JP2008107256A

JP2008107256A - 半導体試験装置

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Publication number: JP2008107256A
Application number: JP2006291877A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Moro; 利彦茂呂; Takeshi Arimizu; 毅有水
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】高精度の抵抗やコンデンサを必要とせず、基準電流に追従して変動する出力電流を出力する半導体試験装置を提供。
【解決手段】被試験デバイス15を試験する各モジュール100、200を有する半導体試験装置10において、ひとつのモジュール100は、個別電源152と、基準電流源14からの基準電流Irefにて所定の充電時間にわたり充電され、充電時間とは異なるタイミングで所定の放電時間にわたり放電されるコンデンサ140とを有する。モジュール100はさらに、コンデンサ140の充放電による電位差に比例した制御信号を出力する制御部160と、コンデンサ140の放電時間にはコンデンサ140から、放電時間以外では個別電源から電力の供給を受け、制御信号に応じた電流を出力する電流出力部とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基準電流源から入力される基準電流の値に追従して変動する出力電流を用いて、集積回路（Integrated Circuit; IC）や大規模集積回路（Large Scale Integration; LSI）などの被試験デバイス（Device Under Test; DUT）を試験する半導体試験装置に関するものである。

特許文献１および特許文献２に記載のように、半導体試験装置は、典型的には、１つの基準となる値にトラッキング（追従）して変動する電圧を、同装置を構成する複数のモジュールから供給し、被試験デバイスを試験する。かかる出力電圧と被試験デバイスの電圧とを比較することによって、デバイスをテストする。

しかし、特許文献３に記載のように、被試験デバイスが例えば有機ＥＬディスプレイ（Organic Electro-Luminescence Display）である場合など、被試験デバイスに、電圧でなく、基準電流にトラッキングした出力電流を供給して試験を行う必要がある場合は広がりつつある。その場合、従来の半導体試験装置では、一般的に、基準電流源から供給される基準電流を抵抗に流すことによって基準電圧に変換した後、基準電圧を各モジュール内の基準抵抗に印加する。これによって各モジュールは、基準抵抗を流れる電流、すなわち基準電流にトラッキングした電流を実現している。つまり、基準電流に追従する電流を出力する半導体試験装置も、実際には、各モジュールに分配された電圧を電流に変換することにより、トラッキングされた電流を実現している。
特開２００６−７１２９０号公報特開２００５−２４９６３１号公報特開２００４−２９４０９３号公報

しかし、かかる従来の半導体試験装置は、まず基準電流を基準電圧に変換するために抵抗を要し、さらに各モジュール内にて電圧／電流変換するために抵抗を必要とする。基準電流に正確にトラッキングする出力電流を半導体試験装置から出力するためには、上述の抵抗の精度を高くする必要があるが、コストが高くなる。

本発明はこのような課題に鑑み、高価な抵抗などを必要とせず、基準電流に正確にトラッキングする出力電流が得られる半導体試験装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、被試験デバイスを試験する1つ以上のモジュールを有する半導体試験装置において、各モジュールは、個別電源と、基準電流源からの基準電流にて所定の充電時間にわたり充電され、充電時間とは異なるタイミングで所定の放電時間にわたり放電されるコンデンサと、コンデンサの充放電による電位差に比例した制御信号を出力する制御部と、コンデンサの放電時間にはコンデンサから、放電時間以外では個別電源から電力の供給を受け、制御信号に応じた電流を出力する電流出力部とを含み、これによって、電流出力部から出力される電流の値は、基準電流の値に追従して変動することを特徴とする。

上記の放電時間は充電時間のＸ倍としてよく、これによって、出力電流の値は、基準電流の値の１／Ｘ倍になるよう制御してよい。

上述の半導体試験装置において、各モジュールは、コンデンサの一端に接続された第１のスイッチと、基準電流源と第１のスイッチとの間をON/OFFする第２のスイッチと、電流出力手段と第１のスイッチとの間をON/OFFする第３のスイッチとを含み、第２のスイッチをONにし第３のスイッチをOFFにした状態で第１のスイッチを所定の充電時間だけONにしてコンデンサを充電し、第２のスイッチをOFFにし第３のスイッチをONにした状態で第１のスイッチを所定の放電時間だけONにしてコンデンサを放電させてよい。

上述の半導体試験装置において、モジュールは複数存在し、１つのモジュールに含まれる第２のスイッチがONになっている間は、他のすべてのモジュールに含まれる第２のスイッチはOFFになるよう切り替えられ、これによって、１つのモジュールに含まれるコンデンサが充電可能なときは他のすべてのモジュールに含まれるコンデンサが充電不能としてよい。

本発明によれば、１つの基準電流に常に追従する出力電流を、各モジュールが出力できる。しかも、基準電流を電圧に変換することなく、電流のまま半導体試験装置の各モジュールに入力するため、抵抗を必要としない。したがって、従来必要とされていた高精度かつ高価な抵抗によるコストが削減できる。

また本発明によれば、制御が容易なデジタル信号によって、スイッチ切替タイミングを制御可能である。そして、同一のモジュールにおける充電時間・放電時間の長さを決定する第１のスイッチ以外のスイッチについては、切替タイミングの精度を要しない。

さらに本発明によれば、モジュール間では、コンデンサの充電時間・放電時間は異なっていてよいため、モジュール間でコンデンサの容量が相違してもよく、すなわち、高精度かつ高価なコンデンサが不要である。

さらに本発明によれば、負荷側、すなわち、被試験デバイスの側から負荷の変動等、何らかの外乱があり、出力電圧が変動するような場合にも、それに合わせて基準電圧を変更することができる。

次に添付図面を参照して本発明による半導体試験装置の実施例を詳細に説明する。図中、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、同様の要素は同一の参照符号によって表示する。さらに、信号や電流はそれらが通る線路の符号によって表記するものとする。

図１は本発明による半導体試験装置の実施例を示すブロック図である。半導体試験装置10は、例えばLSI（Large Scale Integration）テスタやIC（Integrated Circuit）テスタと呼ばれ、LSIやICなどの半導体デバイスを試験する装置である。半導体試験装置10は１つの基準電流源14を有し、同電流源14から入力される基準電流の値Irefに追従して変動する出力電流I1およびI2を用いて被試験デバイス（Device Under Test; DUT）15を試験する１つ以上のモジュール100、200を有する。図１では図示の便宜上、モジュールは２個しか示していないが、典型的には４個ないし32個としてよく、これら以外のいかなる複数個用意しても構わない。また、モジュールは単数であってもよい。

モジュール100、200は同様の構成を有するため、以下、モジュール100の構成を代表して説明する。モジュール100は、基準電流源14からの線路に接続され、基準電流Irefをモジュール100に通電するか否かを切り替える第２のスイッチ120を有する。第２のスイッチ120は基準電流源14と後述の第１のスイッチ110との間をON/OFFする。第２のスイッチ120は図１では端子122に接触していてON状態にあり、基準電流Irefをモジュール100に通電する状態にある。一方、第２のスイッチ120が端子124に接触する場合はOFF状態であり、基準電流は、モジュール200以降の他のモジュールに供給されることとなる。

モジュール100は第２のスイッチ120に接続された第１のスイッチ110と、同スイッチ110に接続されたコンデンサ140とを有する。第１のスイッチ110は、コンデンサ140の一端に接続されていて、所定の充電時間にわたり、第２のスイッチ120から到来する基準電流Irefをコンデンサ140に通電して充電を行い、続いて、充電とは別のタイミングで、所定の放電時間にわたりコンデンサ140からの放電流I1を逆方向に通電して放電を行うスイッチである。充放電時間は自由に定めてよく、例えば100ナノ秒や１マイクロ秒としてよい。こうした充放電時間を実現するための第１のスイッチ110の切替は、図示しないもののデジタル論理回路によって高精度に実現可能である。図１では第１のスイッチ110は端子112に接触していて、上述の充電または放電のいずれかを行うON状態になっている。一方、コンデンサ140に充放電をさせない場合は、第１のスイッチ110は端子112と非接触のOFF状態となる。

モジュール100は、第１および第２のスイッチ110・120間に接続された第３のスイッチ130を有する。同スイッチ130は、後述の電流出力部と第１のスイッチ110との間をON/OFFするスイッチである。コンデンサ140からの放電流I1を通電するか否かを切り替えるスイッチであり、図１では第３のスイッチ130は端子134に接触していて、放電流I1を通電しないOFF状態にある。一方、放電流I1を通電する場合は端子132に接触してON状態となる。

モジュール100は、第３のスイッチ130に接続された電流出力部150を有する。電流出力部150は、出力電流I1の値を決定する。この出力電流I1がモジュール100からの出力電流として、被試験デバイス15の試験に利用される。電流出力部150は、第３のスイッチ130が端子134に接触しているOFF状態のときは、独自の個別電源152から電力の供給を受け、上記の所定の値の出力電流I1を出力する。電流出力部150は、第３のスイッチ130がON状態のときは、コンデンサを放電させて、やはり上記の所定の値の出力電流I1を出力する。

モジュール100は制御部160を有し、これは、コンデンサ140に印加される電圧を検出し、その電圧値に応じて、電流出力部150を制御して出力電流の値を決定させる制御回路である。制御部160は、少なくとも電圧を検出するセンサと、ローパスフィルタとを含み、電流出力部150に制御信号162を送信して出力電流I1の値を変更することができる。

モジュール200はモジュール100と同様の構成を有する。モジュール200の有するスイッチ210、220、230は、モジュール100の有する第１〜第３のスイッチ110、120、130にそれぞれ対応している。モジュール200もモジュール100と同様に、スイッチ210、220、230をON/OFFのいずれかに切り替えることにより、コンデンサ240を充放電し、制御部260によって電流出力部250を制御して出力電流I2の値を決定し、同出力電流I2を出力電流として用い、被試験デバイス15を試験する。

以上のように構成された本発明の実施例の動作について、以下、説明する。図２は図１に示すモジュール100の各スイッチの切替の様子を示すブロック図であり、図３は図１に示す本発明の実施例の各スイッチの切替タイミングと、コンデンサの両端電圧とを時系列に示すタイムチャートである。図３に示すように、初期A0では第１〜第３のスイッチ110、120、130はすべてOFF状態である。電流出力部150はその独自の個別電源152に接続されていて、一定の出力電流I1を被試験デバイス15に対して出力している。図２(a)および図３(a)のように、時点A1において第２のスイッチ120のみがONとなり、第３のスイッチ130はOFFにした状態で、コンデンサ140の充電開始前に基準電流源14と第１のスイッチ110とを接続して、コンデンサ140を充電可能な状態にする。これに続く時点A2から時点A3まで、図２(b)および図３(c)のように、第１のスイッチ110はONとなり、予め定められた充電時間T1にわたり、コンデンサ140が充電される。これにより、図３(d)のようにコンデンサ140の電圧が上昇する。このとき、コンデンサ140の容量をC1とすると、充電によって上昇する電圧は、下式(1)によって計算される。
上昇電圧＝Iref×T1／C1 (1)

コンデンサ140の充電終了時点A3から放電開始時点A4までに、図２(c)および図３(a)(b)のように、第２のスイッチ120はOFFとなり、第３のスイッチ130はONとなる。第２のスイッチ120がOFFになることによって、基準電流源14と第１のスイッチ110とが遮断されるため、コンデンサ140は充電不能な状態となる。一方、第３のスイッチ130がONになることによって、第１のスイッチ110と電流出力部150とが接続されるため、コンデンサ140は放電可能な状態となる。なおスイッチ140がONになるタイミングは、図３に示すように、時点A4と同時またはほぼ同時の直前でよい。

放電開始時点A4から放電終了時点A5まで、図２(d)および図３(c)のように、第１のスイッチ110は再びONになり、予め定められた放電時間T2にわたり、コンデンサ140の放電が行われる。本実施例では、T1＝T2であり、充電時間と放電時間とは等しい。また、電流出力部150は、式(1)に示した、充電によって上昇したコンデンサ140の電圧の値に関わらず、コンデンサ140を放電させて、所定の値の出力電流I1を出力する。この放電によって下降する電圧は、下式(2)によって計算される。
下降電圧＝I1×T2／C1 (2)

本実施例では、上述のように、T1＝T2となるよう、第１のスイッチ110が切り替えられる。しかし、上述のように、電流出力部150は、上昇したコンデンサ140の電圧の値に関わらず、既に設定された値の出力電流I1を出力しようとする。すると、出力電流I1より基準電流Irefの方が大きくても、電流出力部150は、依然として出力電流I1を出力するため、コンデンサ140には、放電しきれない電荷が残存して、充電前より放電後の電圧は大きくなってしまう。一方、出力電流I1より基準電流Irefの方が小さければ、コンデンサ140からは過大な電流が放電されることとなり、充電前より放電後の電圧は小さくなってしまう。

そこで、制御部160は、図３(d)に示すように、コンデンサ140の充電前および放電後の電位差がゼロになるよう、電流出力部150の出力電流I1の値を制御する。言い換えれば、制御部160は、コンデンサ140の充電前・放電後の電位差を検知し、基準電流Irefの値と出力電流I1の値を明らかにする。そして制御部160は、この電位差に比例した制御信号を出力して、電流出力部150の出力電流値I1を制御し、基準電流Irefに等しいものとする。すなわち、電流出力部150からは、従前のI1ではなく、基準電流Irefにトラッキングした出力電流が得られるようになる。

本実施例では、既に述べたように充放電の時間は等しく、T1＝T2であるが、放電時間T2は充電時間T1と異なっていてもよい。例えば放電時間T2が充電時間T1のＸ倍であれば、基準電流Irefの１／Ｘ倍にトラッキングされた出力電流が得られる。

図２(e)および図３(b)のように、放電終了時点A5と同時またはほぼ同時の直後に、第３のスイッチ130はOFFとなり、第１のスイッチ110と電流出力部150とを遮断して放電不能にする。このように放電が終了して、電流出力部は再びその独自の個別電源152から電力の供給を得ることになるが、上述のようにして制御部160が新たに設定した出力電流Irefを流し続ける。これにより、モジュール100からは、基準電流Irefにトラッキングした出力電流が出力され続ける。なお、このトラッキング動作は、制御部に含まれるローパスフィルタを用いる。したがって、電流出力部150からの出力電流は、基準電流Irefに漸近していく方式でもよいし、基準電流Irefを超えて大きく変動したものが短時間に減衰して基準電流Irefに近づいてゆく方式でもよい。

この後、モジュール200は、以上のモジュール100と同様の動作を行い、基準電流Irefにトラッキングされた出力電流を得る。具体的には、モジュール200のスイッチ220はONになって基準電流Irefをモジュール200に通電し、同モジュール200のコンデンサ240を充電可能とする一方、モジュール100の第２のスイッチ120はOFFのままであり、同モジュール100のコンデンサ140は充電不能な状態に保たれる。このように、１つのモジュールのコンデンサが充電可能なときは、その他のすべてのモジュールのコンデンサは充電不能となる。言い換えれば、各モジュールの充電動作は、時分割に行われ、同時に行われることはない。

以上のように、時分割に充電が行われることは、本発明のひとつの特徴である。かかる本発明の特徴を、本発明の実施例である図１と、他の半導体試験装置の構成を示す図４とを比較することで、よりわかりやすく説明する。図４は他の半導体試験装置の構成例を示すブロック図である。図４に示す半導体試験装置では、基準電流源34から出力される基準電流Irefは、基準抵抗R0によって基準電圧Vref（＝R0×Iref）に変換され、各モジュール300、400、500に分配される。各モジュールの構成は同様であるため、モジュール300を代表として構成を説明する。モジュール300では、基準電圧Vrefは増幅器302を介して抵抗R3に印加される。基準抵抗値をR3とすると、モジュール300からは、基準電流Irefにトラッキングした出力電流I3（＝Vref／R3）が得られ、被試験デバイス15の試験に利用される。

図４の半導体試験装置の場合、基準抵抗ROと、各モジュールの抵抗R3、R4、R5との間の抵抗誤差が出力電流13、I4、I5の誤差となるため、高精度・高安定性を実現するためには、高価な高精度抵抗が必要となる。例えば基準電流IO＝I3＝I4＝I5とするためには、RO＝R3＝R4＝R5となることが必要である。

しかし図１に示す本発明の実施例では、スイッチを高速に切り替えることにより、時間差は生じるものの、基準電流Irefを電圧に変換することなく、直接に各モジュール100、200に入力するため、抵抗を要しない。

また、図１に示す本発明の実施例では、各モジュール100、200の充電時間T1、T12は等しい必要はなく、各モジュール内にて充放電の時間が等しくすれば、すなわちT1＝T2でありT12＝T22であれば、必要なトラッキングされた電流を得ることができる。また、モジュール間の素子で特性がそろっている必要のあるものはなく、例えば各モジュールのコンデンサの容量C1、C2は同じである必要はない。

上述のように、各モジュール内にて充放電の時間を等しくするには、１つのモジュール、例えばモジュール100における１つの第１のスイッチ110のON/OFF切替精度が得られればよい。このようなスイッチング管理は、デジタル論理回路により容易に可能であり高い精度が得られる。例えば精度のよいクロック信号を基準としてスイッチングを制御してやればよい。一方、第２のスイッチ120および130は電流経路の切り替えを行っているにすぎないため、ON/OFF切替精度が低くとも、影響はない。

以上のように、本発明によれば、高価で高精度の抵抗や高精度のコンデンサを用いることなく、デジタル信号で行うスイッチ制御の時間を管理するだけで、基準電流源とトラッキングした電流源をモジュール内に実現可能である。

さらに、本発明によれば、負荷側、すなわち、被試験デバイス15の側から何らかの外乱が加えられ、出力電圧I1が変動するような場合にも、それに合わせて基準電圧を変更することができる。制御部160は、変動した電流が基準電流Irefと出力電流I1のいずれであるにせよ、変動した一方と他方との差がなくなるように制御を行うからである。

本発明による半導体試験装置の実施例を示すブロック図である。図１に示すモジュールの各スイッチの切替の様子を示すブロック図である。図１に示す本発明の実施例の各スイッチの切替タイミングと、コンデンサの両端電圧とを時系列に示すタイムチャートである。図１に示す本発明の実施例と比較される他の半導体試験装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

10 半導体試験装置
14 基準電流源
15 被試験デバイス
100、200 モジュール
110、120、130、210、220、230 スイッチ
140、240 コンデンサ
150、250 電流出力部
160、260 制御部

Claims

被試験デバイスを試験する1つ以上のモジュールを有する半導体試験装置において、各モジュールは、
個別電源と、
基準電流源からの基準電流にて所定の充電時間にわたり充電され、該充電時間とは異なるタイミングで所定の放電時間にわたり放電されるコンデンサと、
該コンデンサの充放電による電位差に比例した制御信号を出力する制御部と、
前記コンデンサの放電時間には前記コンデンサから、該放電時間以外では前記個別電源から電力の供給を受け、前記制御信号に応じた電流を出力する電流出力部とを含むことを特徴とする半導体試験装置。
前記放電時間は前記充電時間のＸ倍であり、これによって、前記出力電流の値は、前記基準電流の値の１／Ｘ倍になるよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
前記各モジュールは、
前記コンデンサの一端に接続された第１のスイッチと、
前記基準電流源と第１のスイッチとの間をON/OFFする第２のスイッチと、
前記電流出力手段と第１のスイッチとの間をON/OFFする第３のスイッチとを含み、
第２のスイッチをONにし第３のスイッチをOFFにした状態で第１のスイッチを前記所定の充電時間だけONにして前記コンデンサを充電し、
第２のスイッチをOFFにし第３のスイッチをONにした状態で第１のスイッチを前記所定の放電時間だけONにして前記コンデンサを放電させることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
前記モジュールは複数存在し、
前記モジュール毎の第２のスイッチは、排他的に切り替えられ、特定の第２のスイッチがONのときは、他の第２スイッチはOFFとなることを特徴とする請求項３に記載の半導体試験装置。