發佈日期：2021/9/28SEM BSE偵測
發佈單位：iST宜特

待測樣品為多層結構，但SEM影像卻分辨不出各層材質
已知IC有異常狀況，層層Delayer後，藉由SEM分析，卻什麼異常都看不到?

上述問題，或多或少您都有遇到過。一般的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，簡稱SEM）在設備極限下，容易遇到解析度不夠好、材質對比差的狀態，導致明明已經通過電性量測發現有熱點異常(Hot Spot)，卻在實際利用SEM檢測時，卻找不到到底異常點出現在IC的哪一層裡。

您的心聲宜特都聽到了! 如何解決此議題? 就靠背向散射電子偵測器(Backscattered Electron，簡稱BSE)來處理! 什麼是SEM BSE呢? SEM是藉由樣品表面被電子束激發之二次電子（Secondary Electron，簡稱SE）與背向散射電子（Backscattered Electron，簡稱BSE）來成像，以往的SEM設備僅有二次電子偵測器，故僅能呈現SE影像，宜特在去年特別引進背向散射電子偵測器(YAG BSE Detector)，能呈現BSE影像，更易協助客戶找到異常點。一年多來已協助客戶解決超過400項案件。

本期小學堂，我們將介紹SEM BSE偵測器的三大特色給您。

SEM BSE偵測

何謂YAG BSE

YAG BSE偵測器 Detector內有釔鋁石榴石之閃爍器（Yttrium Aluminium Garnet），偵測器位於電磁透鏡與樣品之間，接收背向散射電子訊號而成像。

一、材質對比佳，明暗對比明顯

圖二:入射電子受原子核反彈回來之電子，即為背向散射電子

入射電子與樣品表面的原子核產生彈性碰撞，反彈回來的電子即為背向散射電子。通常原子序越大的元素，反彈之背向散射電子越多，因此，我們可以觀察到，SEM影像上越亮的區域，即原子序越大的材質。

圖三：左圖為SE 影像，右圖為BSE影像，顯示右圖在Sn-IMC-Cu材質上，亮暗對比較明顯
二、較能得到深層影像，適合觀察IC底層異常點

入射電子與原子核產生彈性碰撞後，能量幾乎無損失，故背向散射電子能量遠大於二次電子能量，因此較深層之背向散射電子具足夠能量脫離樣品，而進入BSE探測器成像，故相較二次電子影像，背向散射電子為較深層影像。

圖四：背向散射電子訊號來自樣品較深層處

圖五：BSE影像適於觀察FinFET結構之下層線路，可避免去層(delayer)過頭的風險

圖六：BSE易穿透液態載台之氮化矽薄膜，且材質對比強烈，有助於觀察研磨液顆粒(延伸閱讀:液態材料的缺陷，如何用SEM檢測? )
三、不易電荷累積，導電性不佳之樣品仍可得順利成像

二次電子為淺層訊號，容易在樣品表面產生電荷累積，相較背向散射電子為深層訊號，較不易造成表面電荷累積；因此，即便樣品導電性不佳，或是未經過導電鍍層(coating)處理，仍能順利成像。

圖七：導電性不佳之樣品，透過BSE偵測器，即能夠順利成像

圖八：SE影像容易累積電荷，造成亮暗不均，接圖後，會產生方格子馬賽克；而BSE影像則不會有此現象 (延伸閱讀:如何利用SEM全視界影像技術，逆向透視奈米等級製程，避免侵權?)