale Bildgebung vergrabener Strukturen weiterentwickeln und damit z.B. die integrierten Schaltungen eines Mikrocontrollers darstellen (s. Abbildung 4). Neben der Reflektion kann durch die Photostromspektroskopie (optical beam induced current, OBIC), wobei der Laser Ladungsträger erzeugt, die als Strom gemessen werden können, ein weiterer Kontrastmechanismus ausgenutzt werden [2,3].

Abbildung 4: Konfokales Bild vergrabener Strukturen eines Mikrocontrollers, aufgenommen durch das Siliziumsubstrat.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Analyse von Halbleitermaterialen, besonders im Bereich der für Laser wichtigen III/V Halbleiter. Das CLSM ermöglicht neben der Reflektionsbildgebung auch die Möglichkeit der Micro-Photolumineszenz Bildgebung. Ortsaufgelöste spektrale Bildgebung ist ebenfalls mit verschiedenen Spektrometern im Bereich 400 … 1700nm realisierbar.

Abbildung 5: 200µm x 200µm einer Halbleiterprobe mit Defektstrukturen

Abbildung 6: Dieselbe Stelle wie in Abbildung 5 in Photolumineszenz

[1] Lena Schnitzler, Markus Finkeldey, Martin R. Hofmann, Nils C. Gerhardt. "Contrast enhancement for topographic imaging in confocal laser scanning microscopy." Applied Sciences 9(15) (2019): 3086.[1] Lena Schnitzler, Markus Finkeldey, Martin R. Hofmann, Nils C. Gerhardt. "Contrast enhancement for topographic imaging in confocal laser scanning microscopy." Applied Sciences 9(15) (2019): 3086.
[2] Markus Finkeldey, Lena Göring, Falk Schellenberg, Carsten Brenner, Nils C. Gerhardt, Martin R. Hofmann. "Multimodal backside imaging of a microcontroller using confocal laser scanning and optical-beam-induced current imaging." Proc. SPIE. 10110, Photonic Instrumentation Engineering IV, 101101F. (February 20, 2017).
[3] Lena Göring, Markus Finkeldey, Falk Schellenberg, Carsten Brenner, Martin R. Hofmann, Nils C. Gerhardt. "Optical metrology for the investigation of buried technical structures." tm-Technisches Messen 85(2) (2018): 104-110.

Weitere Referenzen:

Webb, Robert H. "Confocal optical microscopy." Reports on Progress in Physics 59.3 (1996): 427.
Koukourakis, Nektarios, et al. "Axial scanning in confocal microscopy employing adaptive lenses (CAL)." Optics express 22.5 (2014): 6025-6039.

Mitarbeiter:

Nils Gerhardt