SEM（Scanning Electron Microscope／走査電子顕微鏡）は、電子ビームを試料表面に走査照射し、放出される二次電子・反射電子を検出することで試料表面の形状・組成を高分解能で観察・分析する電子顕微鏡です。光学顕微鏡の分解能限界（約200nm）をはるかに超え、ナノメートルレベルの微細構造を可視化できます。半導体製造では欠陥観察・断面観察・パターン計測（CD-SEM）に広く使われています。
SEMの基本原理は、電子銃（LaB₆やFEG：電界放射型）から発射した電子ビームを電磁レンズで試料上に数nm〜数十nmの直径に収束させ、ラスタースキャンしながら各点から放出される二次電子を検出することで2次元像を形成します。試料は真空環境（約10⁻³〜10⁻⁶ Pa）に置かれます。加速電圧は500V〜30kVの範囲で調整され、低加速電圧では表面層情報を、高加速電圧では深部情報を得られます。
半導体製造での主な用途は、（1）CD-SEM（Critical Dimension SEM）によるパターン線幅・輪郭の精密計測（日立ハイテクが世界シェア約80%）、（2）レビューSEM（欠陥観察：欠陥検査装置が検出した欠陥箇所を高倍率で詳細観察）、（3）FIB-SEM（集束イオンビームと組み合わせた断面試料作製・観察：不良解析・プロセス評価）などです。
e-beam検査装置もSEMの派生技術を用い、電子線でウェハをスキャンしながら電位コントラスト（Voltage Contrast）によって電気的な欠陥（ショート・オープン）を非破壊で検出します。光学式では検出できない埋め込み欠陥の検出に強みを持ちます。
主要メーカーは日立ハイテク（CD-SEM・FIB-SEM・レビューSEM）、Carl Zeiss（FIB-SEM：Auriga・GeminiSEM）、Thermo Fisher Scientific（Helios FIB-SEM、Spectra SEM）、Applied Materials（SEMVision eBeam review）などです。解像度・スループット・低加速電圧でのコントラスト性能向上が継続的な開発テーマです。