带有椭球形反射镜的样品台及扫描电子显微镜的制作方法

1.本实用新型涉及扫描电子显微镜技术领域，特别是涉及一种带有椭球形反射镜的样品台及具有该样品台的扫描电子显微镜。


背景技术：

2.扫描电子显微镜(scanning electron microscope，缩写为sem)，简称扫描电镜，是利用聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的一种常用的显微分析仪器。
3.电子探测器是扫描电子显微镜中用于探测物理信号中的二次电子和背散射电子等信号电子的探测器，其中同轴探测器设置在样品台的正上方，位于镜筒内或镜筒外，用于探测向镜筒方向反射的二次电子和背散射电子。
4.目前，主流扫描电子显微镜的样品台通常为薄圆柱体设计。样品放置其上，通过样品台添加反向电场使得信号电子会聚，高效地被同轴电子探测器探测到。这要求电场要均匀，即样品要十分平整，物镜底部面积要尽量大，样品室内其他设备安装也受到电场均匀限制。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的至少在于提供一种带有椭球形反射镜的样品台及具有该样品台的扫描电子显微镜，以通过椭球形反射镜的会聚作用提高同轴电子探测器的探测效率。
6.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.第一方面，本实用新型提供一种带有椭球形反射镜的样品台，包括样品台本体和反射面向上的椭球形反射镜，所述椭球形反射镜的底部沿所述样品台本体的四周与所述样品台本体连接，所述椭球形反射镜的下侧焦点位于所述样品台本体的承载面上。
8.优选地，所述椭球形反射镜的反射面上设置有镀金层。
9.优选地，所述镀金层的厚度为0.3～0.6微米。
10.第二方面，本实用新型提供一种扫描电子显微镜，包括样品台和同轴电子探测器，所述样品台为前述任一样品台，所述同轴电子探测器设置在所述椭球形反射镜的上侧焦点的下方。
11.优选地，所述同轴电子探测器的有效探测区域的正投影与所述椭球形反射镜顶部开口的正投影重合。
12.可选地，所述同轴电子探测器位于所述扫描电子显微镜的镜筒内。
13.可选地，所述同轴电子探测器位于所述扫描电子显微镜的镜筒外。
14.可选地，所述同轴电子探测器位于所述扫描电子显微镜的镜筒下方。
15.本实用新型提供的带有椭球形反射镜的样品台及具有该样品台的扫描电子显微镜，利用椭球形反射镜所具有的从其中一个焦点发射的光或电子会在另一焦点会聚的特性，对超过同轴电子探测器探测尺寸的信号电子进行会聚，使其向同轴电子探测器探测尺
寸内反射，提高同轴电子探测器的探测效率，并且可以代替在样品台添加反向电场的方案。
16.根据下文结合附图对本实用新型的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
17.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
18.图1是本实用新型的一个实施例中，带有椭球形反射镜的样品台的剖面结构原理示意图；
19.图2是本实用新型的另一个实施例中，带有椭球形反射镜的样品台的剖面结构原理示意图。
20.附图标记：
21.1-入射电子束；2-物镜；3-带有椭球形反射镜的样品台；31-样品台本体；32-椭球形反射镜；4-样品；5-信号电子；6-同轴电子探测器。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
23.扫描电子显微镜主要包括以下几个组成部分：
24.电子光学系统，该系统包括电子枪和透镜系统。电子枪的作用是产生电子照明源。透镜系统的作用是，(1)把虚光源的尺寸从几十微米缩小到5nm(或更小)，并且从几十微米到几个纳米间连续可变，(2)控制电子束的开角，可以在10-2
～10-3
rad范围内可变，(3)所形成的聚焦电子束可以在样品的表面上作光栅状扫描，且扫描角度范围可变，为了获得上述扫描电子束，透镜系统通常包括电磁透镜和扫描线圈，扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动。
25.机械系统，该系统包括支撑部分和样品室。样品室中有样品台，四壁一般备有数个窗口，除安装电子探测器外，还能同时安装其它探测器和谱仪。
26.真空系统，真空系统在电子光学仪器中十分重要，这是因为电子束只能在真空下产生和操纵。常用的高真空系统有干泵系统、涡轮分子泵系统和离子泵系统三种。
27.信号的收集、处理和显示系统，扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后会聚成点光源，点光源在加速电压下形成高能电子束，高能电子束经由电磁透镜被聚焦成直径微小的光点,在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后,电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面,同时激发出不同深度的物理信号。物理信号会被不同信号探测器接收,通过放大器同步传送到电脑显示屏,形成实时成像记录。样品在入射电子束的作用下会产生各种物理信号，有俄歇电子(au e)、二次电子(se)、背散射电子(bse)、x射线(特征x射线、连续x射线)、阴极荧光(cl)、吸收电子(ae)和透射电子，不同的物理信号要用不同类型的探测系统。大致可以分为三大类，即电子探测器、阴极荧光探测器和x射线探测器。
28.电子光学系统一般位于样品室上方的镜筒内，信号探测器通常位于样品室或镜筒
内，电子枪、透镜系统及信号探测器等与外部电源连接，真空系统为镜筒和样品室提供真空环境。
29.为了达到提高探测效率的目的，本实用新型提供了一种带有椭球形反射镜的样品台，利用椭球形反射镜所具有的从其中一个焦点发射的光或电子会在另一焦点会聚的特性，对超过同轴电子探测器探测尺寸的信号电子进行会聚，使其向同轴电子探测器探测尺寸内反射，提高同轴电子探测器的探测效率，并且可以代替在样品台添加反向电场的方案。
30.图1示出本实用新型的一个具体实施例。如图1所示，本实用新型带有椭球形反射镜的样品台3包括样品台本体31和反射面向上的椭球形反射镜32。椭球形反射镜32的底部沿样品台本体31的四周与其连接，并且椭球形反射镜32的下侧焦点位于样品台本体31的承载面上。
31.本实施例中，同轴电子探测器6位于镜筒(图中未示出)内。本实施例中，优选同轴电子探测器6的有效探测区域的正投影与椭球形反射镜32的顶部开口的正投影重合。当将本实用新型带有椭球形反射镜的样品台3用在扫描电子显微镜中时，将同轴电子探测器6设置在椭球形反射镜32的上侧焦点的下方。从电子枪(图中未示出)发射的入射电子束1打到样品4上产生信号电子5，信号电子5向各个方向(180
°
)出射。其中一部分信号电子5将直接被同轴电子探测器6探测到，而出射角较大的至少部分信号电子5则会被椭球形反射镜32反射，向同轴电子探测器6的上方会聚，被同轴电子探测器6的有效探测区域探测到。通过zemax进行仿真，该实施例中的探测效率可达约65％。
32.为了提高反射效率，本实施例中的椭球形反射镜32的反射面上还设置有镀金层，厚度以0.3～0.6微米为宜，本实施例以0.4微米为例。由于金的稳定性非常好，因而信号电子5打在该镀金层上几乎会全部反射，即使有少量的再产生的电子，其主方向也近乎与入射方向关于平面法向对称(即和反射相似)，因而可以进一步提高椭球形反射镜32的反射效率。
33.图2示出本实用新型的另一个具体实施例，与前一实施例不同之处在于，同轴电子探测器6位于镜筒(图中未示出)外，本实施例中具体位于镜筒下方。通过zemax进行仿真，该实施例中的探测效率可达约95％。
34.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。