Microscoop die het oppervlak van een monster met een fijn gebundelde elektronenstraal aftast en met onder meer de vrijkomende secundaire elektronen de oppervlaktevorm waarneemt. Maakt structuren van enkele nm zichtbaar die met een optische microscoop niet te zien zijn.
Japanse benaming: SEM(走査電子顕微鏡)
“SEM (scanning-elektronenmicroscoop)” komt voor in 10 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Metrologie en analyse.
Vakgebied: Metrologie en analyse
Een scanning-elektronenmicroscoop (SEM) heeft geen beeldvormende lens in optische zin. Een elektronenkanon, bij high-end apparaten meestal een veldemissiebron, produceert een bundel die elektromagnetische lenzen focusseren tot een spot van slechts enkele nanometers breed, en scanspoelen laten die in vacuüm rastervormig over het preparaat bewegen. Op elk punt meet een detector de uitgezonden elektronen, en dat aantal wordt de helderheid van één pixel. De vergroting is eenvoudig de verhouding tussen de weergavegrootte en het gescande oppervlak. Omdat elektronen met energieën in het kilovoltbereik golflengten op picometerschaal hebben, wordt de resolutie begrensd door de spotgrootte en de interactie tussen bundel en preparaat in plaats van door diffractie, en bereikt ze ongeveer 1 nm.
Secundaire elektronen hebben lage energieën, conventioneel onder 50 eV, dus alleen de elektronen die binnen enkele nanometers van het oppervlak ontstaan, ontsnappen; hun opbrengst hangt af van lokale helling en randen, wat scherpe topografische beelden geeft. Terugverstrooide elektronen zijn bundelelektronen die met hoge energie worden teruggekaatst, en hun opbrengst stijgt met het atoomnummer, dus zwaardere materialen lijken helderder, wat compositiecontrast geeft. De bundel slaat ook elektronen uit binnenste schillen los, wat karakteristieke röntgenstraling oplevert die met energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) wordt geanalyseerd om elementen te identificeren, met detectiegrenzen van ongeveer 0,1 gew.%. Sporenverontreinigingen vereisen gevoeligere methoden zoals SIMS.
Critical-dimension-SEM's (CD-SEM's) meten lijnbreedten en gatdiameters van bovenaf voor procesbeheersing en werken met een lage versnellingsspanning om oplading en bundelschade aan de resist te beperken. Review-SEM's bezoeken defecten die door optische inspectietools zijn gevonden opnieuw en brengen ze met hoge resolutie in beeld, en automatic defect classification (ADC) sorteert die beelden in categorieën zoals deeltjes, patroondefecten en krassen. Voor de interne structuur wordt een wafer gekliefd of met een focused ion beam (FIB) uitgefreesd en wordt de dwarsdoorsnede in beeld gebracht; dat is destructief, dus het gebeurt op steekproefwafers of testwafers. Dual-beam-FIB-SEM-tools maken beelden terwijl ze frezen.
Bij isolerende preparaten kunnen binnenkomende elektronen niet wegvloeien, dus er bouwt zich lading op die de helderheid en de geometrie vervormt. Remedies zijn onder meer de versnellingsspanning verlagen tot uitgezonden en binnenkomende elektronen ruwweg in evenwicht zijn, het oppervlak bedekken met een dunne laag goud of koolstof, of beelden maken in de lagevacuümmodus, waarin gasionen de lading neutraliseren. Een hogere spanning maakt de oplading meestal erger. Een SEM brengt het oppervlak van een bulkpreparaat in beeld via gereflecteerde en uitgezonden signalen, terwijl een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) elektronen door een lamel stuurt die dun genoeg is om ze door te laten; die bereikt atomaire resolutie, maar vereist een zorgvuldige preparatie.
Antwoord: A. Een fijn gebundelde elektronenbundel scant het monsteroppervlak en gedetecteerde secundaire elektronen enz. worden gebruikt om de oppervlaktevorm te bekijken
Een SEM scant met een fijn gebundelde elektronenbundel het oppervlak van het monster en detecteert de daaruit vrijkomende secundaire en terugverstrooide elektronen om een beeld te vormen. Secundaire elektronen met lage energie kunnen alleen uit de ondiepste laag van het oppervlak ontsnappen en geven daarom de topografie goed weer, terwijl terugverstrooide elektronen sterker uit zware elementen komen en samenstellingsverschillen laten zien. Het oplossend vermogen ligt rond 1 nm. In fabrieken wordt de CD-SEM, die met een lage versnelspanning de lijnbreedte van patronen meet, voor procesbeheersing gebruikt. Röntgendiffractie en lichtinterferentie zijn andere methoden.
Antwoord: B. Soort en hoeveelheid van de in het monster aanwezige elementen
Wanneer een elektronenbundel op het monster valt, worden elektronen uit binnenste schillen geslagen en wanneer daar een elektron uit een buitenste schil in valt, komt karakteristieke röntgenstraling vrij met een voor elk element eigen energie. EDX analyseert die energie en bepaalt zo soort en hoeveelheid van de elementen. Omdat de samenstelling ter plaatse bekend wordt van de plek die met de elektronenmicroscoop wordt bekeken, wordt het veel gebruikt voor de analyse van deeltjes en defecte plekken. De detectiegrens is ongeveer 0,1 gew.%; voor de analyse van sporen van onzuiverheden worden onder meer SIMS gebruikt.
Een SEM scant een bundel over een bulkpreparaat en detecteert uitgezonden elektronen, wat oppervlaktebeelden tot ongeveer een nanometer oplevert. Een TEM stuurt elektronen door een ultradunne plak en kan atoomkolommen onderscheiden, maar het preparaat moet speciaal worden gedund.
Isolerende preparaten laden op onder de elektronenbundel, wat het beeld vervormt. Een dunne geleidende laag voert de lading af naar massa; een lage versnellingsspanning of de lagevacuümmodus zijn alternatieven wanneer een coating niet aanvaardbaar is.
Een CD-SEM is een SEM die gespecialiseerd is in het automatisch meten van kritische dimensies, zoals lijnbreedten en gatgrootten, op productiewafers. Hij gebruikt een lage bundelenergie om oplading en schade aan resistpatronen te minimaliseren.
Een SEM scant met een fijn gebundelde elektronenbundel het oppervlak van het monster en detecteert de daaruit vrijkomende secundaire en terugverstrooide elektronen om een beeld te vormen.
Welke uitspraak over het principe van de scanning-elektrone…Automatische defectclassificatie (ADC) classificeert uit beelden van de review-SEM automatisch naar deeltjes, patroondefecten, krassen enz., en versnelt zo het vaststellen van het veroorzakende proces of apparaat.
Welke functie fotografeert bij inspectie gevonden defecten …Gedetecteerde defecten worden met een review-SEM gedetailleerd bekeken en geclassificeerd.
Welk principe wordt gewoonlijk gebruikt in defectinspectiea…Bij een apparaat dat met een SEM is geïntegreerd kan tijdens het frezen worden waargenomen.
Wat is het belangrijkste gebruik van een apparaat met gefoc…Daarom worden SEM en TEM gebruikt, die elektronenbundels met een veel kortere golflengte benutten.
Wat is de belangrijkste reden dat fijne patronen van enkele…TEM (transmissie-elektronenmicroscoop) FIB (focused ion beam) CD-SEM XRD (röntgendiffractie) EDX (energiedispersieve röntgenspectroscopie) SIMS (secundaire-ionenmassaspectrometrie) Defectinspectieapparaat ATPG (automatic test pattern generation) APC (advanced process control) Numerieke apertuur (NA)