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Dokumentenidentifikation DE102006050959A1 31.05.2007
Titel Spektroskopie-System
Anmelder WaferMasters, Inc., San Jose, Calif., US
Erfinder Yoo, Woo Sik, Palo Alto, Calif., US
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER Patentanwälte, 70182 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 28.10.2006
DE-Aktenzeichen 102006050959
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse G01J 3/44(2006.01)A, F, I, 20070222, B, H, DE
Zusammenfassung Systeme und Techniken für eine verbesserte Spektroskopie. Bei einigen Ausführungsformen kann ein mechanischer und/oder optischer Zoom-Mechanismus für Monochromator-Systeme bereitgestellt sein. Beispielsweise erlauben bewegliche Detektorsysteme das Positionieren eines Detektors bezüglich eines dispersiven Elements zum Erhalt einer ersten Auflösung. Die Detektorsysteme können dann das Positionieren des Detektors bezüglich eines dispersiven Elements zum Erhalt einer zweiten, verschiedenen Auflösung erlauben. Bei einigen Ausführungsformen kann Spektroskopie einer ersten Probenregion mittels einer Mehrzahl von Anregungswellenlängen durchgeführt werden. Multiple Detektoren können positioniert werden zum Empfangen von Licht, welches verschiedenen Wellenlängen aus der Mehrzahl von Wellenlängen zugeordnet ist.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Spektroskopie, insbesondere Monochromator-Systeme für die Spektroskopie (z.B. für die Raman-Spektroskopie).

2. Stand der Technik

Es kann eine Anzahl von Techniken verwendet werden, um Information über Materialien zu erhalten. Eine Technik, die zur Anwendung kommen kann, ist die Raman-Spektroskopie. Bei der Raman-Spektroskopie fällt Laserlicht auf eine Oberfläche eines zu analysierenden Materials. Der größte Teil des Lichts wird an der Oberfläche elastisch gestreut (was man als Rayleigh-Streuung bezeichnet). Ein Teil des Lichts wechselwirkt jedoch mit dem Material an und nahe der Oberfläche und wird inelastisch gestreut infolge Anregung von Schwingungs-, Rotations- und/oder Niederfrequenzmoden des Materials. Das inelastisch gestreute Licht wird in der Wellenlänge gegenüber dem einfallenden Laserlicht verschoben, entweder nach unten in der Frequenz (korrespondierend zu der Anregung einer Materialmode durch die einfallenden Photonen, auch als Raman-Stokes bezeichnet), oder nach oben in der Frequenz (korrespondierend zu der Wechselwirkung der einfallenden Photonen mit einer bereits angeregten Materialmode, auch als Anti-Stokes-Raman bezeichnet). Der Betrag der Verschiebung ist unabhängig von der Anregungswellenlänge, und die Stokes- und Anti-Stokes-Linien sind um Beträge der gleichen Größenordnung von dem Anregungssignal versetzt.

Durchgeführt wird die Raman-Spektroskopie durch Detektieren des wellenlängenverschobenen Lichts. Zum Detektieren von Licht einer bestimmten Wellenlänge von Interesse, z.B. von Raman-verschobenem Laserlicht, umfasst ein Spektroskopie-System einen Monochromator.

1 zeigt ein vereinfachtes Beispiel eines Raman-Spektroskopie-Systems 100 gemäß dem Stand der Technik. Eine Laserquelle 110 beleuchtet eine Probe 120, die an einem Tisch 130 gehalten ist. Von der Probe 120 reflektiertes Licht 115 umfasst elastisch gestreutes Licht (welches als Rayleigh-gestreutes Licht bezeichnet werden kann) sowie inelastisch (Raman-)gestreutes Licht. Um das Raman-gestreute Licht zu isolieren, umfasst das System 100 einen Monochromator 105, umfassend ein Beugungsgitter 140, einen Filtermechanismus wie ein Notch-Filter 155 und/oder einen Spalt 107 und einen festen Detektor 150. Um verschiedene Regionen der Probe 120 zu analysieren, kann der Tisch 130 verwendet werden, um eine Relativbewegung der Probe bezüglich des eintretenden Lichts bereitzustellen.

Das Licht 115 fällt auf ein rotierbares Beugungsgitter 140, welches das Licht gemäß seiner Wellenlänge dispergiert. In 1 ist die relative Position von Gitter 140 und Detektor 150 so gewählt, dass eine gewünschte Wellenlänge &lgr;d detektiert wird, andere Wellenlängen &lgr;1, &lgr;2 und &lgr;3 aber nicht detektiert werden. Weil die Ramanverschiebung relativ klein ist, umfasst das System 100 ferner ein Notch-Filter 155, welches vor dem Detektor 150 positioniert und ausgebildet ist zum Filtern der starken Rayleigh-Streukomponente bei der Anregungswellenlänge.

Es können verschiedene Detektortypen verwendet werden. In älteren Spektroskopie-Systemen waren Photomultiplierröhren (PMTs) üblich. PMTs integrieren jedoch das an der gesamten Detektoroberfläche empfangene Signal. Im Gegensatz dazu verwenden neuere Spektroskopie-Systeme generell Array-Detektoren, z.B. Charge-Coupled-Device-(CCD-)Array-Detektoren, Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Detektoren und Photodioden-Array-Detektoren.

Zum Detektieren der gewünschten Wellenlänge (und/oder zum Scannen einer Anzahl von Wellenlängen) wird bei einigen existierenden Systemen das Beugungsgitter 140 rotiert, während der Detektor 150 fest ist. Wenn beispielsweise die Wellenlängen &lgr;1, &lgr;2 und &lgr;3 von Interesse sind, kann das Beugungsgitter 140 rotiert werden, um den Bereich von Wellenlängen zu scannen, wie in 1 gezeigt.

Für existierende Spektroskopie-Systeme ist die Wellenlängenauflösung für eine bestimmte Messung (d.h. die bei einem bestimmten Rotationswinkel des Beugungsgitters 140 gesammelten Daten) fest.

Eine Methode, nach der frühere Systeme verwendet werden konnten, um mehr Daten über bestimmte Wellenlängenbereiche von Interesse zu erhalten, war das Scannen des Lichts über den Detektor durch Rotieren des Beugungsgitters 140. Für ein niedrigauflösendes System konnte ein Nutzer die Wellenlängen zuerst schnell scannen durch Rotieren des Beugungsgitters 140 um einen ersten Winkelbereich bei einer ersten Geschwindigkeit. Nach Identifizierung der Wellenlängenbereiche von Interesse konnte der Nutzer einen oder mehrere zusätzliche Scans durchführen. Durch Durchführung der Scans bei einer niedrigeren Geschwindigkeit (und üblicherweise für einen kleineren Winkelbereich) kann die Auflösung der Spektroskopie erhöht werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Allgemein gemäß einem Aspekt umfasst ein spektroskopisches System ein dispersives Element (z.B. ein festes oder rotierbares Reflexionsbeugungsgitter, Transmissionsbeugungsgitter, Prisma oder anderes dispersives Element), positioniert zum Empfangen von eintretendem Licht, welches eine Mehrzahl von Wellenlängen umfasst, und zum Transmittieren von wellenlängendispergiertem Licht. Das System umfasst ferner einen Detektor, ausgebildet zum Empfangen von mindestens einem Teil des wellenlängendispergierten Lichts, wobei der mindestens eine Teil des dispergierten Lichts divergentes dispergiertes Licht umfasst. Das System umfasst ferner einen beweglichen Detektorhalter (z.B. einen motorisierten Rotations- und Lineartranslationstisch), ausgebildet zum Positionieren des Detektors, um einen gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts zu empfangen, und wobei der Detektor an dem beweglichen Detektorhalter gehalten ist. Der bewegliche Detektorhalter (z.B. der motorisierte Rotations- und Lineartranslationstisch) kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Signalen, welche indikativ sind für eine gewünschte Position des Detektors, und zum Positionieren des Detektors, um den gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts bei der gewünschten Position zu empfangen.

Der bewegliche Detektorhalter kann ausgebildet sein zum Positionieren des Detektors bei einer vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element, um eine vorbestimmte Auflösung zu erhalten. Der Detektor kann bei einer ersten vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element positioniert werden, um eine erste Auflösung zu erhalten, und dann bei einer zweiten vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element positioniert werden, um eine zweite Auflösung zu erhalten. Die zweite Auflösung kann höher sein als die erste Auflösung, und die zweite optische Pfadlänge kann größer sein als die erste optische Pfadlänge.

Der bewegliche Detektorhalter kann ausgebildet sein zum Positionieren des Detektors bei einer ersten Position mit einer ersten vorbestimmten Winkelbeziehung zu dem dispersiven Element und kann ferner ausgebildet sein zum Positionieren des Detektors bei einer zweiten Position mit einer zweiten, verschiedenen vorbestimmten Winkelbeziehung zu dem dispersiven Element.

Das System kann ferner ausgebildet sein zum Durchführen von Tiefenprofilierung mittels Licht verschiedener Anregungswellenlängen. Beispielsweise können die Mehrzahl von Wellenlängen eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge umfassen. Das System kann ausgebildet sein zum Bewegen des Detektorhalters zu einer ersten Position, welche der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, und zum Erhalten von spektroskopischen Daten, welche indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika einer ersten Probenregion bis zu einer ersten Tiefe. Das System kann ausgebildet sein zum Bewegen des Detektorhalters zu einer zweiten Position, welche der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, und zum Erhalten von spektroskopischen Daten, welche indikativ sind für die eine oder die mehreren physikalischen Charakteristika der ersten Probenregion bis zu einer zweiten, verschiedenen Tiefe. Die erste Position, welche der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, kann eine Position zum Empfangen von Raman-verschobenem Licht von der ersten Probenregion umfassen, wobei das Raman-verschobene Licht inelastisch gestreutes Licht, welches auf die erste Probenregion bei der ersten Anregungswellenlänge einfällt, umfasst.

Die Mehrzahl von Wellenlängen können eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge umfassen, und das System kann ferner einen weiteren Detektor umfassen, ausgebildet zum Empfangen von mindestens einem Teil des divergenten dispergierten Lichts. Das System kann einen weiteren beweglichen Detektorhalter umfassen, ausgebildet zum Positionieren des weiteren Detektors, um einen verschiedenen gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts zu empfangen. Der weitere Detektor kann an dem weiteren beweglichen Detektorhalter gehalten sein. Der gewünschte Teil des divergenten dispergierten Lichts kann Licht umfassen, welches der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, während der verschiedene gewünschte Teil des divergenten dispergierten Lichts Licht umfassen kann, welches der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist.

Das dispersive Element, der Detektor und der bewegliche Detektorhalter sind in einem Monochromator enthalten. Das System kann ferner einen Probenhalter und eine Lichtquelle, die zum Erzeugen von Licht bei einer ersten Anregungswellenlänge ausgebildet ist, umfassen. Die Lichtquelle kann positioniert sein zum Transmittieren von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu einer an dem Probenhalter gehaltenen Probe, und das dispersive Element kann positioniert sein zum Empfangen von Licht, welches an der Probe als Antwort auf den Empfang des Lichts bei der ersten Anregungswellenlänge gestreut wird. Das an der Probe gestreute Licht kann Rayleigh-gestreutes Licht und Raman-gestreutes Licht umfassen.

Das System kann ferner einen Lichtstopper benachbart zu dem Detektor umfassen. Der Lichtstopper kann ausgebildet sein, den Empfang von Licht bei einer ersten Anregungsfrequenz in dem Detektor zu einer ersten Zeit zu erlauben, und kann ferner ausgebildet sein, den Empfang von Licht bei der ersten Anregungsfrequenz in dem Detektor zu einer zweiten, verschiedenen Zeit im Wesentlichen zu verhindern. Das System kann ferner einen Bewegungsmechanismus umfassen, der ausgebildet ist, den Lichtstopper zu der ersten Zeit von dem Detektor weg zu positionieren.

Das System kann ein oder mehrere zusätzliche optische Elemente umfassen. Zum Beispiel kann das System ferner einen gekrümmten Spiegel umfassen, der positioniert ist zum Empfangen von Licht, welches von einer Oberfläche reflektiert wird, und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zu dem dispersiven Element als eintretendes Licht. Das System kann ferner einen zweiten Spiegel umfassen, wobei der zweite Spiegel ausgebildet ist zum Empfangen von dispergiertem Licht von dem dispersiven Element und zum Reflektieren des empfangenen dispergierten Lichts als divergentes dispergiertes Licht.

Allgemein gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Monochromator-System ein dispersives Element umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Licht, welches eine Mehrzahl von Wellenlängen umfasst, und zum Dispergieren der Mehrzahl von Wellenlängen gemäß der Wellenlänge. Das System kann ferner eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Information, welche indikativ ist für eine gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Erzeugen von einem oder mehreren Signalen, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung. Das System kann ferner einen Zoom-Mechanismus umfassen, umfassend mindestens einen der Mechanismen, welche sind ein optischer Zoom-Mechanismus und ein mechanischer Zoom-Mechanismus, wobei der Zoom-Mechanismus mindestens ein Element umfasst, welches bezüglich des dispersiven Elements beweglich ist. Der Zoom-Mechanismus kann mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Kommunikation stehen und ausgebildet sein zum Bewegen des mindestens einen Elements als Antwort auf den Empfang des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung.

Beispielsweise kann der Zoom-Mechanismus einen mechanischen Zoom-Mechanismus umfassen, umfassend einen Detektorhalter, der bezüglich des dispersiven Elements beweglich ist. Der Detektorhalter kann eine Positionssteuer- und/oder -regeleinrichtung umfassen, ausgebildet zum Empfangen des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Bewegen des Detektorhalters zu einer Position, die der gewünschten spektroskopischen Auflösung zugeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Zoom-Mechanismus einen optischen Zoom-Mechanismus umfassen, umfassend mindestens ein bewegliches optisches Element, und wobei der optische Zoom-Mechanismus ausgebildet ist zum Empfangen des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Bewegen mindestens des einen beweglichen optischen Elements relativ zu dem dispersiven Element zu einer Position, die der gewünschten spektroskopischen Auflösung zugeordnet ist. Das Monochromator-System kann einen Detektor umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Raman-verschobenem Licht, welches an einer Probe gestreut wird.

Allgemein gemäß einem weiteren Aspekt, kann ein Monochromator-System ein optisches System umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Licht, welches an einer ersten Region einer Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei einer Mehrzahl von Anregungswellenlängen gestreut wird, und zum Dispergieren des empfangenen Lichts gemäß der Wellenlänge. Das System kann ferner einen ersten Detektor umfassen, welcher an einem ersten beweglichen Detektorhalter gehalten ist, und einen zweiten Detektor, welcher an einem zweiten beweglichen Detektorhalter gehalten ist. Der erste bewegliche Detektorhalter kann ausgebildet sein zum Bewegen des ersten Detektors zu einer ersten Position, welche einer ersten Anregungswellenlänge der Mehrzahl von Anregungswellenlängen zugeordnet ist. Der zweite bewegliche Detektorhalter kann ausgebildet sein zum Bewegen des zweiten Detektors zu einer zweiten Position, welche einer zweiten, verschiedenen Anregungswellenlänge der Mehrzahl von Anregungswellenlängen zugeordnet ist.

Der erste Detektor kann ferner ausgebildet sein zum Detektieren eines empfangenen Teils von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu einer ersten Zeit gestreut wird, während der zweite Detektor ferner ausgebildet sein kann zum Detektieren eines empfangenen Teils von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der zweiten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird.

Das optische System kann ein Dispersionselement umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus einem Transmissionsbeugungsgitter, einem Reflexionsbeugungsgitter und einem Prisma besteht. Der empfangene Teil von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, kann divergentes Licht oder im Wesentlichen paralleles Licht umfassen.

Der erste Detektor kann ferner ausgebildet sein zum Empfangen von Licht, welches an mindestens einer zweiten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird. Das optische System kann eine erste optische Faser, positioniert zum Empfangen von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche gestreut wird, und eine zweite optische Faser, positioniert zum Empfangen von Licht, welches an der zweiten Region der Probenoberfläche gestreut wird, umfassen.

Der erste Detektor kann einen Array-Detektor umfassen, z.B. einen Detektor, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem CCD-Array-Detektor, einem Photodioden-Array-Detektor und einem CMOS-Detektor besteht. Das optische System kann einen flachen Spiegel umfassen, ausgebildet zum Reflektieren von divergentem Licht, welches in dem ersten Detektor empfangen werden soll.

Das Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, kann an einem Teil der ersten Region der Probenoberfläche gestreut werden, der sich eine erste Tiefe nach unten erstreckt, während das Licht, das an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der zweiten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, an einem Teil der ersten Region der Probenoberfläche gestreut werden kann, der sich eine zweite Tiefe, die von der ersten Tiefe verschieden ist, nach unten erstreckt. Damit kann das System ausgebildet sein zum Erzeugen eines Tiefenprofils der Probe.

Allgemein gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Spektroskopie-Verfahren das Empfangen von Information umfassen, welche indikativ ist für eine erste gewünschte Auflösung für eine Spektroskopie-Messung. Das Verfahren kann ferner umfassen das Positionieren von mindestens einem Teil einer Zoom-Vorrichtung relativ zu einem dispersiven Element basierend auf der ersten gewünschten Auflösung. Das Verfahren kann ferner umfassen das Erhalten von ersten Spektroskopie-Daten mit der ersten gewünschten Auflösung mittels des Detektors. Das Verfahren kann ferner umfassen das Empfangen von Information, welche indikativ ist für eine zweite gewünschte Auflösung für eine Spektroskopie-Messung, und das Positionieren des mindestens einen Teils einer Zoom-Vorrichtung relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der zweiten gewünschten Auflösung. Das Verfahren kann ferner umfassen das Erhalten von zweiten Spektroskopie-Daten mit der zweiten gewünschten Auflösung mittels des Detektors.

Das Verfahren kann ferner umfassen das Empfangen von Information, welche indikativ ist für einen ersten gewünschten Wellenlängenbereich für die Spektroskopie-Messung, wobei der erste gewünschte Wellenlängenbereich sich von einer ersten Extremumwellenlänge (d.h. einem Minimum oder Maximum des Bereichs) zu einer zweiten Extremumwellenlänge (dem jeweils anderen Extremum – Minimum bzw. Maximum – des Bereichs) erstreckt. Das Verfahren kann ferner umfassen das Positionieren des Detektors relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der ersten Extremumwellenlänge, und das Erhalten von ersten Spektroskopie-Daten mit der ersten gewünschten Auflösung mittels des Detektors kann das Scannen des Detektors relativ zu dem dispersiven Element von der Position basierend auf der ersten Extremumwellenlänge bis zu einer Position basierend auf einer zweiten Extremumwellenlänge umfassen.

Das Verfahren kann ferner umfassen das Empfangen von Information, welche indikativ ist für einen zweiten gewünschten Wellenlängenbereich für die Spektroskopie-Messung, wobei der zweite gewünschte Wellenlängenbereich sich von einer initialen Extremumwellenlänge zu einer finalen zugeordneten Extremumwellenlänge erstreckt. Der zweite gewünschte Wellenlängenbereich kann kleiner sein als der erste gewünschte Wellenlängenbereich. Das Verfahren kann ferner umfassen das Positionieren des Detektors relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der initialen Extremumwellenlänge. Das Spektroskopie-Verfahren kann ein Raman-Spektroskopie-Verfahren sein.

Allgemein gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Spektroskopie-Verfahren umfassen: Erzeugen von Anregungslicht, umfassend eine Mehrzahl von im Wesentlichen diskreten Anregungswellenlängen, umfassend eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge. Das Verfahren kann ferner umfassen das Streuen des Anregungslichts an einer ersten Region einer Probe und das Dispergieren des gestreuten Lichts gemäß der Wellenlänge. Das Verfahren kann ferner umfassen das Empfangen eines ersten Teils des dispergierten Lichts an einem ersten Detektor, positioniert zum Empfangen von Licht, welches der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, und das Empfangen eines zweiten, verschiedenen Teils des dispergierten Lichts an einem zweiten Detektor, positioniert zum Empfangen von Licht, welches der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist. Das Verfahren kann ferner umfassen das Bestimmen von einer oder mehreren Charakteristika der ersten Region der Probe basierend auf dem ersten Teil und dem zweiten Teil.

Das Streuen des Anregungslichts an einer ersten Region einer Probe kann das Streuen von Licht mit der ersten Anregungswellenlänge an einer ersten Tiefe der ersten Region der Probe umfassen und kann ferner das Streuen von Licht mit der zweiten Anregungswellenlänge an einer zweiten, verschiedenen Tiefe der ersten Region der Probe umfassen. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass das Bestimmen von einer oder mehreren Charakteristika der ersten Region der Probe basierend auf dem ersten Teil und dem zweiten Teil das Erzeugen eines Tiefenprofils der ersten Region der Probe umfasst. Das Tiefenprofil kann Daten umfassen, welche indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika der ersten Region der Probe bei der ersten Tiefe, und Daten, die indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika der ersten Region der Probe bei der zweiten Tiefe.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der beispielhaften Implementierungen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine Draufsicht auf ein Raman-Spektroskopie-System nach dem Stand der Technik;

2 ist eine Draufsicht auf einen Monochromator;

3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Spektroskopie-System gemäß einigen Ausführungsformen;

4A ist eine Draufsicht auf ein Monochromator-System gemäß einigen Ausführungsformen;

4B veranschaulicht die Auflösungsunterschiede für drei verschiedene Radialpositionen eines Detektors in einem Spektroskopie-System;

4C ist eine perspektivische Darstellung eines Monochromator-Systems gemäß einigen Ausführungsformen;

5 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Spektroskopie-Systems;

6 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Spektroskopie-Systems zum Detektieren multipler Wellenlängen;

7 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Spektroskopie-Systems zum Detektieren multipler Wellenlängen;

8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Spektroskopie-Systems zum Detektieren multipler Wellenlängen;

9A und 9B sind Draufsichten auf Ausführungsformen eines Spektroskopie-Systems zum Detektieren multipler Wellenlängen;

9C ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Spektroskopie-Systems zum Detektieren multipler Wellenlängen; und

9D ist eine Illustration einer CCD-Anzeige für die Spektroskopie von multiplen Lokalisationen einer Probe.

Gleiche Bezugssymbole in den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Elemente.

DETAILBESCHREIBUNG

Hierin bereitgestellte Systeme und Techniken können eine flexiblere Spektroskopie als die mit existierenden Spektroskopie-Systemen bereitgestellte erlauben.

Für optische Spektrometer werden Monochromatoren verwendet, um bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche von Interesse zu isolieren. Typisch wählt ein Nutzer einen bestimmten Monochromator basierend auf der erwarteten Anwendung. Beispielsweise werden für Raman-Spektroskopie-Anwendungen allgemein voluminöse hochauflösende Monochromatoren verwendet, um hochauflösende Daten für die Raman-Peaks von Interesse zu erhalten. Für andere Anwendungen mag ein Nutzer einen kompakten und leicht bedienbaren niedrigauflösenden Monochromator zu wählen wünschen.

Zur Bereitstellung von verbesserter Flexibilität umfassen hierin bereitgestellte Systeme und Techniken Monochromator- und Spektrometer-Ausführungen mit Zoom-In-/Zoom-Out-Funktion. Als eine Folge davon kann sowohl niedrig- als auch hochauflösende Spektroskopie durchgeführt werden.

2 ist eine Draufsicht auf einen Monochromator 205, die veranschaulicht, wie die Auflösung eines Systems 200 von dem Abstand zwischen Beugungsgitter 240 und Detektor 250 abhängt, für divergentes Licht, welches auf den Detektor 250 einfällt.

Wenn der Detektor 250 in einem Abstand d1 positioniert ist, der relativ nahe dem Beugungsgitter 240 ist, fängt er Licht in einem relativ großen Raumwinkel auf. Dies liefert eine niedrigauflösende "Sicht" des Materials (d.h. einen relativ großen Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts). Wenn aber der Detektor 250 in einem Abstand d2 positioniert ist, der von dem Beugungsgitter 240 relativ weit entfernt ist, fängt er Licht in einem relativ kleinen Raumwinkel auf. Das aufgefangene Licht umfasst einen schmaleren Wellenlängenbereich, so dass eine höher auflösende Sicht des Materials bereitgestellt wird.

3 zeigt ein Diagramm eines Spektroskopie-Systems 300 mit Zoom-In-/Zoom-Out-Funktion gemäß einigen Ausführungsformen. Das System 300 umfasst eine Probe 320, welche an einem Tisch 330 gehalten ist, und ein Monochromator-System 305. Das Monochromator-System 305 umfasst einen Wellenlängendispersionsmechanismus, z.B. ein Beugungsgitter 340, das zum Dispergieren von eintretendem Licht 315 gemäß der Wellenlänge ausgebildet ist. Der Monochromator 350 umfasst ferner einen beweglichen Detektor 350. Ein Nutzer kann die Position des beweglichen Detektors 350 einstellen, um die gewünschte spektrale Auflösung zu erhalten. Beispielsweise kann der Nutzer dem Spektroskopie-System via eine Nutzerschnittstelle, z.B. via einen Computer, einen oder mehrere Parameter bereitstellen, die indikativ sind für eine gewünschte Positionierung, und eine oder mehrere Steuer- und/oder Regeleinrichtungen des Systems 300 (nicht gezeigt) können den Detektor 350 auf Basis des einen oder der mehreren Parameter positionieren. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Nutzer den Detektor 350 mindestens teilweise mittels eines oder mehrerer Handbedienungselemente (z.B. Knöpfen, Hebeln oder anderer Handbedienungselemente) positionieren.

Beispielsweise kann zu einer ersten Zeit t1 der Detektor 350 in einem Abstand d1 von dem Beugungsgitter 340 positioniert werden, und der Detektor 350 kann niedrigauflösende Daten der Probe 320 erhalten. Die niedrigauflösenden Daten können analysiert werden, um eine oder mehrere Wellenlängenregionen von Interesse zu bestimmen. Zu einer späteren Zeit t2 kann der Detektor 350 in einem verschiedenen Abstand d1 von dem Beugungsgitter 340 positioniert werden, und der Detektor 350 kann hochauflösende Daten von der Probe 320 (oder von einer verschiedenen Probe, die höher auflösende Daten verlangt) erhalten.

Der Monochromator 305 kann ferner ausgebildet sein zum Bereitstellen einer relativen Winkelversetzung zwischen Beugungsgitter 340 und Detektor 350. Die relative Winkelbewegung kann verwendet werden, um den Detektor 350 nach Wunsch auszurichten (z.B. zum Auffangen von Raman-verschobenem Licht) und/oder um den Strahl über den Detektor 350 zu scannen. Die relative Winkelbewegung kann bereitgestellt werden durch Rotieren des Detektors 350 um das Beugungsgitter 340, während das Beugungsgitter 340 fest ist. Stattdessen (oder zusätzlich) kann das Beugungsgitter 340 rotiert werden. Zusätzlich, wie oben erwähnt, können dispersive Elemente verwendet werden, die von Reflexionsbeugungsgittern verschieden sind, z.B. Transmissionsgitter oder Prismen.

Ausführungsformen, bei denen das Beugungsgitter 340 fest ist, können für einige Anwendungen besonders vorteilhaft sein. Beispielsweise kann bei einigen Spektroskopie-Systemen eine Anzahl von zusätzlichen optischen Elementen (z.B. flache Spiegel, gekrümmte Spiegel etc.) mit dem Gitter 340 verwendet werden. Die Einbeziehung eines beweglichen Detektors 350 kann verbesserte Benutzerfreundlichkeit erlauben. Anstatt Elemente des optischen Systems zu bewegen, um ein Signal bei der Wellenlänge von Interesse zu detektieren, muss der Nutzer eher nur den Dispersionswinkel der Wellenlänge von Interesse berechnen und/oder die gewünschte Auflösung bestimmen und den Detektor 350 entsprechend positionieren.

Der Detektor 350 kann auf verschiedene Weise bewegt werden. Beispielsweise kann der Detektor 350 an einem Tisch 370 gehalten sein, um die gewünschte Bewegung bereitzustellen (z.B. eine Radial- und/oder Winkelbewegung). Bei einigen Ausführungsformen kann der Tisch 370 ein motorisierter Rotations- und Lineartranslationstisch sein. Der Tisch kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfassen, ausgebildet zum Empfangen von Signalen, welche indikativ sind für eine gewünschte Position des Tischs 370, und zum Bewegen des Tischs als Antwort auf die empfangenen Signale.

Das System 300 kann ferner einen Einlassspalt umfassen (nicht gezeigt). Enge Spalte können verwendet werden, um die Auflösung zu verbessern, können aber auch die Lichtmenge reduzieren, die für die Detektion zur Verfügung steht. Größere Einlassspalte erhöhen die für die Detektion zur Verfügung stehende Lichtmenge, aber die Auflösung kann geringer sein als erwünscht.

4A zeigt eine Ausführungsform eines Monochromator-Systems 405. Das System 405 empfängt Licht (einschließlich zu analysierendes Licht) durch einen Eingangsspalt 407 (der eine für die jeweilige Anwendung gewählte Breite haben kann, wie oben erwähnt). Das Licht wird von einem gekrümmten Spiegel 409 reflektiert und fällt dann auf ein dispersives Element, z.B. ein Transmissionsgitter 440. Das dispergierte Licht wird von einem flachen Spiegel 411 reflektiert. Verschiedene Teile des reflektierten Lichts können von einem Detektor 450 empfangen werden, bei dem es sich um einen CCD-Array-Detektor, einen Photodioden-Array-Detektor, einen Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Detektor oder einen anderen Typ von Detektor handeln kann.

Es sei angemerkt, dass einige existierende Systeme ein ähnliches optisches System verwenden wie das in 4A gezeigte, ausgenommen, dass an Stelle des flachen Spiegels 411 ein gekrümmter Spiegel verwendet wird. Bei diesem System reflektiert das dispergierte Licht von dem gekrümmten Spiegel als parallele Lichtstrahlen, die sich in der Wellenlänge über ihre Ausdehnung unterscheiden. Durch Ersetzen des gekrümmten Spiegels durch den flachen Spiegel 411 divergiert das dispergierte Licht, so dass das Auffangen des Lichts bei verschiedenen Abständen Messungen mit verschiedener Auflösung erlaubt.

4B veranschaulicht die verschiedenen Auflösungen, die bei drei verschiedenen Radialpositionen des Detektors 450 erhalten werden können. Bei einer ersten Position, die dem Spiegel 411 am nächsten liegt (und damit die kürzeste optische Pfadlänge zu dem Beugungsgitter 440 aufweist), kann ein niedrigauflösendes Spektrum erhalten werden, welches einen breiten Wellenlängenbereich enthält. Bei einer zweiten Position, die von dem Spiegel 411 am weitesten entfernt liegt, kann ein hochauflösendes Spektrum erhalten werden, welches einen schmalen Wellenlängenbereich enthält. Bei einer dritten, dazwischenliegenden Position kann ein mittelauflösendes Spektrum erhalten werden.

4C ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Monochromators 405. Der Monochromator 405 umfasst einen Eintrittsspalt 407 zum Empfangen von Licht von einer Probe. Das empfangene Licht fällt auf einen gekrümmten Spiegel 409 und wird dann über ein Gitter 440 dispergiert. Im Gegensatz zu dem Monochromator von 4A ist der flache Spiegel 411 weggelassen. Das dispergierte Licht fällt auf einen Detektor 450, der näher zu dem Gitter 440 für niedrigere Auflösung oder weiter entfernt von dem Gitter 440 für höhere Auflösung positioniert werden kann.

Bei einigen Ausführungsformen kann eine optische Zoom-In-/Zoom-Out-Funktion verwendet werden an Stelle oder zusätzlich zu der mechanischen Zoom-In-/Zoom-Out-Funktion wie oben beschrieben und in den 3, 4A und 4C veranschaulicht. Beispielsweise kann ein Monochromator einen festen Detektor umfassen, mit einem oder mehreren optischen Elementen positioniert zwischen dem Dispersionselement und dem Detektor. Das eine oder die mehreren optischen Elemente können eine erste feste Linse und eine zweite bewegliche Linse umfassen, so dass die Dispersion des Lichts am Detektor erhöht (Zoom-In, für erhöhte Auflösung) oder reduziert (Zoom-Out, für reduzierte Auflösung) wird. Bei einigen Ausführungsformen können kommerzielle Zoom-In-/Zoom-Out-Linsenanordnungen für Kamerasysteme verwendet werden. Jedoch können für Anwendungen, wo die verwendeten Wellenlängen durch Glas unangemessen absorbiert werden, andere Linsenmaterialen erforderlich sein. Zum Beispiel können Quarz oder andere UV-kompatible Materialien erforderlich sein.

Wie bereits erwähnt, kann in früheren Spektroskopie-Systemen ein Notch-Filter verwendet werden, um das starke Rayleigh-gestreute Lasersignal herauszufiltern, so dass das Raman-Signal analysiert werden kann. Für ein System, welches einen beweglichen Detektor umfasst, wie z.B. die in den 3 und 4A gezeigten und oben beschriebenen Systeme, kann eine verschiedene Technik verwendet werden, welche sowohl eine leichtere als auch eine genauere Spektroskopie-Kalibrierung bereitstellen kann.

Für die Raman-Spektroskopie kann der Unterschied in der Wellenlänge zwischen der Anregungswellenlänge &lgr;exc und der Raman-Wellenlänge &lgr;Raman als ?&lgr; bezeichnet werden. Um &lgr;Raman effizient und genau zu bestimmen, kann das Rayleigh-Streusignal bei &lgr;exc verwendet werden, um die Position eines Detektors 550 zu kalibrieren.

Beispielsweise kann der Detektor 550 anfänglich in einem Abstand von einem Beugungsgitter 540 positioniert werden, bei dem sowohl Rayleigh-gestreutes Licht als auch Raman-gestreutes Licht über die Breite des Detektors 550 aufgefangen werden kann (d.h. die Auflösung ist niedrig genug, um beide Signale gleichzeitig detektieren zu können). Der Detektor 550 kann in einem Winkel bezüglich des Gitters 540 bewegt werden, bis das starke Rayleigh-gestreute Signal detektiert und so an dem Detektor 550 positioniert ist, dass das Raman-gestreute Licht ebenfalls von dem Detektor 550 aufgefangen wird. Es sei angemerkt, dass die relativen Positionen des Raman- und des Rayleigh-gestreuten Lichts davon abhängen, ob die Stokes-Linie, die Anti-Stokes-Linie oder beide detektiert werden sollen.

Sobald der Detektor 550 positioniert ist, kann ein Lichtstopper 552 über einen Aktuator 554 (z.B. ein Mikrometer) in Position bewegt werden, bis das Rayleigh-gestreute Licht ausreichend geblockt ist. Der resultierende Raman-Peak kann dann mittels des Detektors 550 aufgefangen werden. Dies kann eine genauere Spektroskopie bereitstellen, weil der Raman-Peak bezüglich der Position des detektierten Rayleigh-Peaks gemessen wird, der als eine Wellenlängenreferenz für die Messung dient.

Die Fähigkeit, den Detektor 550 in einem Winkel bezüglich des Gitters 540 zu rotieren, wie in 5 illustriert, kann ferner verwendet werden zur Durchführung von Spektroskopie bei multiplen Wellenlängen. Dies kann einen wesentlichen Vorteil einbringen, weil verschiedene Lichtwellenlängen die Probe bis in verschiedene Tiefen penetrieren. Größere Wellenlängen dringen tiefer in ein Material ein, während kleinere Wellenlängen mit dem Probenmaterial näher an der Probenoberfläche wechselwirken. Als eine Folge davon erlaubt die gleichzeitige Verwendung von multiplen Wellenlängen ein Tiefenprofil des Materials zu erhalten.

6 zeigt eine Draufsicht auf ein vereinfachtes Spektrometrie-System 600, welches zum Durchführen von Spektrometrie bei multiplen Wellenlängen verwendet werden kann. Eine Lichtquelle 610 stellt Anregungslicht mit mehr als einer Wellenlänge bereit. Zum Beispiel kann die Lichtquelle 610 ein Laser (z.B. ein Argon-Ionen-Laser) sein, der Licht bei multiplen Anregungswellenlängen erzeugt, oder sie kann multiple Laser umfassen, die Licht bei multiplen Wellenlängen erzeugen. Gemäß 6 werden Signale mit drei Wellenlängen, &lgr;1, &lgr;2 und &lgr;3, korrespondierend zu drei verschiedenen Anregungswellenlängen durch ein Gitter 640 dispergiert. Bei einigen Ausführungsformen kann ein einziger beweglicher Detektor 650 in einem Winkel bezüglich eines Beugungsgitters 640 positioniert werden, um jede der Wellenlängen &lgr;1, &lgr;2 und &lgr;3 der Reihe nach zu detektieren. Bei anderen Ausführungsformen können drei verschiedene Detektoren 650, 650' und 650'' positioniert werden, um jede der Wellenlängen &lgr;1, &lgr;2 und &lgr;3 gleichzeitig zu detektieren.

Demgegenüber wird bei einigen existierenden Systemen das Beugungsgitter rotiert, so dass die Wellenlänge von Interesse auf einen festen Detektor einfällt. In solchen Systemen kann das Erhalten von Probendaten bei multiplen Wellenlängen kompliziert sein. Beispielsweise kann ein erster Satz von Probendaten bei einer ersten Wellenlänge mittels einer ersten Lichtquelle erhalten werden. Die Lichtquelle kann dann verändert und ein zweiter Satz von Probendaten bei einer zweiten Wellenlänge erhalten werden. Jedoch müssen das System für die neue Lichtquelle kalibriert und der zweite Satz von Daten mit dem ersten Satz korreliert werden. Existierende Systeme können also sowohl komplexer als auch weniger genau sein als die Verwendung der gleichzeitigen Anregung der Probe mit multiplen Wellenlängen.

7 zeigt eine weitere Implementierung umfassend ein System 700, welches ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis für Raman-gestreutes Licht bereitstellen kann. Das System 700 umfasst einen Spalt 722, so dass spiegelnd gestreutes Licht nicht auf Detektoren 750, 750' und 750'' einfällt. Ein kollimierter Strahl fällt auf ein Gitter 740, welches das Licht gemäß der Wellenlänge dispergiert. 7 veranschaulicht ein Beispiel, wo drei Wellenlängen von Interesse in den Detektoren 750, 750' und 750'' detektiert werden (obgleich natürlich verschiedene Anzahlen von Detektoren verwendet werden können).

8 zeigt eine weitere Implementierung umfassend ein System 800 für multiple Wellenlängenanregung einer Probe 820, welche an einem Tisch 830 gehalten ist. Von der Probe 820 reflektiertes Licht kann zuerst auf ein oder mehrere optische Elemente 823 einfallen, die das Licht von der Probe 820 fokussieren können, welches durch einen Spalt 822 transmittiert werden soll. Das Licht kann dann von einem Spiegel 809 zu einem Beugungsgitter 840 reflektiert werden. Das dispergierte Licht kann dann von einem flachen Spiegel 800 reflektiert werden, und die Wellenlängen von Interesse können dann in Detektoren 850, 850' und 850'' detektiert werden. Wie bei der Implementierung nach 4A kann der flache Spiegel 811 bei einigen Ausführungsformen weggelassen werden.

9A bis 9C zeigen verschiedene Implementierungen von Systemen, die zum Erhalten von Tiefenprofilinformation mittels eines oder mehrerer Monochromatoren 905 verwendet werden können. Beispielsweise umfasst gemäß 9A Licht von einem oder mehreren Lasern 910 eine Mehrzahl von Anregungswellenlängen (z.B. drei verschiedene Wellenlängen). Das Licht fällt auf eine Probe 920, die an einem Tisch 930 gehalten ist. Reflektiertes Licht fällt auf eine oder mehrere optische Fasern 928 und wird zu separaten Monochromatoren 905A, 905B und 905C transmittiert, die zugeordnete Detektoren 950, 950' und 950'' aufweisen.

Gemäß 9B wird Licht, welches von der an dem Tisch 930 gehaltenen Probe 920 reflektiert wird, in einem Faserbündel 929 empfangen, das eine Mehrzahl von optischen Fasern umfasst. Die Wellenlängen von Interesse werden dann zu separaten Monochromatoren 905A, 905B und 905C oder zu einem einzigen Monochromator 905, der zum Detektieren multipler Wellenlängen ausgebildet ist, transmittiert.

Gemäß 9C kann eine größere Fläche der Probe 920 zu einer bestimmten Zeit analysiert werden durch Einbeziehung eines Strahlaufweiters 913 nach der Lichtquelle 910. Ein Faserbündel 929 kann Licht von verschiedenen Regionen der Probe 920 empfangen und das Licht zu multiplen Monochromatoren oder zu einem einzigen Monochromator 905 mit multiplen zugeordneten Detektoren, wie Detektor 950, 950' und 955'', transmittieren. Ein Spektroskopie-System wie das in 9C gezeigte kann besonderes geeignet sein für die Halbleiterindustrie. Wenn eine Probe 920 eine Halbleiterprobe ist, z.B. ein Siliciumwafer, können verschiedene Regionen des Wafers (z.B. 9 verschiedene Regionen korrespondierend zu 9 Fasern in dem Faserbündel 929) gleichzeitig analysiert werden. 9D zeigt ein Beispiel einer CCD-Ausgabe korrespondierend zu simultaner Raman-Spektrometrie von multiplen Regionen des Wafers. Wie 9D zeigt, zeigen Detektorpixel korrespondierend zu jeder der Probenregionen ein Signal korrespondierend zu der 520 cm–1-Ramanverschiebung von Silicium.

Das tatsächliche System, welches zur Verwendung kommt, kann auf die jeweilige Spektroskopie-Anwendung zugeschnitten sein. So kann z.B. für ein Raman-Spektroskopie-System ein System mit festen optischen Elementen gewünscht sein wegen seiner Zuverlässigkeit. Für andere Spektroskopie-Anwendungen dagegen (z.B. Photolumineszenz-Anwendungen) kann der Bereich von Wellenzahlen, die detektiert werden sollen, groß genug sein, um eine Rotation des Dispersionselements zu wünschen.

Ähnlich kann bei einigen Anwendungen ein Dispersionselement ohne andere optische Elemente (oder mit nur einem Spalt oder einem ähnlichen Mechanismus) verwendet werden. Obgleich ein solches System mehr Streulicht an dem Detektor empfangen kann, kann die Größe des gewünschten Signals größer sein, weil es keine Dämpfung infolge der Wechselwirkung des Lichts mit zusätzlichen optischen Elementen wie Spiegeln und Linsen gibt. Jedoch können bei einigen Anwendungen zusätzliche optische Elemente ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellen, trotz der zusätzlichen Dämpfung.

In Implementierungen können die oben beschriebenen Techniken und ihre Variationen mindestens teilweise als Computer-Software-Anweisungen implementiert sein. Solche Anweisungen können auf einem oder mehreren maschinenlesbaren Speichermedien oder -vorrichtungen gespeichert sein und werden z.B. durch einen oder mehrere Computerprozessoren ausgeführt oder veranlassen die Maschine, die beschriebenen Funktionen und Operationen durchzuführen.

Es wurde eine Anzahl von Implementierungen beschrieben. Zwar wurden nur ein paar Implementierungen im Vorstehenden detailliert offenbart; andere Modifikationen sind jedoch möglich, und die vorliegende Offenbarung beabsichtigt, alle derartigen Modifikationen abzudecken, ganz besonders jede Modifikation, die für den Durchschnittsfachmann vorhersehbar ist. Beispielsweise können viele Typen von optischen Elementen in dem Monochromator- und Spektroskopie-System Verwendung finden.

Ferner sollen nur jene Ansprüche, die das Wort "Mittel" verwenden, nach 35 USC 112, para. 6, interpretiert werden. Ferner sollen keine Begrenzungen aus der Beschreibung in die Ansprüche hineingelesen werden, soweit nicht diese Begrenzungen ausdrücklich in den Ansprüchen enthalten sind. Demgemäß fallen weitere Ausführungsformen in den Bereich der nachfolgenden Ansprüche.


Anspruch[de]
Ein Spektroskopie-System, umfassend:

ein dispersives Element, positioniert zum Empfangen von eintretendem Licht, welches eine Mehrzahl von Wellenlängen umfasst, und zum Transmittieren von wellenlängendispergiertem Licht;

einen Detektor, ausgebildet zum Empfangen von mindestens einem Teil des wellenlängendispergierten Lichts, wobei der mindestens eine Teil des dispergierten Lichts divergentes dispergiertes Licht umfasst; und

einen beweglichen Detektorhalter, ausgebildet zum Positionieren des Detektors, um einen gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts zu empfangen, und wobei der Detektor an dem beweglichen Detektorhalter gehalten ist.
Das System nach Anspruch 1, wobei das dispersive Element ausgewählt ist aus einem Reflexionsbeugungsgitter, einem Transmissionsbeugungsgitter und einem Prisma. Das System nach Anspruch 1, wobei das dispersive Element rotierbar ist. Das System nach Anspruch 1, wobei das dispersive Element fest ist. Das System nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Detektorhalter ausgebildet ist zum Positionieren des Detektors bei einer vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element, um eine vorbestimmte Auflösung zu erhalten. Das System nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Detektorhalter ausgebildet ist zum Positionieren des Detektors bei einer ersten vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element, um eine erste Auflösung zu erhalten, und zum Positionieren des Detektors bei einer zweiten vorbestimmten optischen Pfadlänge von dem dispersiven Element, um eine zweite Auflösung zu erhalten, wobei die zweite Auflösung höher ist als die erste Auflösung und wobei die zweite optische Pfadlänge größer ist als die erste optische Pfadlänge. Das System nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Detektorhalter ausgebildet ist zum Positionieren des Detektors bei einer ersten Position mit einer ersten vorbestimmten Winkelbeziehung zu dem dispersiven Element, und ferner ausgebildet ist zum Positionieren des Detektors bei einer zweiten Position mit einer zweiten, verschiedenen vorbestimmten Winkelbeziehung zu dem dispersiven Element. Das System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge umfasst und wobei das System ausgebildet ist zum Bewegen des Detektorhalters zu einer ersten Position, welche der ersten Anregungswelle zugeordnet ist, und zum Erhalten von spektroskopischen Daten, welche indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika einer ersten Probenregion bis zu einer ersten Tiefe, und wobei das System ausgebildet ist zum Bewegen des Detektorhalters zu einer zweiten Position, welche der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, und zum Erhalten von spektroskopischen Daten, welche indikativ sind für die eine oder die mehreren physikalischen Charakteristika der ersten Probenregion bis zu einer zweiten, verschiedenen Tiefe. Das System nach Anspruch 8, wobei die erste Position, welche der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, eine Position umfasst zum Empfangen von Raman-verschobenem Licht von der ersten Probenregion, wobei das Raman-verschobene Licht inelastisch gestreutes Licht, welches auf die erste Probenregion bei der ersten Anregungswellenlänge einfällt, umfasst. Das System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge umfassen und wobei das System ferner umfasst:

einen weiteren Detektor, ausgebildet zum Empfangen von mindestens einem Teil des divergenten dispergierten Lichts;

einen weiteren beweglichen Detektorhalter, ausgebildet zum Positionieren des weiteren Detektors, um einen verschiedenen gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts zu empfangen, und wobei der weitere Detektor an dem weiteren beweglichen Detektorhalter gehalten ist; und

wobei der gewünschte Teil des divergenten dispergierten Lichts Licht umfasst, welches der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist, und wobei der verschiedene gewünschte Teil des divergenten dispergierten Lichts Licht umfasst, welches der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist.
Das System nach Anspruch 1, wobei das dispersive Element, der Detektor und der bewegliche Detektorhalter in einem Monochromator enthalten sind. Das System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Probenhalter und eine Lichtquelle, die zum Erzeugen von Licht bei einer ersten Anregungswellenlänge ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle positioniert ist zum Transmittieren von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu einer an dem Probenhalter gehaltenen Probe, und wobei das dispersive Element positioniert ist zum Empfangen von Licht, welches an der Probe als Antwort auf den Empfang des Lichts bei der ersten Anregungswellenlänge gestreut wird. Das System nach Anspruch 12, wobei das an der Probe gestreute Licht Rayleigh-gestreutes Licht und Raman-gestreutes Licht umfasst. Das System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Lichtstopper benachbart zu dem Detektor, wobei der Lichtstopper ausgebildet ist, den Empfang von Licht bei einer ersten Anregungsfrequenz in dem Detektor zu einer ersten Zeit zu erlauben, und ferner ausgebildet ist, den Empfang von Licht bei der ersten Anregungsfrequenz in dem Detektor zu einer zweiten, verschiedenen Zeit im Wesentlichen zu verhindern. Das System nach Anspruch 14, wobei das System ferner einen Bewegungsmechanismus umfasst, der ausgebildet ist, den Lichtstopper zu der ersten Zeit von dem Detektor weg zu positionieren. Das System nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Detektorhalter einen motorisierten Rotations- und Lineartranslationstisch umfasst. Das System nach Anspruch 16, wobei der motorisierte Rotations- und Lineartranslationstisch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfasst, ausgebildet zum Empfangen von Signalen, welche indikativ sind für eine gewünschte Position des Detektors, und zum Positionieren des Detektors, um den gewünschten Teil des divergenten dispergierten Lichts bei der gewünschten Position zu empfangen. Das System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen gekrümmten Spiegel, positioniert zum Empfangen von Licht, welches von einer Oberfläche reflektiert wird, und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zu dem dispersiven Element als eintretendes Licht. Das System nach Anspruch 18, ferner umfassend einen zweiten Spiegel, wobei der zweite Spiegel ausgebildet ist zum Empfangen von dispergiertem Licht von dem dispersiven Element und zum Reflektieren des empfangenen dispergierten Lichts als divergentes dispergiertes Licht. Ein Monochromator-System, umfassend:

ein dispersives Element, ausgebildet zum Empfangen von Licht, welches eine Mehrzahl von Wellenlängen umfasst, und zum Dispergieren der Mehrzahl von Wellenlängen gemäß der Wellenlänge;

eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ausgebildet zum Empfangen von Information, welche indikativ ist für eine gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Erzeugen von einem oder mehreren Signalen, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung; und

einen Zoom-Mechanismus, umfassend mindestens einen der Mechanismen, welche sind ein optischer Zoom-Mechanismus und ein mechanischer Zoom-Mechanismus, wobei der Zoom-Mechanismus mindestens ein Element umfasst, welches bezüglich des dispersiven Elements beweglich ist, wobei der Zoom-Mechanismus mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Kommunikation steht und ausgebildet ist zum Bewegen des mindestens einen Elements als Antwort auf den Empfang des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung.
Das Monochromator-System nach Anspruch 20, wobei der Zoom-Mechanismus einen mechanischen Zoom-Mechanismus umfasst, umfassend einen Detektorhalter, der bezüglich des dispersiven Elements beweglich ist, und wobei der Detektorhalter eine Positionssteuer- und/oder -regeleinrichtung umfasst, ausgebildet zum Empfangen des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Bewegen des Detektorhalters zu einer Position, die der gewünschten spektroskopischen Auflösung zugeordnet ist. Das Monochromator-System nach Anspruch 20, wobei der Zoom-Mechanismus einen optischen Zoom-Mechanismus umfasst, umfassend mindestens ein bewegliches optisches Element, und wobei der optische Zoom-Mechanismus ausgebildet ist zum Empfangen des einen oder der mehreren Signale, welche indikativ sind für die gewünschte spektroskopische Auflösung, und zum Bewegen mindestens des einen beweglichen optischen Elements relativ zu dem dispersiven Element zu einer Position, die der gewünschten spektroskopischen Auflösung zugeordnet ist. Das Monochromator-System nach Anspruch 20, wobei das Monochromator-System ferner einen Detektor umfasst, ausgebildet zum Empfangen von Raman-verschobenem Licht, welches an einer Probe gestreut wird. Ein Monochromator-System, umfassend:

ein optisches System, ausgebildet zum Empfangen von Licht, welches an einer ersten Region einer Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei einer Mehrzahl von Anregungswellenlängen gestreut wird, und zum Dispergieren des empfangenen Lichts gemäß der Wellenlänge;

einen ersten Detektor, welcher an einem ersten beweglichen Detektorhalter gehalten ist;

einen zweiten Detektor, welcher an einem zweiten beweglichen Detektorhalter gehalten ist;

wobei der erste bewegliche Detektorhalter ausgebildet ist zum Bewegen des ersten Detektors zu einer ersten Position, welche einer ersten Anregungswellenlänge der Mehrzahl von Anregungswellenlängen zugeordnet ist, und wobei der zweite bewegliche Detektorhalter ausgebildet ist zum Bewegen des zweiten Detektors zu einer zweiten Position, welche einer zweiten, verschiedenen Anregungswellenlänge der Mehrzahl von Anregungswellenlängen zugeordnet ist;

und wobei der erste Detektor ferner ausgebildet ist zum Detektieren eines empfangenen Teils von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu einer ersten Zeit gestreut wird, und wobei der zweite Detektor ferner ausgebildet ist zum Detektieren eines empfangenen Teils von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der zweiten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird.
Das System nach Anspruch 24, wobei das optische System ein Dispersionselement umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus einem Transmissionsbeugungsgitter, einem Reflexionsbeugungsgitter und einem Prisma besteht. Das System nach Anspruch 25, wobei der empfangene Teil von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, divergentes Licht umfasst. Das System nach Anspruch 25, wobei der empfangene Teil von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, im Wesentlichen paralleles Licht umfasst. Das System nach Anspruch 25, wobei der erste Detektor ferner ausgebildet ist zum Empfangen von Licht, welches an mindestens einer zweiten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird. Das System nach Anspruch 28, wobei das optische System eine erste optische Faser, positioniert zum Empfangen von Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche gestreut wird, und eine zweite optische Faser, positioniert zum Empfangen von Licht, welches an der zweiten Region der Probenoberfläche gestreut wird, umfasst. Das System nach Anspruch 24, wobei der erste Detektor einen Detektor umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus einem CCD-Array-Detektor, einem Photodioden-Array-Detektor und einem CMOS-Detektor besteht. Das System nach Anspruch 24, wobei das optische System einen flachen Spiegel umfasst, ausgebildet zum Reflektieren von divergentem Licht, welches in dem ersten Detektor empfangen werden soll. Das System nach Anspruch 24, wobei das Licht, welches an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der ersten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, an einem Teil der ersten Region der Probenoberfläche gestreut wird, der sich eine erste Tiefe nach unten erstreckt, und wobei das Licht, das an der ersten Region der Probenoberfläche als Antwort auf den Empfang von Licht bei der zweiten Anregungswellenlänge zu der ersten Zeit gestreut wird, an einem Teil der ersten Region der Probenoberfläche gestreut wird, der sich eine zweite Tiefe, die von der ersten Tiefe verschieden ist, nach unten erstreckt. Ein Spektroskopie-Verfahren, umfassend:

Empfangen von Information, welche indikativ ist für eine erste gewünschte Auflösung für eine Spektroskopie-Messung;

Positionieren von mindestens einem Teil einer Zoom-Vorrichtung relativ zu einem dispersiven Element basierend auf der ersten gewünschten Auflösung;

Erhalten von ersten Spektroskopie-Daten mit der ersten gewünschten Auflösung mittels des Detektors;

Empfangen von Information, welche indikativ ist für eine zweite gewünschte Auflösung für eine Spektroskopie-Messung;

Positionieren des mindestens einen Teils einer Zoom-Vorrichtung relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der zweiten gewünschten Auflösung; und

Erhalten von zweiten Spektroskopie-Daten mit der zweiten gewünschten Auflösung mittels des Detektors.
Das Verfahren nach Anspruch 33, ferner umfassend:

Empfangen von Information, welche indikativ ist für einen ersten gewünschten Wellenlängenbereich für die Spektroskopie-Messung, wobei der erste gewünschte Wellenlängenbereich sich von einer ersten Extremumwellenlänge zu einer zweiten Extremumwellenlänge erstreckt; und

Positionieren des Detektors relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der ersten Extremumwellenlänge; und

wobei das Erhalten von ersten Spektroskopie-Daten mit der ersten gewünschten Auflösung mittels des Detektors das Scannen des Detektors relativ zu dem dispersiven Element von der Position basierend auf der ersten Extremumwellenlänge bis zu einer Position basierend auf einer zweiten Extremumwellenlänge umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 34, ferner umfassend:

Empfangen von Information, welche indikativ ist für einen zweiten gewünschten Wellenlängenbereich für die Spektroskopie-Messung, wobei der zweite gewünschte Wellenlängenbereich sich von einer initialen Extremumwellenlänge zu einer finalen zugeordneten Extremumwellenlänge erstreckt und wobei der zweite gewünschte Wellenlängenbereich kleiner ist als der erste gewünschte Wellenlängenbereich; und

Positionieren des Detektors relativ zu dem dispersiven Element basierend auf der initialen Extremumwellenlänge.
Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Spektroskopie-Verfahren ein Raman-Spektroskopie-Verfahren ist. Ein Spektroskopie-Verfahren, umfassend:

Erzeugen von Anregungslicht, umfassend eine Mehrzahl von im Wesentlichen diskreten Anregungswellenlängen, umfassend eine erste Anregungswellenlänge und eine zweite Anregungswellenlänge;

Streuen des Anregungslichts an einer ersten Region einer Probe;

Dispergieren des gestreuten Lichts gemäß der Wellenlänge;

Empfangen eines ersten Teils des dispergierten Lichts an einem ersten Detektor, positioniert zum Empfangen von Licht, welches der ersten Anregungswellenlänge zugeordnet ist;

Empfangen eines zweiten, verschiedenen Teils des dispergierten Lichts an einem zweiten Detektor, positioniert zum Empfangen von Licht, welches der zweiten Anregungswellenlänge zugeordnet ist; und

Bestimmen von einer oder mehreren Charakteristika der ersten Region der Probe basierend auf dem ersten Teil und dem zweiten Teil.
Das Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Streuen des Anregungslichts an einer ersten Region einer Probe das Streuen von Licht mit der ersten Anregungswellenlänge an einer ersten Tiefe der ersten Region der Probe umfasst und ferner das Streuen von Licht mit der zweiten Anregungswellenlänge an einer zweiten, verschiedenen Tiefe der ersten Region der Probe umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Bestimmen von einer oder mehreren Charakteristika der ersten Region der Probe basierend auf dem ersten Teil und dem zweiten Teil das Erzeugen eines Tiefenprofils der ersten Region der Probe umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Tiefenprofil Daten umfasst, welche indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika der ersten Region der Probe bei der ersten Tiefe, und Daten, die indikativ sind für eine oder mehrere physikalische Charakteristika der ersten Region der Probe bei der zweiten Tiefe.






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