SEM與TEM的差異：電子顯微鏡的使用時機比較

兩種顯微鏡都使用電子束而非光，但觀察試片的方式不同。掃描式電子顯微鏡(SEM)以聚焦的電子束掃描表面，由返回的電子形成影像，因此能得知表面的形狀。穿透式電子顯微鏡(TEM)讓電子穿過非常薄的試片，因此能觀察結構內部，甚至達到可看見一個個原子的程度。SEM快速而簡單，TEM的性能高得多，但需要更多時間與功夫。

項目	SEM	TEM
原理	以聚焦的電子束掃描表面，由二次電子或背向散射電子形成影像	讓電子穿過非常薄的試片，由穿透的電子或繞射的電子形成影像
可得知的內容	表面的形狀，以及因組成而產生的對比	內部結構、晶格、原子等級的界面
解析度	最高約1 nm。通常為數nm以上	小於0.1 nm。可看見一個個原子
試片準備	少。可使用塊材試片(絕緣物需要導電性鍍膜)	非常辛苦。必須將試片薄化到小於約100 nm，常以聚焦離子束(FIB)切出
電子束能量	約0.5〜30 kV	約80〜300 kV
速度	快。每個試片數分鐘	慢。含試片準備需要數小時
成本	較低	高
主要用途	線寬量測(CD-SEM)、缺陷檢視、元件剖面的觀察	閘極氧化膜的厚度、薄膜的堆疊、晶體缺陷、界面結構

數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

SEM: 在日常的檢查與量測中，速度很重要時。例如圖案的確認或缺陷的發現。
TEM: 想以原子尺度觀察結構內部時。例如厚度僅有數個原子的閘極絕緣膜的厚度。
組合: 在失效分析中，以SEM與FIB找出問題的位置並使其露出，再從該處切出薄片，以TEM觀察。

常見問題

SEM與TEM哪一個解析度較高？

TEM。能分辨小於0.1 nm，可看見一個個原子。SEM最高也只有約1 nm。

為什麼TEM的試片必須那麼薄？

因為電子必須穿過試片，所以必須薄化到小於約100 nm。以聚焦離子束等方式準備，需要數小時。

CD-SEM量測什麼？

量測晶圓上圖案的線寬或孔徑的尺寸量測用SEM。對微影與蝕刻的製程管理不可或缺。

為什麼絕緣物試片在SEM觀察前要鍍膜？

因為絕緣物會因電子束而累積電荷，使影像失真。以薄的導電性鍍膜，或以低電壓觀察來防止。