Characterization Method for Testing Circuit Patterns on MCM/PCB Modules with Electron Beams of a Scanning Electron Microscope

MCM/PCB 회로패턴 검사에서 SEM의 전자빔을 이용한 측정방법

This paper presents a characterization method for faults of circuit patterns on MCM(Multichip Module) or PCB(Printed Circuit Board) substrates with electron beams of a SEM(Scanning Electron Microscope) by inducing voltage contrast on the signal line. The experimentation employes dual potential electron beams for the fault characterization of circuit patterns with a commercial SEM without modifying its structure. The testing procedure utilizes only one electron gun for the generation of dual potential electron beams by two different accelerating voltages, one for charging electron beam which introduces the yield of secondary electron $\delta$ < 1 and the other for reading beam which introduces $\delta$ > 1. Reading beam can read open's/short's of a specific net among many test nets, simultaneously discharging during the reading process for the next step, by removing its voltage contrast. The experimental results of testing the copper signal lines on glass-epoxy substrates showed that the state of open's/short's had generated the brightness contrast due to the voltage contrast on the surface of copper conductor line, when the net had charged with charging electron beams of 7KV accelerating voltages and then read with scanning reading electron beams of 2KV accelerating voltages in 10 seconds. The experimental results with Au pads of a IC die and Au plated Cu pads of BGA substrates provided the simple test method of circuit lines with 7KV charging electron beam and 2KV reading beam. Thus the characterization method showed that we can test open and short circuits of the net nondestructively by using dual potential electron beams with one SEM gun.

본 논문은 주사전자현미경(SEM)의 전자총을 이용하여 MCM 또는 PCB 회로기판의 신호연결선에서 전압차를 유도시켜 개방/단락 등의 결함을 측정 검사하는 방법을 제시한다. 본 실험에서는 주사전자현미경의 구조를 변형시키지 알고 회로기판의 개방/단락 검사를 실시할 수 있는 이중전위전자빔(Dual Potential) 검사방법을 사용한다. 이중전위전자빔(Dual Potential) 측정검사 방법은 이차전자수율 값 δ의 차이를 유기시키는 δ < 1 인 충전 전자빔과 δ > 1 인 읽기 전자빔을 사용하여 한 개의 전자총이 각각 다른 가속전압에 의해 생성된 두 개의 전자빔으로 측정하는 방법으로 특정 회로네트에 대한 개방/단락 등의 측정 검사가 가능하다. 또한 읽기 전자빔을 이용할 경우 검사한 회로 네트를 방전시킬 수 있어 기판 도체에 유기된 전압차를 없앨 수 있는 방전시험도 실시할 수 있어, 많은 수의 회로네트를 지닌 회로 기판에 대해 측정 검사할 때 충전되어 있는 회로네트에 대한 측정오류를 줄일 수 있다. 측정검사를 실시한 결과 glass-epoxy 회로기판 위에 실장된 구리(Cu) 신호연결선은 7KeV의 충전 전자빔으로 충전시키고 10초 이내에 주사전자현미경을 읽기 모드로 바꾸어 2KeV의 읽기 전자빔으로 구리표면에서의 명암 밝기 차이를 읽어 개방/단락 상태를 검사할 수 있었다. 또한 IC 칩의 Au 패드와 BGA의 Au 도금된 Cu 회로패드를 검사한 결과도 7KeV 충전 전자빔과 2KeV 읽기 전자빔으로 IC칩 내부회로에서의 개방 단락 상태를 쉽게 검사할 수 있었다. 이 검사방법은 주사전자현미경에 있는 한 개의 전자총으로 비파괴적으로 회로 기판의 신호 연결선의 개방/단락 상태를 측정 검사할 수 있음을 보여 주었다.