一种扫描电子显微镜的制作方法

1.本发明属于显微镜技术领域，具体地说，涉及一种扫描电子显微镜。


背景技术：

2.现有技术中，电子束作用于样品上产生的阴极荧光信号，是指当电子束轰击在样品表面，除了二次电子、背散射电子、俄歇电子和x射线外，所发射出的频率在紫外、红外或可见光波段的电磁波。其基本原理为样品内部的电子被入射电子激发至高能态，经过一定的弛豫时间跃迁回低能态并释放能量，其中一部分能量以电磁辐射形式发射出来。样品在电子束激发下产生阴极荧光的物理过程，由其电子结构决定，而电子结构同元素成分，晶格结构和缺陷，以及所处的力学、热学、电磁学环境等因素相关。因此，电子束激发阴极荧光光谱能够通过材料电子结构反映材料本身物理特性。
3.电子束激发阴极荧光信号的探测和处理通常与扫描电子显微镜相结合，能够实现形貌观察、结构和成分分析同电子束激发阴极荧光光谱的结合研究。目前阴极荧光探测是通过旁侧式阴极荧光探测器实现的，但是该阴极荧光探测器接收的空间角度较小，收集效率低。此外，旁侧式阴极荧光探测器占用空间，遮挡二次电子、背散射电子等反射电子的路径，使得扫描电子显微镜不能同时探测阴极荧光和反射电子。
4.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种扫描电子显微镜，通过在样品四周的上方设置环形的反射器，环形的反射器将由样品四周的上方的光子反射到光子检测器上，实现大范围收集光子，光子检测器的接收效率高。
6.为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种扫描电子显微镜，包括：
7.电子光学镜筒，用于产生电子束，并将电子束聚焦到样品上；
8.第一探测器，用于接收电子束作用于所述样品上产生的电子；
9.第二探测器，用于接收电子束作用于所述样品上产生的光子；
10.所述第二探测器包括反射器和光子检测器，所述反射器为环形，覆盖在所述样品四周的上方，所述反射器将由所述样品上产生的光子反射到所述光子检测器上。
11.在一些可选的实施方式中，所述反射器为抛物面反射镜，或者是椭球面反射镜。
12.在一些可选的实施方式中，所述第一探测器的下表面设置有反射膜，用于将入射到所述第一探测器的下表面的光子反射到所述第二探测器。
13.在一些可选的实施方式中，所述反射器由至少两个椭球面反射镜连接形成的环形。
14.在一些可选的实施方式中，所述第一探测器为背散射电子探测器；所述第二探测器为阴极荧光探测器。
15.在一些可选的实施方式中，所述光子检测器为环形，所述第一探测器为环形，所述第一探测器和所述反射器以及所述光子检测器同轴心，所述轴心为所述电子源所产生的电子束的主光轴中心。
16.在一些可选的实施方式中，所述反射器包括连通的出光口和端口，所述出光口朝向所述样品。
17.进一步的，所述端口的直径大于等于所述第一探测器的外周直径；
18.所述出光口的直径大于所述光子检测器的中心孔直径。
19.在一些可选的实施方式中，所述反射器包括连通的出光口和端口，所述出光口朝向所述第一探测器。
20.进一步的，所述出光口的直径大于所述光子检测器的中心孔直径；
21.所述光子检测器的中心孔直径大于等于所述第一探测器的外周直径。
22.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
23.本发明提供的一种扫描电子显微镜，第二探测器包括反射器和光子检测器，反射器用于将由样品上产生的光子反射到光子检测器上，通过在样品四周的上方设置环形的反射器，环形的反射器将由样品四周的上方的光子反射到光子检测器上，实现大范围收集光子，光子检测器的接收效率高。
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
25.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
26.图1是本发明提供的一种扫描电子显微镜的第一种实施方式的整体结构示意图；
27.图2是本发明图1中第二探测器部分的另一种实施方式结构示意图；
28.图3是本发明图1中第二探测器部分的又一种实施方式结构示意图；
29.图4是本发明图3中反射器结构示意图；
30.图5是本发明提供的一种扫描电子显微镜的第二种实施方式的整体结构示意图；
31.图6是本发明图5中第二探测器部分的另一种实施方式结构示意图；
32.图7是本发明图5中第二探测器部分的又一种实施方式结构示意图；
33.图8是本发明图7中反射器结构示意图；
34.图9是本发明提供的一种反射器结构示意图。
35.图中：1、电子光学镜筒；11、电子源；12、电子加速结构；13、偏转装置；14、物镜系统；
36.2、第一探测器；21、反射膜；
37.3、第二探测器；31、光子检测器；32、反射器；321、端口；322、出光口；323、反射面；
38.4、样品台；5、阴极荧光；6、主光轴。
39.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.如图1至图9所示，本发明提供一种扫描电子显微镜，包括：电子光学镜筒1、第一探测器2、第二探测器3。电子光学镜筒1用于产生电子束，并将电子束聚焦到样品上。第一探测器2用于接收电子束作用于样品上产生的电子。第二探测器3用于接收电子束作用于样品上产生的光子。其中，第二探测器3包括反射器32和光子检测器31，反射器32为环形，覆盖在样品四周的上方，反射器32将由样品上产生的光子反射到光子检测器31上。
44.本发明提供的一种扫描电子显微镜，第二探测器3包括反射器32和光子检测器31，反射器32用于将由样品上产生的光子反射到光子检测器31上，通过在样品四周的上方设置环形的反射器32，环形的反射器32将由样品四周的上方的光子反射到光子检测器31上，实现大范围收集光子，光子检测器31的接收效率高。
45.电子光学镜筒1用于产生电子束，并将电子束聚焦到样品上，电子光学镜筒1包括电子源11、电子加速结构12、物镜系统14。
46.具体的，电子源11用于产生电子束。电子源11分为场致发射源和热发射源，场致发射源又分为热场和冷场两种，热发射源分为钨丝、六硼化镧等。在本发明中电子源11可以是任意一种用于产生电子束的电子源11。
47.电子加速结构12为阳极，沿着电子束发射方向，用于形成一电场，增加电子束的运动速度。
48.物镜系统14用于控制电子源11所发出电子束的束流大小和电子束前进方向。物镜系统14将电子束聚焦到样品上并进行扫描。
49.物镜系统14包括物镜和偏转装置13，物镜可以为磁透镜、或者是电透镜、或者是电磁复合透镜。偏转装置13可以为磁偏转装置，或者是电偏转装置。
50.偏转装置13用于改变入射到样品前的电子束的运动方向，能够产生任意偏转方向的扫描场。
51.电子束作用于样品上会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、阴极荧光5和x射线等。
52.第一探测器2用于接收电子束作用于样品上产生的电子。
53.可选的，第一探测器2位于电子源11和样品之间，具体的，第一探测器2可以位于物镜系统14上方，第一探测器2也可以位于物镜系统14中，第一探测器2还可以位于物镜系统
14下方。
54.电子束作用于样品上产生的电子包括二次电子、背散射电子等其它电子。
55.以接收电子为二次电子和背散射电子为例进行说明，第一探测器2可以是单独接收二次电子的二次电子探测器，或者是第一探测器2可以是单独接收背散射电子的背散射电子探测器，或者是第一探测器2可以同时接收二次电子和背散射电子的探测器。在本发明中，本领域技术人员可以根据自己的实际需要自行选择第一探测器2类型以接收相应电子类型。
56.第二探测器3用于接收电子束作用于样品上产生的光子。
57.电子束作用于样品上产生的光子包括阴极荧光5、x射线等其它光子。
58.以接收光子为阴极荧光5和x射线为例进行说明，第二探测器3可以是单独接收阴极荧光5的阴极荧光探测器，或者是第二探测器3可以是单独接收x射线的x射线探测器，或者是第二探测器3可以同时接收阴极荧光5和x射线的探测器。在本发明中，本领域技术人员可以根据自己的实际需要自行选择第二探测器3类型以接收相应光子类型。
59.第二探测器3包括反射器32和光子检测器31，反射器32为环形，覆盖在样品四周的上方，反射器32将由样品上产生的光子反射到光子检测器31上。环形的反射器32覆盖在样品四周的上方，通过在样品四周的上方设置环形的反射器32，环形的反射器32将由样品四周的上方的光子反射到光子检测器31上，实现大范围收集光子，光子检测器31的接收效率高。
60.需要说明的是，环形是指中间具有一个通孔的环状结构，通孔和外周并不限于圆形。
61.如图1和图5所示，以第一探测器2为背散射电子探测器，第二探测器3为阴极荧光探测器为例说明，电子束作用于样品上产生的背散射电子穿过阴极荧光探测器的通孔，入射到背散射电子探测器，被背散射电子探测器接收。
62.电子束作用于样品上产生的阴极荧光5，入射到阴极荧光探测器，被阴极荧光探测器接收。本发明提供的扫描电子显微镜实现了同时大面积收集背散射电子和阴极荧光5，二者同时接收，并且接收效率高。
63.需要说明的是，第一探测器2和第二探测器3本领域技术人员可以同时配置在扫描电子显微镜上，也可以任选一个，本领域技术人员可以根据实际需要自行选择配置。
64.可选的，本发明提供的扫描电子显微镜，第一探测器2、第二探测器3、电子光学镜筒1三者集成一起，或者是三者相互独立设置，或者是任意两者集成在一起，另一者独立出来。
65.例如，第一探测器2和第二探测器3可以选择集成设置于电子光学镜筒1内，或者是第一探测器2、第二探测器3、电子光学镜筒1相互独立设置，或者是第一探测器2选择集成设置于电子光学镜筒1内，第二探测器3独立设置。
66.如图1至图9所示，在一些可选的实施方式中，反射器32为抛物面反射镜，或者是椭球面反射镜。
67.抛物面反射镜可将放置于反射镜焦点位置的光源转化成平行光束，当反射器32为抛物面反射镜时，抛物面反射镜覆盖在样品四周的上方，样品上产生的光子入射到抛物面反射镜后，抛物面反射镜将入射到抛物面反射镜的光子转化成平行光束反射到光子检测器
31上。
68.椭球面反射镜可使当光源放在第一个焦点时，光束将会重新聚焦到第二焦点。当反射器32为椭球面反射镜时，椭球面反射镜覆盖在样品四周的上方，样品上产生的光子入射到椭球面反射镜后，椭球面反射镜将入射到椭球面反射镜的光子聚焦到光子检测器31上。
69.如图3、图4、图7、图8所示，在一些可选的实施方式中，反射器32由至少两个椭球面反射镜连接形成的环形。多个椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32，环形反射器32覆盖在样品四周的上方，样品上产生的光子入射到各个椭球面反射镜后，各个椭球面反射镜将入射到相应椭球面反射镜的光子聚焦到光子检测器31上。优选的，由4个相同的椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32。
70.如图1至图9所示，在一些可选的实施方式中，第一探测器2的下表面设置有反射膜21，用于将入射到第一探测器2的下表面的光子反射到第二探测器3。
71.进一步的，反射膜21为金属膜，可以是铝膜，或者是金膜，或者是银膜等。
72.第一探测器2的下表面设置有反射膜21，入射到第一探测器2的下表面的光子，经过反射膜21反射到第二探测器3，增加了第二探测器3的接收效率。
73.如图1至图9所示，在一些可选的实施方式中，光子检测器31为环形，第一探测器2为环形，第一探测器2和反射器32以及光子检测器31同轴心，轴心为电子源11所产生的电子束的主光轴6中心。
74.可选的，光子检测器31为环形，光子检测器31可以为多个子光子检测器连接形成的环形，多个子光子检测器依次连接，形成中间具有一个通孔的环形光子检测器31。
75.如图1至图4以及图9所示，在一些可选的实施方式中：
76.本发明提供的扫描电子显微镜由上至下依次包括：电子光学镜筒1、第一探测器2、第二探测器3、样品，其中样品放置在样品台4上。电子光学镜筒1包括电子源11、电子加速结构12、物镜系统14。物镜系统14将电子束聚焦到样品上并进行扫描。
77.第一探测器2用于接收电子束作用于样品上产生的电子，第二探测器3用于接收电子束作用于样品上产生的光子，反射器32为环形，覆盖在样品四周的上方，反射器32将由样品上产生的光子反射到光子检测器31上。
78.可选的，第一探测器2为圆环形，光子检测器31为圆环形，反射器32为圆环形。第一探测器2和反射器32以及光子检测器31同轴心，轴心为电子源11所产生的电子束的主光轴6中心。
79.反射器32包括连通的出光口322和端口321，出光口322朝向样品。光子检测器31可以设置在样品台4上方，也可以设置在样品台4下方，也可以样品台4位于光子检测器31的中心孔，样品台4位于内圈，光子检测器31位于外圈。
80.本实施例以光子检测器31设置在样品台4上方为例进行说明。
81.光子检测器31设置于反射器32与样品台4之间。反射器32带有中心孔，中心孔一端为出光口322，另一端为端口321，出光口322为反射器32反射光的出口，即中心孔反射光出口一端。
82.进一步的，端口321的直径大于等于第一探测器2的外周直径；出光口322的直径大于光子检测器31的中心孔直径。
83.以第一探测器2为背散射电子探测器，第二探测器3为阴极荧光探测器，光子检测器31为阴极荧光检测器为例进行说明。
84.电子源11产生的电子束经电子加速结构12后，增加运动速度。经电子加速结构12加速的电子束，经物镜系统14聚焦和改变运动方向后向下方运动，电子束再依次穿过背散射电子探测器的中心孔、反射器32的中心孔、阴极荧光检测器的中心孔作用于样品上，产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、阴极荧光5和x射线等。
85.电子束作用于样品上产生的背散射电子直接由样品向上方散射运动，背散射电子依次穿过阴极荧光检测器的中心孔、反射器32的中心孔，被上方的背散射电子探测器接收。
86.电子束作用于样品上产生的阴极荧光5直接由样品向上方散射运动，阴极荧光5穿过阴极荧光检测器的中心孔后，通过在样品四周的上方设置环形的反射器32，环形的反射器32将由样品四周的上方散射的阴极荧光5反射到阴极荧光检测器上，实现大范围收集阴极荧光5，阴极荧光检测器的接收效率高。
87.此外还有一部分阴极荧光5依次穿过阴极荧光检测器的中心孔、反射器32的中心孔，入射到背散射电子探测器的下表面，背散射电子探测器的下表面设置有反射膜21，入射到背散射电子探测器的下表面的阴极荧光5，经过反射膜21反射到阴极荧光检测器。增加了阴极荧光探测器对阴极荧光5的接收效率。本发明提供的扫描电子显微镜实现了同时大面积收集背散射电子和阴极荧光5，二者同时接收，并且接收效率高。
88.具体的，如图9所示，反射器32用于反射阴极荧光5的面为反射面323，反射面323可以是抛物面，或者是椭球面，或者是其它能将入射到反射面323的阴极荧光5反射到阴极荧光检测器上的形状。
89.本实施例具体可选的，如图1所示，反射器32为抛物面反射镜，电子束作用于样品上的点为作用点，作用点与抛物面反射镜的焦点重合，抛物面反射镜覆盖在样品四周的上方，阴极荧光5由电子束作用于样品上的作用点处产生并在样品向上方散射运动，阴极荧光5入射到抛物面反射镜后，抛物面反射镜将入射到抛物面反射镜的阴极荧光5转化成平行的阴极荧光5束反射到阴极荧光检测器上。
90.可选的，如图2所示，反射器32为椭球面反射镜，电子束作用于样品上的点为作用点，作用点与椭球面反射镜的焦点重合，椭球面反射镜覆盖在样品四周的上方，阴极荧光5由电子束作用于样品上的作用点处产生并在样品向上方散射运动，阴极荧光5入射到椭球面反射镜后，椭球面反射镜将入射到椭球面反射镜的阴极荧光5聚焦到阴极荧光检测器上。
91.可选的，如图3和图4所示，反射器32由至少两个椭球面反射镜连接形成的环形。多个椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32，环形反射器32覆盖在样品四周的上方，电子束作用于样品上产生的阴极荧光5入射到各个椭球面反射镜后，各个椭球面反射镜将入射到相应椭球面反射镜的阴极荧光5聚焦到阴极荧光检测器上。优选的，由4个相同的椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32。
92.如图5至图9所示，在一些可选的实施方式中：
93.本发明提供的扫描电子显微镜由上至下依次包括：电子光学镜筒1、第一探测器2、第二探测器3、样品，其中样品放置在样品台4上。电子光学镜筒1包括电子源11、电子加速结构12、物镜系统14。物镜系统14将电子束聚焦到样品上并进行扫描。
94.第一探测器2用于接收电子束作用于样品上产生的电子，第二探测器3用于接收电
子束作用于样品上产生的光子，反射器32为环形，覆盖在样品四周的上方，反射器32将由样品上产生的光子反射到光子检测器31上。
95.可选的，第一探测器2为圆环形，光子检测器31为圆环形，反射器32为圆环形。第一探测器2和反射器32以及光子检测器31同轴心，轴心为电子源11所产生的电子束的主光轴6中心。
96.反射器32包括连通的出光口322和端口321，出光口322朝向第一探测器2，光子检测器31设置于反射器32与电子光学镜筒1之间，光子检测器31可以设置在第一探测器2上方，也可以设置在第一探测器2下方，也可以第一探测器2位于光子检测器31的中心孔，第一探测器2位于内圈，光子检测器31位于外圈。
97.本实施例以光子检测器31设置在第一探测器2下方为例进行说明。反射器32带有中心孔，中心孔一端为出光口322，另一端为端口321，出光口322为反射器32反射光的出口，即中心孔反射光出口一端。
98.进一步的，出光口322的直径大于光子检测器31的中心孔直径，光子检测器31的中心孔直径大于等于第一探测器2的外周直径。
99.以第一探测器2为背散射电子探测器，第二探测器3为阴极荧光探测器，光子检测器31为阴极荧光检测器为例进行说明。
100.电子源11产生的电子束经电子加速结构12后，增加运动速度。经电子加速结构12加速的电子束，经物镜系统14聚焦和改变运动方向后向下方运动，电子束再依次穿过第一探测器2的中心孔、光子检测器31的中心孔、反射器32的中心孔作用于样品上，产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、阴极荧光5和x射线等。
101.电子束作用于样品上产生的背散射电子直接由样品向上方散射运动，背散射电子依次穿过反射器32的中心孔、阴极荧光检测器的中心孔被上方的背散射电子探测器接收。
102.电子束作用于样品上产生的阴极荧光5直接由样品向上方散射运动，一部分阴极荧光5穿过反射器32的中心孔后，直接入射到上方的阴极荧光检测器接收。
103.一部分阴极荧光5入射到在样品四周的上方设置的环形的反射器32，环形的反射器32将由样品四周上方的散射的阴极荧光5反射到阴极荧光检测器上，实现大范围收集阴极荧光5，阴极荧光检测器的接收效率高。
104.此外还有一部分阴极荧光5依次穿过反射器32的中心孔、阴极荧光检测器的中心孔，入射到背散射电子探测器的下表面，背散射电子探测器的下表面设置有反射膜21，入射到背散射电子探测器的下表面的阴极荧光5，经过反射膜21反射到阴极荧光检测器。增加了阴极荧光探测器对阴极荧光5的接收效率。本发明提供的扫描电子显微镜实现了同时大面积收集背散射电子和阴极荧光5，二者同时接收，并且接收效率高。
105.具体的，如图9所示，反射器32用于反射阴极荧光5的面为反射面323，反射面323可以是抛物面，或者是椭球面，或者是其它能将入射到反射面323的阴极荧光5反射到阴极荧光检测器上的形状。
106.本实施例具体可选的，如图5所示，反射器32为抛物面反射镜，阴极荧光5依次穿过反射器32的中心孔、阴极荧光检测器的中心孔，入射到背散射电子探测器的下表面，背散射电子探测器的下表面设置有反射膜21，入射到背散射电子探测器的下表面的阴极荧光5，经过反射膜21反射到抛物面反射镜上。阴极荧光5入射到抛物面反射镜后，电子束作用于样品
上的点为作用点，作用点与抛物面反射镜的焦点关于反射膜21镜像对称。抛物面反射镜将入射到抛物面反射镜的阴极荧光5转化成平行的阴极荧光5束反射到阴极荧光检测器上。
107.可选的，反射器32为抛物面反射镜，电子束作用于样品上的点为作用点，作用点与抛物面反射镜的焦点重合，抛物面反射镜覆盖在样品四周的上方，阴极荧光5由电子束作用于样品上的作用点处产生并在样品向上方散射运动，阴极荧光5入射到抛物面反射镜后，抛物面反射镜将入射到抛物面反射镜的阴极荧光5转化成平行的阴极荧光5束反射到阴极荧光检测器上。
108.可选的，如图6所示，反射器32为椭球面反射镜，电子束作用于样品上的点为作用点，作用点与椭球面反射镜的焦点重合，椭球面反射镜覆盖在样品四周的上方，阴极荧光5由电子束作用于样品上的作用点处产生并在样品向上方散射运动，阴极荧光5入射到椭球面反射镜后，椭球面反射镜将入射到椭球面反射镜的阴极荧光5聚焦到阴极荧光检测器上。
109.可选的，如图7和图8所示反射器32由至少两个椭球面反射镜连接形成的环形。多个椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32，环形反射器32覆盖在样品四周的上方，电子束作用于样品上产生的阴极荧光5入射到各个椭球面反射镜后，各个椭球面反射镜将入射到相应椭球面反射镜的阴极荧光5聚焦到阴极荧光检测器上。优选的，由4个相同的椭球面反射镜依次连接，形成中间具有一个通孔的环形反射器32。
110.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。