-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft allgemein automatische Prüfausrüstung zum Prüfen von
Halbleiterbauelementen und insbesondere einen Treiber mit einer Schaltung
zur Verlustkompensation zur Verwendung in einer Halbleitertestvorrichtung,
um Halbleiterbauelemente zu prüfen.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Automatische
Prüfausrüstung spielt
oft eine kritische Rolle im Produktionsprozeß von Halbleiterbauelementen.
Die Ausrüstung,
die oft als "Testvorrichtung" bezeichnet wird,
simuliert eine Betriebsumgebung für Bauelemente auf Wafer- und
Gehäuseebene.
Durch Überprüfen der
Betriebsfähigkeit
jedes Halbleiterbauelements unter veränderlichen Bedingungen können die
Hersteller hohe Ausbeuten und ein entsprechend höheres Zuverlässigkeitsniveau
für die
Kunden realisieren. Nicht überraschend
führt dies zu
höheren
Einnahmen für
die Halbleiterhersteller.
-
Von
Halbleiterherstellern verwendete Testvorrichtungen weisen im allgemeinen
einen Computer-Arbeitsplatz
auf, der Prüfsoftware
zur Steuerung des Tests ausführt.
Die Software steuert die Signalparameter für Prüfvektoren oder -wellenformen,
die das Halbleiterbauelement ansteuern. Ein Mustergenerator erzeugt
normalerweise die Wellenformen und leitet die Signale zu elektronischen
Schaltungen weiter, die allgemein als Kontaktstiftelektronik bezeichnet
werden.
-
Die
Kontaktstiftelektronik befindet sich im allgemeinen auf einer oder
mehreren Kanalkarten, die Signale zwischen der Testvorrichtung und
einem oder mehreren Kontaktstiften des zu prüfenden Halbleiterbauelements
(DUT) weiterleiten. Die Kontaktstiftelektronik führt mehrere Funktionen der
Testvorrichtung durch und dient im allgemeinen als eine Signalschnittstelle
zwischen dem Mustergenerator und dem DUT. Eine der wichtigeren Funktionen
schließt das
Absetzen von Wellenformen auf einem Übertragungsweg zu den Kontaktstiften
des DUT ein.
-
Mit
Bezug auf 1 umfaßt ein herkömmlicher Treiber, der bei herkömmlichen
Kontaktstiftelektronik-Kanalkarten verwendet wird, im allgemeinen einen
Pufferverstärker 10,
der in einer integrierten Schaltung verwendet wird, die jeweilige
Hoch- und Niedrig-Spannungsklemmen 12 und 14 aufweist,
um jeweilige hohe (VH-) und niedrige (VL-)Spannungspegel zu erzeugen.
Ein Schalter 16 koppelt den Pufferausgang wahlweise zwischen
den Spannungsklemmen nach einem vorprogrammierten Zeitsteuerungschema,
das vom Prüfcontroller
gesteuert wird. Das Umschalten zwischen den jeweiligen Klemmen erzeugt
ein im wesentlichen rechteckwellenförmiges Signal 18 zur Übertragung
auf einem Signalweg 20 zum DUT (nicht dargestellt).
-
Eines
der Probleme, die mit dem oben beschriebenen herkömmlichen
Treiber verbunden sind, betrifft die Genauigkeit der Zeitsteuerung
der tatsächlichen
an das DUT übergebenen
Wellenform. Bei Frequenzen, die sich dem Gigahertz-Bereich nähern, unterliegt
das vom Treiberausgang abgesetzte Signal oftmals Verlusten, die
aus der Impedanz-Fehlanpassung auf dem Übertragungsweg entspringen. 2 stellt
eine beeinträchtigte
Wellenform mit einer ursprünglichen
Flankenanstiegszeit bei 22 und einer anschließenden aufgrund
von Skineffekt-Impedanz und dielektrischer Verluste verschlechterten
Anstiegszeit bei 24 dar. Da eine Hochfrequenz-Prüfung exakte
Zeitsteuerungsparameter erfordert, um ein DUT angemessen zu überprüfen, sind
Verluste, die die Flankenanstiegszeit und Impulsform und infolge dessen
die Genauigkeit der Zeitsteuerung beeinträchtigen, für Halbleiterhersteller oft
inakzeptabel.
-
US-Patent
5 287 022 beschreibt eine Abschlußschaltung, die verwendet werden
kann, um ein zu prüfendes Übertragungsleitungsende
zwischen der Testvorrichtung und einem digitalen DUT abzuschließen, die
dafür konfiguriert
ist, Spannungsreflexionen zu steuern.
-
US-Patent
5 189 313 beschreibt einen Generator für variable Übergangszeiten zur Bereitstellung kontinuierlicher
und unabhängig
steuerbarer Übergangszeiten
für beide
Flanken von Impulsen.
-
JP 05022106 beschreibt
eine Schaltung zur Unterdrückung
der Unterschwingung in Halbleiterschaltungen.
-
Was
benötigt
wird und bis jetzt nicht verfügbar
ist, ist ein Treiber zur Verwendung in einer Halbleitertestvorrichtungs-Kanalkarte,
der das Problem von Übertragungsweg-Signalverlusten
behandelt, um die Genauigkeit der Zeitsteuerung und die Signalintegrität für Treiber-Wellenformen
zu maximieren. Der Treiber der vorliegenden Erfindung erfüllt dieses Erfordernis.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Der
Treiber der vorliegenden Erfindung verwendet eine Vorkompensierungsschaltung,
um eine Wellenform zu erzeugen, die, nachdem sie sich auf einem
verlustbehafteten Übertragungsweg
ausgebreitet hat, die Form des ursprünglich programmierten Signals
annimmt. Dies gestattet eine hochgenaue zeitliche Abstimmung an
den Eingangskontaktstiften eines DUT für Flanken, die sich bei relativ
hohen Frequenzen ausbreiten.
-
Um
die oben beschriebenen Vorteile zu realisieren, umfaßt die Erfindung
in einer Form einen Treiber zum Anlegen einer deterministischen
Wellenform an ein zu prüfenden
Bauelement über
einen verlustbehafteten Übertragungsweg.
Der Treiber weist einen Signalgenerator zur Erzeugung eines im wesentlichen
rechteckwellenförmigen
Signals an einem Ausgangsknoten und einen mit dem Ausgangsknoten
gekoppelten Injektor zum Modifizieren des rechteckwellenförmigen Signals
auf, um erwartete Verluste auf dem verlustbehafteten Weg vorzukompensieren.
-
In
einer weiteren Form umfaßt
die Erfindung eine Kanalkarte zur Verwendung in einer Halbleitertestvorrichtung,
um Signale an ein und von einem zu prüfenden Bauelement abzusetzen
und zu erfassen. Die Kanalkarte weist einen Formatierer und einen Komparator
mit einem Eingang, der mit dem zu prüfenden Bauelement gekoppelt
ist, und einem Ausgang, der den Formatierer versorgt, auf. Die Kanalkarte
weist ferner einen Treiber mit einem Eingang, der mit dem Formatierer
gekoppelt ist, und einem Ausgang, der über einen verlustbehafteten Übertragungsweg
mit dem zu prüfenden
Bauelement verbunden ist, auf Der Treiber weist einen Signalgenerator
zum Erzeugen eines im wesentlichen rechteckwellenförmigen Signals
an einem Ausgangsknoten und einen mit dem Ausgangsknoten gekoppelten
Injektor zum Modifizieren des rechteckwellenförmigen Signals, um zu erwartende
Verluste auf dem verlustbehafteten Weg vorzukompensieren, auf.
-
In
noch einer weiteren Form umfaßt
die Erfindung ein Verfahren zum Anlegen einer Treiber-Wellenform von einem
Treiberausgang über
einen verlustbehafteten Signalweg an ein zu prüfendes Bauelement. Das Verfahren
schließt
die folgenden Schritte ein: Aufbauen eines ersten begrenzten Signalpegels; Umschalten
des Treiberausgangs auf den ersten begrenzten Signalpegel; und Injizieren
von Energie in den Ausgangsknoten, um den ersten begrenzten Signalpegel
zu modifizieren und Verluste des begrenzten Signalpegels auf dem
verlustbehafteten Signalweg zu kompensieren.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden ausführlichen
Beschreibung deutlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen wird.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende ausführlichere
Beschreibung und die beigefügten
Zeichnungen besser verständlich,
wobei diese folgendes zeigen:
-
1 ist
ein Blockschaltbild eines herkömmlichen
Treibers;
-
2 ist
eine grafische Darstellung einer durch den herkömmlichen Treiber aus 1 erzeugten
Wellenform, nachdem sie sich auf einem verlustbehafteten Übertragungsweg
ausgebreitet hat;
-
3 ist
ein Blockschaltbild einer Halbleitertestvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ist
ein vergrößertes Blockschaltbild des
in 3 dargestellten Treibers, und
-
5 ist
eine vergrößerte grafische
Darstellung des vorkompensierten Signals, das als Andeutung in 4 enthalten
ist.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Mit
Bezug auf 3 weist eine allgemein mit 30 bezeichnete
Testvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Prüfcontroller 32 auf,
der mit einem Prüfkopf 40 gekoppelt
ist. Der Prüfkopf
weist eine Vielzahl von Kontaktstiftelektronik-Kanalkarten 42 auf,
die Treiber 50 verwenden, um Prüfwellenformen an entsprechende
DUTs 45 anzulegen, die auf einer Bestückungsplatine 48 angebracht
sind. Die Treiber weisen Vorkompensierungsschaltungen 60 (4)
auf, um Hochfrequenzsignale mit hochgenauer zeitlicher Abstimmung
der Flanken an die DUTs zu übergeben.
-
Mit
weiterem Bezug auf 3 weist der Prüfcontroller
einen Computer-Arbeitsplatz (nicht dargestellt) auf, der den Betrieb
eines Mustergenerators 34 steuert. Der Mustergenerator
erzeugt vorzugsweise algorithmisch abgeleitete Prüfsignale
zum Anlegen an die DUTs 45 und speist die Signale über einen Musterbus 36 ein.
Der Musterbus fächert
sich auf, um eine Vielzahl von parallelen Musterquellen zur Kopplung
mit dem Prüfkopf 40 bereitzustellen.
Der Prüfcontroller
weist auch einen Fehlerprozessor 38 auf, um von der Testvorrichtung
erfaßte
Signale zu analysieren, um die Ergebnisse des Tests zu bestimmen.
-
Die
Prüfkopf-Kanalkarten 42 definieren
jeweils einen oder mehrere Signalwege oder Kanäle zwischen der Testvorrichtung
und den DUT-Kontaktstiften. Die Karten umfassen Leiterplatten (nicht
dargestellt), die mit anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen
(ASICS) bestückt
sind, die die Funktionen eines Formatierers 44, eines oder
mehrerer Treiber 50 und eines oder mehrerer Komparatoren 46 ausführen. Die
Kanalkarten sind mit den Kontaktstiften der DUTs 45 über einen
verlustbehafteten Übertragungsweg 47 verbunden,
der Meßsonden (zur
Prüfung
auf Waferebene, nicht dargestellt) oder Verbindungen zur Bestückungsplatine 48 (zum
Prüfen
geschlossener Bauelemente) aufweist.
-
Der
Erfinder hat festgestellt, daß bei
Signalfrequenzen im Gigahertz-Bereich Leiterplatten-Leiterzüge, Signalwegverbindungen,
und, was noch wichtiger ist, die als Skineffekt und dielektrischer
Verlust bekannten Erscheinungen alle zu Signalverlusten beitragen,
während
sich die Prüfwellenformen
auf dem Übertragungsweg 47 ausbreiten.
-
Mit
besonderem Bezug auf 4 umfaßt der insgesamt mit 50 bezeichnete
Treiber gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Pufferverstärker 52, der dafür konfiguriert
ist, als ein AB-Bauelement zu arbeiten. Wie dem Fachmann bekannt
ist, verwenden AB-Treiber eine Form des "Gegentakt"-Betriebs, schalten sich aber nicht
vollständig
aus. Der Treiberausgang behält
einen Zustand bei, der jederzeit einen gewissen Betrag an Strom
erzeugt, um das Bauelement aktiv zu halten.
-
Um
den Gegentakt-Betrieb auszuführen, verwendet
der Treiber 50 jeweilige Hoch- und Niedrig-Spannungsklemmen 54 und 56,
um hohe bzw. niedrige Spannungspegel VH und VL zu erzeugen. Ein
Schalter 58 koppelt den Treiberausgang wahlweise abwechselnd
mit den Spannungsklemmen, abhängig
von den erwünschten
Wellenformenparametern der Prüfsignale.
Indem er zwischen den hohen und niedrigen Spannungsklemmen wechselt,
erzeugt der Schalter ein im wesentlichen rechteckwellenförmiges Signal.
-
Um
die zu erwartenden Signalverluste auf dem Übertragungsweg 47 zu
kompensieren, ist im Treiber 50 eine Vorkompensierungsschaltung
enthalten, vorzugsweise in Form eines Strominjektors 60. Der
Injektor weist ein in Reihe geschaltetes externes RC-Netz, das durch
den Widerstand R1 und den Kondensator C1 definiert ist, und einen
Rückkopplungsweg
auf, der einen Injektor-Pufferverstärker 62 umfaßt, der
zwischen dem Treiberausgang und dem RC-Netz angeordnet ist. Der
Ausgang des Injektors versorgt einen Summierungsknoten 64,
der das vom Signalgenerator erzeugte rechteckwellenförmige und das
Injektionssignal summiert, um eine vorkompensierte Wellenform 66 zu
bilden.
-
In
Betrieb legt der Mustergenerator Vektorinformation (für Logikbauelemente)
oder Adreß-
und Dateninformation (für
Speicherbauelemente) an die Vielzahl von Kanalkarten 42 an,
die wiederum die Muster formatieren, um akzeptable Signale zum Anlegen
an die DUTs 45 zu erzeugen. Der Treiber 50 antwortet
auf die formatierten Vektorsignale, indem er zuerst mit den entsprechend
umgeschalteten Spannungsklemmen 54 und 56 ein
im wesentlichen rechteckwellenförmiges
Signal erzeugt.
-
Der
Injektorpuffer 62 tastet die ursprünglich erzeugte Treiber-Wellenform
ab und aktiviert die durch R1 und C1 definierte RC-Schaltung. Ein
Momentanstrom wird erzeugt und in den Summierungsknoten 64 injiziert,
um die Anstiegs- und Abfallzeiten der Vorder- und Hinterflanken
nachfolgender Wellenformen zu modifizieren. Der injizierte Strom
fällt ab, wenn
sich der Kondensator C1 entlädt. 5 stellt die
entstandene Wellenform 70 dar, die am Ausgang des Treibers
erzeugt wird.
-
Wenn
sich die Wellenform 70 auf dem verlustbehafteten Übertragungsweg 47 ausbreitet,
verschlechtern Skineffekt-Verluste das ursprüngliche überkompensierte Signal. Zu
dem Zeitpunkt, wo das Signal den DUT-Kontaktstift erreicht, modifizieren
die Verluste die Wellenform zu einem Signal 72 (4), das
der ursprünglich
programmierten Rechteckwellenform ähnelt. Ohne die Vorkompensierung
am Treiber würde
das empfangene Signal am DUT jenem gleichen, das bei 74 gezeigt
wird (5, angedeutet).
-
Die
Erfindung stellt auf einfache Weise ein Mittel zur Anpassung des
Betrags der Vorkompensierung bereit, indem einfach nur die Werte
von R1 und C1 angepaßt
werden, wie es dem Fachmann bekannt ist, um eine Einschwingzeitkonstante
zu modifizieren. Die Dauer des injizierten Signals oder der Zeitkonstante
ist proportional zum Produkt von R1 und C1, während die Stärke des
injizierten Signals sich umgekehrt proportional zum Wert von R1 ändert.
-
Der
Fachmann wird den vielfältigen
Nutzen und die vielen Vorteile anerkennen, die die vorliegende Erfindung
bietet. Von besonderer Bedeutung ist das Merkmal der Vorkompensierung,
das vom Treiber verwendet wird, um eine dramatische Verbesserung
in der Genauigkeit der Zeitsteuerung und der Impulsformung der Wellenformflanken
zu erreichen, die an den DUT-Kontaktstiften empfangen werden. Dadurch
entsteht die Fähigkeit,
die zulässigen
Betriebsfrequenzparameter einer Testvorrichtung zu erweitern, während die
von den Halbleiterherstellern geforderten notwendigen Genauigkeitsanforderungen
eingehalten werden.
-
Wenngleich
die Erfindung insbesondere mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann verständlich,
daß daran
zahlreiche Veränderungen
in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können. Zum Beispiel versteht
es sich, daß, obwohl
die Erfindung oben anhand eines AB-Treibers beschrieben wurde, die
Erfindung ebenso auch auf andere Treiberklassen anwendbar ist.