JP2002196051A - 半導体装置の動作試験装置および動作試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＵＴからの出力の全体的な電圧波形の検査
あるいは把握を行うことが可能であり、その構成も簡易
である、半導体装置の動作試験装置および動作試験方法
を提供する。 【解決手段】 ＤＵＴ１０である半導体装置に所定の試
験用動作パターンの信号を入力する試験用動作パターン
信号入力手段である波形メモリ兼ドライバ回路１と、試
験用動作パターンの信号の入力に応答して半導体装置か
ら出力されるデジタル応答信号を、その連続量的な電圧
波形が把握可能なサンプリング頻度でアナログデータか
らデジタルデータに変換して出力するアナログ／デジタ
ル変換器２と、測定値メモリ３と、演算ブロック４とを
備えて、動作試験時にＤＵＴ１０から出力される応答信
号の連続量的な電圧波形の情報を把握可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の動作試
験装置および動作試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル信号を出力するロジックＬＳＩ
（Large Scale Integration)のような半導体装置の動作
を試験するテスター（動作試験装置）では、一般に、被
試験対象（以下、略称としてＤＵＴと呼ぶ場合あり）に
対して、あらかじめ用意された試験用動作パターンの信
号を入力し、その入力に対する応答としてＤＵＴから出
力された応答信号を、そのときの試験用動作パターンに
対応したハイまたはロウの期待値（正常値）と比較する
ことにより、ＤＵＴが正常に動作しているか否かを判定
している。

【０００３】このような動作試験方法およびそれを実行
する動作試験装置としては、２種類のものが知られてい
る。一つは、いわゆるエッジコンパレートと呼ばれる方
法で、ＤＵＴから出力された応答信号を、所定の一点の
タイミングでストローブ信号に基づいてサンプリング
し、その信号電圧を期待値の範囲と比較するというもの
である。このような手法は、例えば特公平４−３６３４
９号公報などで提案されている。

【０００４】もう一つは、いわゆるウィンドウコンパレ
ートと呼ばれるもので、ＤＵＴから出力された応答信号
を所定の区間（ウィンドウ区間）でサンプリングし、そ
のときサンプリングされた信号電圧を期待値の範囲と比
較し、その期待値の範囲から逸脱している場合にはＤＵ
Ｔの動作が異常であると判定し、期待値の範囲内であれ
ば正常であると判定するというものである。

【０００５】図４は、このような従来のウィンドウコン
パレートによる動作試験を実行する動作試験装置の概要
構成の一例を表したものである。

【０００６】コンパレータ１１１は、ＤＵＴ１００から
の出力とハイレベル比較電圧（ＲＥＦ−Ｈ）とを比較す
る。コンパレータ１１２は、ＤＵＴ１００からの出力と
ロウレベル比較電圧（ＲＥＦ−Ｌ）とを比較する。ＲＥ
Ｆ−Ｈは、ＤＵＴ１００からの出力の正常なハイレベル
の基準を定める最小電圧値であり、ＲＥＦ−Ｌは、ＤＵ
Ｔ１００からの出力の正常なロウレベルの基準を定める
最大電圧値である。アンド回路１２１は、コンパレータ
１１１の比較結果の反転出力とストローブ信号とが入力
される。アンド回路１２２は、コンパレータ１１２の比
較結果の反転出力とストローブ信号とが入力される。Ｄ
フリップフロップ（以下、ＤＦＦと略称）１３１は、Ｓ
（セット）端子にアンド回路１２１の出力を受け、Ｄ端
子をロウレベルとし、Ｃｋ（クロック）端子にストロー
ブ信号が入力される。ＤＦＦ１３２は、Ｓ（セット）端
子にアンド回路１２２の出力を受け、Ｄ端子をロウレベ
ルとし、Ｃｋ端子にストローブ信号が入力される。デジ
タルコンパレータ１０４は、上記と同じストローブ信号
が入力され、そのタイミングに基づいて、ＤＦＦ１３
１、ＤＦＦ１３２のＱ端子から出力される信号を受け
て、その信号と期待値とを比較することで、パス（正
常）またはフェイル（異常）の情報を出力する。ストロ
ーブ信号がハイレベルの区間（期間）でＤＵＴ１００か
らの出力信号の正常／異常を判定する。

【０００７】図５は、図４に示した動作試験装置におけ
る動作の一例を示したタイミングチャート、図６はＤＦ
Ｆ１３１、ＤＦＦ１３２における判定で用いられる真理
値表である。なお、図６におけるＤＨはＤＦＦ１３１の
Ｑ端子からの出力、ＤＬはＤＦＦ１３２のＱ端子からの
出力である。

【０００８】ＤＵＴ１００の出力がＲＥＦ−Ｈよりも高
いとき（Ａ）、ストローブ信号がロウレベルからハイレ
ベルになると、このときのコンパレータ１１１からの反
転出力はロウレベルなので、アンド回路１２１からはロ
ウレベルの信号が出力されてＤＦＦ１３１のＳ端子に入
力される。このとき同時にＤＦＦ１３１のＣｋ端子にも
ストローブ信号が入力されるので、ＤＦＦ１３１のＱ端
子からはロウレベルの信号が出力される。

【０００９】ＤＵＴ１００の出力がＲＥＦ−Ｈよりも低
くなると（Ｂ）、コンパレータ１１１からの反転出力が
ハイレベルとなるので、アンド回路１２１からロウレベ
ルの信号が出力されてＤＦＦ１３１のＳ端子に入力され
る（Ｃ）。従って、このときＤＦＦ１３１のＱ端子から
はハイレベルの信号が出力される（Ｄ）。

【００１０】ＤＵＴ１００の出力が再びＲＥＦ−Ｈより
も高くなると、コンパレータ１１１からの反転出力はロ
ウレベルになる（Ｅ）。従って、ストローブ信号とコン
パレータ１１１からの反転出力とにより、アンド回路１
２１からの出力はロウレベルになる（Ｆ）。しかしこの
ときのＤＦＦ１３１のＱ端子からの出力は、ハイレベル
のままである。

【００１１】ストローブ信号がロウレベルになっても、
ＤＦＦ１３１の出力もＤＦＦ１３１の出力も変化しな
い。そしてストローブ信号が再びハイレベルになったと
きにコンパレータ１１１の反転出力がロウレベルである
と、アンド回路１２１からロウレベルの信号が出力され
てＤＦＦ１３１のＳ端子に入力される。このとき同時に
ストローブ信号がＤＦＦ１３１のＣｋ端子に入力されて
いるので、ＤＦＦ１３１のＱ端子からはハイレベルの信
号が出力される（Ｇ）。またこのとき、ＤＦＦ１３２の
Ｑ端子からの出力はハイレベルが続いている。

【００１２】デジタルコンパレータ１０４は、上記のよ
うなＤＦＦ１３１のＱ端子から出力されるＤＨおよびＤ
ＦＦ１３２のＱ端子から出力されるＤＬを、ストローブ
信号の立ち下がりのタイミング毎に期待値と比較するこ
とにより、パス／フェイルの判定を行う。例えば、期待
値が１のときに、図５における初めのウィンドウ区間で
は、ＤＨがハイレベルであるから、デジタルコンパレー
タ１０４はフェイルを出力する。また、その次のウィン
ドウ区間では、ＤＨがロウレベルであるから、デジタル
コンパレータ１０４はパスを出力する。

【００１３】この一例に示したように、従来の一般的な
動作試験装置では、ストローブ信号に基づいたタイミン
グでＤＵＴから出力された応答信号をサンプリングし、
そのときの試験用動作パターンに対応したハイまたはロ
ウの期待値と比較することにより、ＤＵＴから出力され
る信号がデジタル信号として正常（パス）であるか異常
（フェイル）であるかを判定していた。また、そのよう
な最終的な判定結果のデータの蓄積や読み出し等の情報
処理は、例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）の
ような汎用情報処理装置を用いるなどして行っていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の動
作試験装置や動作試験方法では、試験用の信号パターン
に対応するストローブタイミングにサンプリングされた
時点でのＤＵＴの出力のパス／フェイルを２値的に判定
することは可能である。

【００１５】しかしながら、そのサンプリングされた１
点の前後での出力が、どのようになっているのか等の情
報については、検査（把握）することができない。ま
た、ウィンドウ区間のような検査区間中にＤＵＴからの
出力が常に正常であるのか否かを検査することができな
いという問題点がある。

【００１６】例えば、図５に示したように、ＤＵＴ出力
が一瞬だけ比較電圧を横切る状態が動作欠陥として生じ
ていたとしても、ＤＥＦ１３１，ＤＥＦ１３２の出力は
共にハイレベルになってしまう、というように、ウィン
ドウ区間のような一定区間中にＤＵＴ出力がハイインピ
ーダンスで一定であるのか否かを区別することなどがで
きない。

【００１７】また、上記のような従来の動作試験装置や
動作試験方法では、試験結果がフェイルと判定された場
合に、それがどのような種類や状態のフェイルであるの
かという、さらに詳細な情報を把握することが実質的に
不可能であるという問題点がある。

【００１８】これは換言すれば、折角、フェイルを検出
しても、そのときの試験結果に基づいてフェイルの原因
を究明することは困難あるいは不可能であるということ
である。また、試験結果からＤＵＴの出力電圧の絶対値
を把握することができないということである。そのよう
な原因の究明やＤＵＴの出力電圧の絶対値を把握するた
めには、上記とは別の試験や検査を行わなければなら
ず、試験工程や試験装置が極めて煩雑なものとなる。

【００１９】また、上記のような従来の動作試験装置や
動作試験方法では、ＤＥＦやデジタルコンパレータなど
を多数必要とするなど、その試験装置の構成が煩雑なも
のである割には、前述したようにフェイルの原因究明や
出力電圧値の把握が困難であるなどの制約が多いという
問題点がある。

【００２０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ＤＵＴからの出力の全体的な電圧波
形の検査あるいは把握を行うことが可能であり、その構
成も簡易である、半導体装置の動作試験装置および動作
試験方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の動作試験装置は、被試験対象の半導体装置に所定の試
験用動作パターンの信号を入力する試験用動作パターン
信号入力手段と、試験用動作パターンの信号の入力に応
答して半導体装置から出力されるデジタル応答信号の連
続量的な電圧波形をアナログデータからデジタルデータ
に変換して出力するアナログ／デジタル変換器とを備え
たものである。

【００２２】また、本発明による他の半導体装置の動作
試験装置は、被試験対象の半導体装置に所定の試験用動
作パターンの信号を入力する試験用動作パターン信号入
力手段と、試験用動作パターンの信号の入力に応答して
半導体装置から出力されるデジタル応答信号を、その連
続量的な電圧波形が把握可能なサンプリング頻度でアナ
ログデータからデジタルデータに変換して出力するアナ
ログ／デジタル変換器とを備えたものである。

【００２３】本発明による半導体装置の動作試験方法
は、被試験対象の半導体装置に所定の試験用動作パター
ンの信号を入力し、その入力に応答して前記半導体装置
から出力されるデジタル応答信号の電圧波形を、アナロ
グ／デジタル変換器によって変換して出力するというも
のである。

【００２４】また、本発明による他の半導体装置の動作
試験方法は、被試験対象の半導体装置に所定の試験用動
作パターンの信号を入力し、その入力に応答して半導体
装置から出力されるデジタル応答信号の連続量的な電圧
波形を把握可能なサンプリング頻度でアナログ／デジタ
ル変換器によって変換して、デジタル応答信号の電圧波
形の情報を担持してなる信号を出力するというものであ
る。

【００２５】本発明による半導体装置の動作試験装置ま
たは動作試験方法では、試験用動作パターンの信号の入
力に応答して半導体装置から出力されるデジタル応答信
号の連続量的な電圧波形を、アナログ／デジタル変換器
によって、アナログデータからデジタルデータに変換し
て出力する。

【００２６】すなわち、従来の半導体装置の動作試験装
置または動作試験方法では、デジタル信号を検査すると
いう、デジタル的な発想あるいは固定観念から、ＤＵＴ
からの出力を２値的なデジタル信号としてのみとらえ、
そのＤＵＴから出力される応答信号のハイレベルとロウ
レベルとが期待値に対してフェイルかパスかを、２値的
にのみ判定していた。しかし、本発明による半導体装置
の動作試験装置または動作試験方法では、動作試験時に
ＤＵＴである半導体装置から出力されるデジタル応答信
号を連続量的な電圧波形と見做して、アナログ／デジタ
ル変換器を介して出力することで、その応答信号のアナ
ログ的（連続量的）な波形の情報が把握可能となる。

【００２７】また、本発明による他の半導体装置の動作
試験装置または動作試験方法では、半導体装置から出力
されるデジタル応答信号の電圧波形を把握可能なサンプ
リング頻度でアナログ／デジタル変換器によって変換し
て、デジタル応答信号の電圧波形の情報を担持してなる
信号を出力することで、必要十分なデータ量あるいは情
報処理速度でＤＵＴからの応答信号のアナログ的な波形
の情報が把握可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２９】図１は、本発明の一実施の形態に係る半導
体装置の動作試験装置の概要構成を表したものである。
なお、本発明の実施の形態に係る半導体装置の動作試験
方法は、この半導体装置の動作試験装置の動作あるいは
作用によって具現化されるものであるから、以下、それ
らを併せて説明する。

【００３０】この半導体装置の動作試験装置は、波形メ
モリ兼ドライバ回路（試験用動作パターン信号入力手
段）１と、アナログ／デジタル変換器２と、測定値メモ
リ３と、演算ブロック４とから、その主要部が構成され
ている。

【００３１】波形メモリ兼ドライバ回路１は、ＤＵＴ１
０である半導体装置に対して、所定の試験用動作パター
ンの信号を入力するものである。この波形メモリ兼ドラ
イバ回路１では、波形メモリに読み出しおよび書き換え
可能に格納されている試験用動作パターンの情報に基づ
いた波形の信号を、ストローブ信号のタイミングと同期
して出力する。ＤＵＴ１０が試験用動作パターンの信号
を受けると、その信号に対する応答信号を出力する。

【００３２】アナログ／デジタル変換器２は、波形メモ
リ兼ドライバ回路１から出力されるストローブ信号に同
期して、ＤＵＴ１０から出力された応答信号の電圧波形
を逐次にアナログデータからデジタルデータへと変換す
るものである。ＤＵＴ１０から出力された応答信号は、
本来は（理想的には）ハイレベルとロウレベルとを組み
合わせてなる２値的なデジタル信号として出力されるも
のであるが、このアナログ／デジタル変換器２では、そ
れを敢えてアナログ信号のような連続量的な電圧波形の
アナログ信号のように見做して、その応答信号を電圧波
形の全体像が把握可能なサンプリング頻度（あるいはサ
ンプリング周波数）でサンプリングし、それを逐次にデ
ジタルデータ化して、応答信号の電圧値の時系列的なデ
ジタル信号（デジタルデータ列）として出力する。

【００３３】このようにしてアナログ／デジタル変換器
２から出力された信号は、例えば図２に実線で示したよ
うに、より実際的な応答信号の電圧波形２０の形態を示
すものとなる。

【００３４】すなわち、例えばＣ−ＭＯＳロジックＬＳ
ＩやバイポーラロジックＬＳＩ、あるいはＤ−ＲＡＭや
Ｓ−ＲＡＭなどの半導体装置は一般に、本来はデジタル
信号を出力するように設定されたものであるから、その
ような半導体装置がＤＵＴ１０として出力する応答信号
は、理想的には図２に点線で示すような矩形状の信号波
形２１となることが想定されるが、実際には、素子内部
には不可避的にインピータンス等が存在しているので、
電圧変化の前後の立ち上がりや立ち下がりなどで波形に
応答遅れ等が生じたり、ロウレベルやハイレベルが必ず
しも一定電圧ではなく鈍りや歪みや変位等が生じる場合
がある。また、瞬間的な動作不良や欠陥などが生じる場
合もある。ところが、従来の一般的な動作試験装置で
は、例えばロウレベルあるいはハイレベルの信号の中か
ら１点２２を抽出するなどして、その１点を所定の期待
値（Ｈth）と比較するなどして、その１点のパス／フェ
イルを判定していたので、ＤＵＴ１０から出力される電
圧波形の所定の試験区間（期間）中における全体的な形
態をユーザーが把握する（知る）ことは実際上不可能で
あった。

【００３５】しかし、本実施の形態に係る半導体装置の
動作試験装置によれば、アナログ／デジタル変換器２か
ら出力された応答信号の全体的な電圧値の時系列的なデ
ジタル信号列に基づいて、所定の試験区間中におけるＤ
ＵＴ１０の応答信号の全体的な電圧波形の形態やその電
圧値についてを把握することが可能となる。しかも、そ
のような応答信号の全体的な電圧値の時系列的なデジタ
ル信号列を、１つのアナログ／デジタル変換器２によっ
て得ることができるので、動作試験装置としての主要部
の構成を、極めて簡易なものとすることができる。

【００３６】ここで、ＤＵＴ１０から出力される応答信
号をサンプリングするサンプリング頻度は、アナログ／
デジタル変換器２における処理速度によって定まるが、
そのサンプリング頻度が高いほど、電圧波形としての全
体像を詳細に把握することが可能となる。しかしその反
面、アナログ／デジタル変換器２から出力される信号の
周波数が高くなるので、アナログ／デジタル変換器２よ
りも後段の測定値メモリ３や演算ブロック４での信号処
理速度や記憶容量などが高いことが要求される。従っ
て、このような点から、測定値メモリ３や演算ブロック
４における信号処理速度や記憶容量に応じて、それらの
仕様によって信号処理が可能であってかつ電圧波形とし
ての全体像を把握可能なサンプリング頻度でサンプリン
グすることが望ましい。

【００３７】測定値メモリ３は、例えば演算ブロック４
の信号処理速度がアナログ／デジタル変換器２における
サンプリング周波数に対して逼迫している（余裕がな
い）場合などに、いわゆるキャッシュメモリのように、
アナログ／デジタル変換器２から伝送されて来るデジタ
ル信号をデータとして記憶するものである。この測定値
メモリ３では、動作試験が終了してそのときの一連のデ
ジタル信号の伝送が完了した後に、記憶しているデジタ
ルデータを一度に（バッチ的に）出力するように設定さ
れている。あるいは動作試験中に一連のデジタル信号を
伝送途中であっても、既に記憶されたデジタルデータ
を、演算ブロック４で処理可能な周期で順次に出力する
ようにしてもよい。

【００３８】演算ブロック４は、測定値メモリ３からそ
伝送されて来た応答信号の電圧波形のデジタルデータ
を、波形メモリ兼ドライバ回路１から出力される所定の
試験用動作パターンに対応してＤＵＴ１０から出力され
ることが想定される理想的な（あるいは期待値として
の）デジタル電圧波形と比較して、そのときのＤＵＴ１
０からの出力が正常な電圧波形であるか否かを判定する
ものである。また、この演算ブロック４では、動作不良
の解析のために有効な情報として、応答信号の電圧値の
情報や動作不良が何ビット目で発生したかといった情報
を把握することなども可能である。

【００３９】［実施例］図３は、本発明に係る一実施例
の半導体装置の動作試験装置の概要構成を示したもので
ある。波形メモリ兼ドライバ回路１としては、試験用動
作パターンのデジタル信号を書き換え可能に格納するＤ
−ＲＡＭを備えたＤＵＴ試験用ドライバ回路１１を用い
た。アナログ／デジタル変換器２としては、サンプリン
グ周波数が５ＭＨｚ、変換時間が１２ｎｓのＡＤＳ８０
３（商品名）というＡ／Ｄ変換デバイス１２を用いた。
測定値メモリ３としては、後段のＣＰＵ１４における演
算処理の安定化やデジタルデータの一時的な記録を取る
ために、１２ｂｉｔのパラレルデータを出力可能な１ｋ
ｂｙｔｅのＦＩＦＯ１３を用いた。演算ブロック４とし
ては、最高速度２０ＭＨｚのＣＰＵ１４を用いた。

【００４０】また、ＤＵＴ１０としては、Ｃ−ＭＯＳロ
ジックＬＳＩやバイポーラロジックＬＳＩ、あるいはＤ
−ＲＡＭやＳ−ＲＡＭなど、各種の半導体装置を試験対
象とすることが可能である。

【００４１】なお、この実施例では、アナログ／デジタ
ル変換器２であるＡ／Ｄ変換デバイス１２のサンプリン
グ周波数が５ＭＨｚに対して、演算ブロック４であるＣ
ＰＵ１４の最高速度が２０ＭＨｚであるから、ＣＰＵ１
４におけるデータ処理能力には入力されるデジタルデー
タに対して余裕があるので、測定値メモリ３であるＦＩ
ＦＯ１３は必ずしも必要ではない。しかしここでは、前
述したように、ＣＰＵ１４における演算処理の安定化や
デジタルデータの一時的な記録を取るために、ＦＩＦＯ
１３を用いている。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１または２
記載の半導体装置の動作試験装置または請求項３または
４記載の半導体装置の動作試験方法によれば、ＤＵＴで
ある半導体装置から出力されるデジタル応答信号を連続
量的な電圧波形と見做して、アナログ／デジタル変換器
を介して出力するようにしたので、ＤＵＴからの応答信
号のアナログ的な波形の情報が把握可能となり、ウィン
ドウ区間のような検査区間中にＤＵＴからの出力が常に
正常であるのか否かを検査することができ、また試験結
果がフェイルと判定された場合に、それがどのような種
類や状態のフェイルであるのかという詳細な情報を把握
することができるという効果を奏する。また、従来の比
較回路系を構成するＤＥＦやデジタルコンパレータなど
が不要となり、その部分が実質的に１つのアナログ／デ
ジタル変換器のみで済むので、極めて簡易な構成とする
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の動作
試験装置の概要構成を表した図である。

【図２】アナログ／デジタル変換器から出力された信号
および理想的な応答信号の一例を表した図である。

【図３】本発明に係る一実施例の半導体装置の動作試験
装置の概要構成を表した図である。

【図４】従来のウィンドウコンパレートによる動作試験
を実行する動作試験装置の概要構成の一例を表した図で
ある。

【図５】図４に示した動作試験装置における動作の一例
を示したタイミングチャートである。

【図６】図４に示したＤＦＦにおける判定で用いられる
真理値表である。

【符号の説明】

１…波形メモリ兼ドライバ回路、２…アナログ／デジタ
ル変換器、３…測定値メモリ、４…演算ブロック

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験対象の半導体装置に所定の試験用
   動作パターンの信号を入力する試験用動作パターン信号
   入力手段と、 前記試験用動作パターンの信号の入力に応答して前記半
   導体装置から出力されるデジタル応答信号の電圧波形を
   アナログデータからデジタルデータに変換して出力する
   アナログ／デジタル変換器とを備えたことを特徴とする
   半導体装置の動作試験装置。
2. 【請求項２】 被試験対象の半導体装置に所定の試験用
   動作パターンの信号を入力する試験用動作パターン信号
   入力手段と、 前記試験用動作パターンの信号の入力に応答して前記半
   導体装置から出力されるデジタル応答信号を、その電圧
   波形が把握可能なサンプリング頻度でアナログデータか
   らデジタルデータに変換して出力するアナログ／デジタ
   ル変換器とを備えたことを特徴とする半導体装置の動作
   試験装置。
3. 【請求項３】 被試験対象の半導体装置に所定の試験用
   動作パターンの信号を入力し、その入力に応答して前記
   半導体装置から出力されるデジタル応答信号の電圧波形
   を、アナログ／デジタル変換器によって変換して出力す
   ることを特徴とする半導体装置の動作試験方法。
4. 【請求項４】 被試験対象の半導体装置に所定の試験用
   動作パターンの信号を入力し、その入力に応答して前記
   半導体装置から出力されるデジタル応答信号の電圧波形
   を把握可能なサンプリング頻度でアナログ／デジタル変
   換器によって変換して、前記デジタル応答信号の電圧波
   形の情報を担持してなる信号を出力することを特徴とす
   る半導体装置の動作試験方法。