JP2009287956A - 半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定でき、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定できる半導体試験装置を実現する。
【解決手段】ＤＵＴとこのＤＵＴへ電圧を印加する出力アンプとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する半導体試験装置において、所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、変換された電圧にレベルシフト回路からのシフト電圧を加算して加算回路と、加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被試験デバイス（以下、ＤＵＴ（Device Under Test）という）へ電圧を印加する出力アンプとＤＵＴとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する半導体試験装置またはＤＵＴへ電流を印加すると共にこの電流が印加されたＤＵＴ端の電圧を電圧バッファを介して測定する半導体試験装置に関し、特に安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定でき、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定できる半導体試験装置に関する。

一般に、ＤＵＴの試験項目にはＤＵＴに電圧を印加し、その時の電流を測定する電圧印加電流測定の試験やＤＵＴに電流を流入またはＤＵＴから電流を流出させて、その時の電圧を測定する電流印加電圧測定の試験等がある。例えば、ＤＵＴとしては、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等がある。

半導体試験装置はテストプログラムにより動作する。このテストプログラムは、通常、ＤＵＴの品種毎に異なり、電圧測定または電流測定のテストにおいては、電圧印加電流測定／電流印加電圧測定のモード、ＤＵＴへ印加する電圧値または電流値、測定するタイミング等が記述されている。

また、半導体試験において、試験時間は非常に重要視されるパラメータの１つとされている。すなわち、限られた時間では、ＤＵＴの試験時間が長くなれば試験可能なデバイス数は少なくなり、試験時間が短くなれば試験可能なデバイス数は多くなるため、ＤＵＴを製造する半導体メーカの利益に試験時間が影響するからである。

図５は従来の半導体試験装置の一例を示した構成図である。
図５において、半導体試験装置５０は、電圧設定回路１、電流設定回路２、誤差検出回路３、出力アンプ４、電流検出部５、電圧バッファ６、測定切り替え回路７および測定回路８を有し、ＤＵＴ１００に電圧または電流を印加すると共に、ＤＵＴ１００に印加している電圧または電流の値を測定する。

ＤＵＴ１００は、負荷であり、入出力用の複数の端子を持ち、所望の端子（ＤＵＴ端）に半導体試験装置５０から所定の電圧Ｖ_OUTまたは電流Ｉ_OUTが印加される。

電圧設定回路１および電流設定回路２は、主にＤＡＣ（Digital to Analog Converter）で構成される。誤差検出回路３は、電圧設定回路１からの出力信号、電流設定回路２からの出力信号、電流検出部５からの出力電圧および電圧バッファ６を経由したＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTがそれぞれ入力される。出力アンプ４は、誤差検出回路３の出力信号が入力される。

電流検出部５は、出力アンプ４とＤＵＴ１００の測定ピン（ＤＵＴ端）の間に設けられ、ダイオードＤ１〜ダイオードＤ４、スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ６、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３および出力アンプＡＭＰ１を有し、出力アンプ４とＤＵＴ１００の測定ピンの間に流れる電流を電圧信号に変換して出力する。また、電流検出部５は、変換した電圧信号を出力電圧として誤差検出回路３へ出力する。

電流検出部５を構成する部品の詳細な接続を説明する。出力アンプ４の出力端子はダイオードＤ１のアノード、ダイオードＤ４のカソード、スイッチＳＷ１の一端、スイッチＳＷ３の一端およびスイッチＳＷ５の一端がそれぞれ接続され、ダイオードＤ１のカソードはダイオードＤ２のアノードに接続される。ダイオードＤ４のアノードはダイオードＤ３のカソードに接続され、スイッチＳＷ１の他端はスイッチＳＷ２の一端および抵抗Ｒ１の一端に接続される。

スイッチＳＷ３の他端はスイッチＳＷ４の一端および抵抗Ｒ２の一端に接続され、スイッチＳＷ５の他端はスイッチＳＷ６の一端および抵抗Ｒ３の一端に接続される。出力アンプＡＭＰ１の非反転端子はスイッチＳＷ２の他端、スイッチＳＷ４の他端およびスイッチＳＷ６の他端がそれぞれ接続され、出力アンプＡＭＰ１の反転端子はダイオードＤ２のカソード、ダイオードＤ３のアノード、抵抗Ｒ１の他端、抵抗Ｒ２の他端および抵抗Ｒ３の他端がそれぞれ接続される。出力アンプＡＭＰ１の出力電圧は電流検出部５の検出結果（変換された電圧信号）として誤差検出回路３に出力される。

また、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３はそれぞれ抵抗値が異なる。例えば、抵抗Ｒ１の経路を高電流レンジとし、抵抗Ｒ３の経路を低電流レンジとすると、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３の抵抗値はｒ１＜ｒ２＜ｒ３の順となる（ｒ１〜ｒ３は抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３のそれぞれの抵抗値とする）。

さらに、ダイオードＤ１〜ダイオードＤ４は、スイッチＳＷ１−抵抗Ｒ１間、スイッチＳＷ３−抵抗Ｒ２間またはスイッチＳＷ５−抵抗Ｒ３間に過電流が流れないようにするための保護用である。

電圧バッファ６は、ＤＵＴ端の電圧を誤差検出回路３へフィードバックさせる。測定切り替え回路７は、電圧バッファ６の出力信号（ＤＵＴ端の電圧）と電流検出部５の出力信号（出力アンプ４とＤＵＴ１００の測定ピン間に流れる電流を変換した電圧信号）がそれぞれ入力され、どちらか一方を選択して出力する。測定回路８は、主にＡＤＣ（Analog to Digital Converter）で構成される。

このような装置の動作を説明する。
電圧印加電流測定モードで使用する場合は、テストプログラムに記述されているＤＵＴ１００へ印加する電圧値に基づいて制御部（図示せず）が電圧設定回路１にデータを設定すると共に電流検出部５の測定レンジを選択する。なお、制御部（図示せず）はＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等で構成され、半導体試験装置を統括的に制御する。

この例では、高電流レンジが選択されたとすると、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がそれぞれオンされ、その他のスイッチＳＷ３〜ＳＷ６はオフされる。さらに、制御部（図示せず）は測定切り替え回路７に電流検出部５の出力アンプＡＭＰ１の出力信号を選択させる。

電圧設定回路１は半導体試験装置の制御部（図示せず）から設定されたデジタルデータをアナログ電圧信号に変換して出力する。電圧設定回路１から出力された信号は、誤差検出回路３、出力アンプ４、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１を経由してＤＵＴ１００に印加される。

ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTは電圧バッファ６により誤差検出回路３へフィードバックされる。このフィードバックされた電圧が電圧設定回路１の出力電圧と異なる場合には、誤差検出回路３はその誤差電圧を増幅して出力アンプ４へ出力する。そして、フィードバックされた電圧、すなわち、ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTと電圧設定回路１の出力電圧が等しくなるように誤差検出回路３は動作する。例えば、ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTが電圧設定回路１の出力電圧よりも大きい場合、誤差検出回路３からの信号によって、出力アンプ４が出力電圧を下げるように動作する。

電流検出部５はＤＵＴ１００へ流れる電流を電圧信号に変換して出力する。具体的には、ＤＵＴ１００へ流れる電流は抵抗Ｒ１に流れる電流と等しいので、抵抗Ｒ１の両端に現れる電圧を出力アンプＡＭＰ１で増幅して出力する。ＤＵＴ１００へ流れる電流をＩ_OUT、抵抗Ｒ１の両端電圧をΔＶ₁とすると、ΔＶ₁＝ｒ１×Ｉ_OUTとなる。

この両端電圧ΔＶ₁は測定切り替え回路７を介して測定回路８へ入力される。測定回路８は入力された抵抗Ｒ１の両端電圧ΔＶ₁をデジタルデータに変換して制御部（図示せず）に出力する。

また、誤差検出回路３は電流検出部５の出力信号をモニタし、もし、規定以上の電流が検出された場合には、誤差検出回路３の出力信号のレベルを下げて出力アンプ４の出力する電流量を減少させる等の保護動作を行う。

次に、電流印加電圧測定モードで使用する場合を説明する。テストプログラムに記述されているＤＵＴ１００へ流入させる電流値またはＤＵＴ１００から流出させる電流値に基づいて制御部（図示せず）が電流設定回路２にデータを設定すると共に電流検出部５の測定レンジを選択する。この例では、低電流レンジが選択されたとすると、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６がそれぞれオンされ、その他のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４はオフされる。さらに、制御部（図示せず）は測定切り替え回路７に電圧バッファ６の出力を選択させる。

電流設定回路２の出力信号が誤差検出回路３を介して出力アンプ４に入力され、出力アンプ４はＤＵＴ１００へ流入させる電流またはＤＵＴ１００から流出させる電流を出力する。この電流はスイッチＳＷ５および抵抗Ｒ３を経由してＤＵＴ１００に印加される。

この時のＤＵＴ１００へ印加される電流Ｉ_OUTは、抵抗Ｒ３の両端電圧をΔＶ₃、抵抗Ｒ３の抵抗値をｒ３とすると、Ｉ_OUT＝ΔＶ₃／ｒ３となる。電流検出部５の出力アンプＡＭＰ１は抵抗Ｒ３の両端電圧ΔＶ₃を出力し、この電圧が誤差検出回路３へフィードバックされる。このフィードバックされた電圧が電流設定回路２の出力電圧と異なる場合には、誤差検出回路３はその誤差電圧を増幅して出力アンプ４へ出力する。

そして、このフィードバックされた電圧、すなわち、ＤＵＴへ印加されている電流Ｉ_OUTを変換した電圧信号と電流設定回路２の出力信号が等しくなるように誤差検出回路３は動作する。この誤差検出回路３からの出力に応じて、出力アンプ４の出力電流が調整される。

また、誤差検出回路３は電圧バッファ６の出力信号をモニタし、もし、規定以上の電圧が検出された場合には、誤差検出回路３の出力信号のレベルを下げることにより、出力アンプ４の出力電流を下げる等の保護動作を行う。

ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTは電圧バッファ６、測定切り替え回路７を介して測定回路８へ入力される。測定回路８は入力されたＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTをデジタルデータに変換して制御部（図示せず）に出力する。

実開平５−０６８１３５号公報

測定回路８で使用しているＡＤＣは測定可能な入力電圧の範囲を持っており、入力電圧はこの範囲内に収まるように入力される。ＡＤＣの入力電圧範囲に対して振幅の小さい入力電圧を測定する場合には、分解能が悪くなる。そのため、電圧印加電流測定モード時には、測定する電流値に応じて測定レンジを切り替えることにより、測定回路８へ入力される電圧の振幅が大きくなるので、精度良く測定することができる。また、電流印加電圧測定モード時には、電圧バッファ６を介してＤＵＴ端の電圧を測定することができる。

近年のＤＵＴの試験にＩＤＤＱ（静止電源電流）テストがある。このＩＤＤＱテストでは、ＤＵＴの状態を通常状態からスタンバイ状態にし、このスタンバイ状態の時の電源電流を測定する。そして、通常状態とスタンバイ状態を繰り返して順次測定を行う。

電圧印加電流測定モードで半導体試験装置からＤＵＴの電源ピンに電源を供給している場合、この電源ピンに流れる電流はＤＵＴの状態が通常状態の時は大きく、スタンバイ状態の時は小さくなる。このため、ＩＤＤＱテスト中に何度も電流測定レンジを切り替える必要があった。

前述したように半導体試験においては、試験時間の短縮が重要とされ、ＩＤＤＱテストの場合では電流測定の高速化が求められている。しかし、電流測定における測定レンジの変更には、リレー等の制御時間やセトリング時間、すなわち、測定レンジを切り替えてからＤＵＴの出力が安定して測定できるまでの時間が必要であり、高速化の要求に相反しているという問題があった。

また、ＤＵＴの不良動作検出を目的とする試験において、ＤＵＴの消費電流等の大電流に重畳した電流変化率を測定する手法があるが、電流測定分解能を向上するにはコスト的に限界があるという問題があった。

さらに、電流印加電圧測定モード時には、測定対象となる電圧のＤＣレベルに重畳したリップル電圧を測定する際に、ＤＣレベルに対してリップル電圧がかなり小さいので、電圧測定分解能が不足するために測定仕様を満足することができず、専用の計測器を用いなければならないという問題があった。

そこで本発明の目的は、安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定でき、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定できる半導体試験装置を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
ＤＵＴとこのＤＵＴへ電圧を印加する出力アンプとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する半導体試験装置において、
所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、前記変換された電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して加算回路と、この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路とを備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、
ＤＵＴへ電流を印加すると共にこの電流が印加されたＤＵＴ端の電圧を測定する半導体試験装置において、
所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、前記ＤＵＴ端の電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して加算回路と、この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路とを備えたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、
ＤＵＴへ電圧を印加する出力アンプと前記ＤＵＴとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する、および、前記ＤＵＴへ電流を印加すると共にこの電流が印加されたＤＵＴ端の電圧を測定する半導体試験装置において、
所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、前記変換された電圧または前記ＤＵＴ端の電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して出力する加算回路と、この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路とを備えたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、
前記ＤＵＴの複数のピンの中から１つのピンを選択し、選択したピンの電圧を前記加算回路に出力する信号選択部を備えたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、
前記加算回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路による加算前の電圧または加算後の電圧を選択し、前記測定回路へ出力する経路選択回路と、この経路選択回路に加算前の電圧を選択させ、前記測定回路からの測定結果に基づいて前記レベルシフト回路のシフト電圧を設定するシフト電圧演算部とを備えたことを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、
前記加算回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路からの加算後の電圧を増幅して前記測定回路に出力する増幅回路を備えたことを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、
前記増幅回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路による加算前の電圧または加算後の電圧を選択し、前記測定回路へ出力する経路選択回路と、この経路選択回路に加算前の電圧を選択させ、前記測定回路からの測定結果に基づいて前記レベルシフト回路のシフト電圧を設定するシフト電圧演算部とを備えたことを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項１または３記載の発明において、
抵抗値の異なる複数の抵抗と、これら抵抗を選択するスイッチと、このスイッチで選択された抵抗の両端電圧を前記加算回路へ出力する出力アンプとを有する電流検出部を設けたことを特徴とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項５または７記載の発明において、
前記シフト電圧演算部は、
前記加算前の電圧の逆極性の電圧値を前記シフト電圧として設定することを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１、３および８によれば、電圧印加電流測定時に、ＤＵＴへ流れる電流を電圧に変換し、レベルシフト回路および加算回路で電圧のＤＣ成分を補正することにより、ＤＵＴへ流れる電流を電圧に変換する際の測定レンジを変更せずにＤＵＴに流れる電流のＡＣ成分を測定できるので、安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定することが可能になる。
請求項２および３によれば、電流印加電圧測定時に、レベルシフト回路および加算回路でＤＵＴ端電圧のＤＣ成分を補正することにより、ＤＵＴ端電圧を測定回路の入力電圧範囲に収めることができるので、安価な手法で、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定することが可能になる。
請求項４によれば、信号選択部を切り替えて測定することにより、ＤＵＴの電源ピンに供給されている電源のＡＣ成分とＤＵＴの信号ピンから出力される信号のＡＣ成分とを測定でき、これらを用いてＦＦＴ演算することで、電源電圧変動除去比を測定することが可能になる。
請求項５、７および９によれば、レベルシフト回路から出力するシフト電圧が予め分からない場合、加算回路でシフト電圧が加算される前の電圧を経路選択回路で選択して測定回路で測定し、測定した電圧の逆極性の電圧値をシフト電圧演算部がレベルシフト回路へ設定することで、自動的にシフト電圧を設定することが可能になる。
請求項６によれば、加算回路からの加算後の電圧を増幅することで、電圧印加電流測定時には、ＤＵＴへ流れる電流を電圧に変換する際の測定レンジを変更せずにＤＵＴに流れる電流のＡＣ成分を測定できるので、安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定することが可能になり、電流印加電圧測定時には、ＤＵＴ端電圧に重畳したノイズ等のＡＣ成分を拡大することができるので、安価な手法で、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定することが可能になる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図である。ここで、図５と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、半導体試験装置６０は、電圧設定回路１、電流設定回路２、誤差検出回路３、出力アンプ４、電流検出部５、電圧バッファ６、測定切り替え回路７、測定回路８、レベルシフト回路９、加算回路１０および増幅回路１１を有し、ＤＵＴ１００に電圧または電流を印加すると共に、ＤＵＴ１００に印加している電圧または電流の値を測定する。

半導体試験装置６０は、図５に示す半導体試験装置５０に対して測定切り替え回路７と測定回路８の間にレベルシフト回路９、加算回路１０および増幅回路１１が新たに設けられる。なお、電流検出部５のスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ６は、特許請求の範囲のスイッチに相当する。

レベルシフト回路９は、主にＤＡＣで構成され、所望のシフト電圧を出力する。半導体試験装置の制御部（図示せず）から設定されたデジタルデータをアナログ電圧信号に変換して出力する。加算回路１０は、測定切り替え回路７の出力信号とレベルシフト回路９の出力信号がそれぞれ入力され、これらを加算して出力する。

増幅回路１１は、加算回路１０の出力信号が入力され、増幅して測定回路８へ出力する。測定回路８は、主にＡＤＣで構成され、増幅回路１１から入力された信号をデジタルデータに変換して出力する。

このような装置の動作を説明する。
電圧印加電流測定モードで使用する場合は、テストプログラムに記述されているＤＵＴ１００へ印加する電圧値に基づいて制御部（図示せず）が電圧設定回路１にデータを設定すると共に電流検出部５の測定レンジを選択する。この例では、高電流レンジが選択されたと仮定すると、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がそれぞれオンされ、その他のスイッチはオフされる。さらに、制御部（図示せず）は測定切り替え回路７に電流検出部５の出力アンプＡＭＰ１の出力を選択させる。

電圧設定回路１から出力された信号は、誤差検出回路３、出力アンプ４、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１を経由してＤＵＴ１００に印加される。ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTは電圧バッファ６により誤差検出回路３へフィードバックされる。このフィードバックされた電圧が電圧設定回路１の出力電圧と異なる場合には、誤差検出回路３はその誤差電圧を増幅して出力アンプ４へ出力する。そして、フィードバックされた電圧、すなわち、ＤＵＴ端の電圧Ｖ_OUTと電圧設定回路１の出力電圧が等しくなるように誤差検出回路３は動作する。

電流検出部５はＤＵＴ１００へ流れる電流を電圧信号に変換して出力する。具体的には、ＤＵＴ１００へ流れる電流は抵抗Ｒ１に流れる電流と等しいので、抵抗Ｒ１の両端に現れる電圧を出力アンプＡＭＰ１で増幅して出力する。ＤＵＴ１００へ流れる電流をＩ_OUT、抵抗Ｒ１の両端電圧をΔＶ₁とすると、ΔＶ₁＝ｒ１×Ｉ_OUTとなる。

この両端電圧ΔＶ₁は測定切り替え回路７を介して加算回路１０へ入力される。一方、レベルシフト回路９は制御部（図示せず）から設定されるデジタルデータをアナログ電圧信号（シフト電圧）に変換して出力する。シフト電圧としては両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分の逆極性の電圧を出力する。予め両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分の電圧値が分かっている場合は、その逆極性の電圧値をレベルシフト回路９へ設定すればよい。

加算回路１０では、測定切り替え回路７から入力される両端電圧ΔＶ₁にレベルシフト回路９からのシフト電圧を加算して出力する。これにより、加算回路１０の出力は両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分が補正（キャンセル）されて０Ｖに近づく。

そして、加算回路１０の出力信号、すなわち、ＤＣ成分が補正された両端電圧ΔＶ₁が増幅回路１１で測定回路８の測定レンジの範囲内で増幅される。このようにすることで、ＤＵＴ１００へ流れる電流のＡＣ成分が拡大される。測定回路８はこの増幅された信号をデジタルデータに変換して制御部（図示せず）に出力する。

また、誤差検出回路３は電流検出部５の出力信号をモニタし、もし、規定以上の電流が検出された場合には、誤差検出回路３の出力信号のレベルを下げる等の保護動作を行う。

このように、電圧印加電流測定モード時に、ＤＵＴ１００へ流れる電流を電流検出部５の抵抗Ｒ１の両端電圧ΔＶ₁に変換し、レベルシフト回路９および加算回路１０で両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分を補正（キャンセル）し、さらに、補正後の信号を増幅回路１１で増幅して測定することにより、電流検出部５の測定レンジを変更せずにＤＵＴ１００に流れる電流のＡＣ成分を測定できるので、安価な手法で、電流変化率を高速かつ高分解能に測定することが可能になる。

次に、電流印加電圧測定モードで使用する場合を説明する。テストプログラムに記述されているＤＵＴ１００へ流入させる電流値またはＤＵＴ１００から流出させる電流値に基づいて制御部（図示せず）が電流設定回路２にデータを設定すると共に電流検出部５の測定レンジを選択する。この例では、低電流レンジが選択されたと仮定すると、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６がそれぞれオンされ、その他のスイッチはオフされる。さらに、制御部（図示せず）は測定切り替え回路７に電圧バッファ６の出力を選択させる。

電流設定回路２の出力信号が誤差検出回路３を介して出力アンプ４に入力され、出力アンプ４はＤＵＴ１００へ流入させる電流またはＤＵＴ１００から流出させる電流を出力する。この電流はスイッチＳＷ５および抵抗Ｒ３を経由してＤＵＴ１００に印加される。

この時のＤＵＴ１００へ印加される電流Ｉ_OUTは、抵抗Ｒ３の両端電圧をΔＶ₃、抵抗Ｒ３の抵抗値をｒ３とすると、Ｉ_OUT＝ΔＶ₃／ｒ３となる。電流検出部５の出力アンプＡＭＰ１は抵抗Ｒ３の両端電圧ΔＶ₃を出力し、この電圧が誤差検出回路３へフィードバックされる。このフィードバックされた電圧が電圧設定回路１の出力電圧と異なる場合には、誤差検出回路３はその誤差電圧を増幅して出力アンプ４へ出力する。

そして、このフィードバックされた電圧、すなわち、ＤＵＴへ印加されている電流Ｉ_OUTを変換した電圧信号と電流設定回路２の出力信号が等しくなるように誤差検出回路３は動作する。この誤差検出回路３からの出力に応じて、出力アンプ４の出力電流が調整される。

また、誤差検出回路３は電圧バッファ６の出力信号をモニタし、もし、規定以上の電圧が検出された場合には、誤差検出回路３の出力信号のレベルを下げることにより、出力アンプ４の出力電流を下げる等の保護動作を行う。

ＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTは電圧バッファ６、測定切り替え回路７を介して加算回路１０へ入力される。一方、レベルシフト回路９は制御部（図示せず）からの設定により、シフト電圧としてＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の逆極性の電圧を出力する。予めＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の電圧値が分かっている場合は、その逆極性の電圧値をレベルシフト回路９へ設定すればよい。

加算回路１０では、測定切り替え回路７から入力されるＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTにレベルシフト回路９からのシフト電圧を加算して出力する。これにより、加算回路１０の出力はＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分が補正（キャンセル）されて０Ｖに近づく。

そして、加算回路１０の出力信号、すなわち、ＤＣ成分が補正（キャンセル）されたＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTが増幅回路１１で測定回路８の測定レンジの範囲内で増幅される。このようにすることで、ＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＡＣ成分が拡大される。測定回路８はこの増幅された信号をデジタルデータに変換して制御部（図示せず）に出力する。

このように、電流印加電圧測定モード時に、レベルシフト回路９および加算回路１０でＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分を補正（キャンセル）し、さらに、補正後の信号を増幅回路１１で増幅して測定することにより、ＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTに重畳したノイズ等のＡＣ成分を拡大することができるので、安価な手法で、ＤＣ電圧レベルに重畳したリップル電圧を高分解能に測定することが可能になる。

［第２の実施例］
図２は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図２において、経路選択回路１２およびシフト電圧演算部１３が新たに設けられる。半導体試験装置６１は、電圧設定回路１、電流設定回路２、誤差検出回路３、出力アンプ４、電流検出部５、電圧バッファ６、測定切り替え回路７、測定回路８、レベルシフト回路９、加算回路１０、増幅回路１１、経路選択回路１２およびシフト電圧演算部１３を有し、ＤＵＴ１００に電圧または電流を印加すると共に、ＤＵＴ１００に印加している電圧または電流の値を測定する。

経路選択回路１２は、測定切り替え回路７の出力信号と増幅回路１１の出力信号が入力され、選択信号に応じてどちらか一方を選択して出力する。シフト電圧演算部１３は、レベルシフト回路９のシフト電圧を求める時に経路選択回路１２へ選択信号を出力して経路の選択を行う。また、測定回路８で測定した測定値が入力され、この測定値に基づいて演算したシフト電圧をレベルシフト回路９へ設定する。

このような装置の動作を説明する。
なお、図１に示す第１の実施例と動作が同じ部分は説明を省略する。第１の実施例では、レベルシフト回路９へ設定するシフト電圧が予め分かっている場合を示したが、第２の実施例はこのシフト電圧が予め分からない場合を示し、この時の動作を図３を用いて説明する。図３は、抵抗Ｒ１の両端電圧ΔＶ₁を示した波形図である。

まず、電圧印加電流測定モードで使用する場合を説明する。レベルシフト回路９から出力するシフト電圧が予め分からない場合は、以下の手順でシフト電圧を決める。シフト電圧演算部１３からの指示により、経路選択回路１２が測定切り替え回路７からの入力信号を選択して測定回路８に出力する。この状態で測定回路８が経路選択回路１２の出力信号を測定する。

これにより、測定切り替え回路７および経路選択回路１２を介して抵抗Ｒ１の両端電圧ΔＶ₁を測定することができ、この両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCが分かる。また、例えば、ＤＵＴ１００に流れる電流Ｉ_OUTの電流値が繰り返し変化しているような場合には、図３に示すように両端電圧ΔＶ₁の電圧値も上下に波打つような波形となる。

このような時には、両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分の測定は、必要に応じて平均化等の処理を行う。具体的には、測定回路８が両端電圧ΔＶ₁を所定回数測定し、各測定値を順次シフト電圧演算部１３へ出力する。シフト電圧演算部１３は各測定値の平均値を演算し、その平均値を両端電圧ΔＶ₁のＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCとする。そして、シフト電圧演算部１３は電圧値Ｖ_DCの逆極性の電圧値をシフト電圧設定値とし、レベルシフト回路９へ設定する。

次に、電流印加電圧測定モードで使用する場合を説明する。電流印加電圧測定モードの場合も、電圧印加電流測定モードの時と同様の手順でシフト電圧を決める。シフト電圧演算部１３からの指示により、経路選択回路１２が測定切り替え回路７からの入力信号を選択して測定回路８に出力する。この状態で測定回路８が経路選択回路１２の出力信号を測定する。

これにより、測定切り替え回路７および経路選択回路１２を介してＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTを測定することができ、このＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCが分かる。また、例えば、ＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTにノイズが乗っているような場合には、図３に示すようにＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTの電圧値は上下に波打つような波形となる。

このような時には、ＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の測定は、必要に応じて平均化等の処理を行う。具体的には、測定回路８がＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTを所定回数測定し、各測定値を順次シフト電圧演算部１３へ出力する。シフト電圧演算部１３は各測定値の平均値を演算し、その平均値をＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCとする。そして、シフト電圧演算部１３は電圧値Ｖ_DCの逆極性の電圧値をシフト電圧設定値とし、レベルシフト回路９へ設定する。

このように、シフト電圧演算部１３からの指示により、経路選択回路１２が測定切り替え回路７からの入力信号を選択して測定回路８が経路選択回路１２の出力信号を測定し、測定した電圧値の逆極性の電圧値をシフト電圧演算部１３がレベルシフト回路９へ設定するすることにより、レベルシフト回路９から出力するシフト電圧が予め分からない場合でも、自動的にシフト電圧をレベルシフト回路９へ設定することが可能になる。

［第３の実施例］
図４は、本発明の第３の実施例を示した構成図である。ここで、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図４において、信号選択部１４が新たに設けられる。半導体試験装置６２は、電圧設定回路１、電流設定回路２、誤差検出回路３、出力アンプ４、電流検出部５、電圧バッファ６、測定切り替え回路７、測定回路８、レベルシフト回路９、加算回路１０、増幅回路１１、経路選択回路１２、シフト電圧演算部１３および信号選択部１４を有し、ＤＵＴ１００に電圧または電流を印加すると共に、ＤＵＴ１００に印加している電圧または電流の値を測定する。

信号選択部１４はスイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２を有している。スイッチＳＷ１１はＤＵＴ１００の信号ピンと電圧バッファ５の入力端子の間に設けられ、スイッチＳＷ１２はＤＵＴ１００の電源（ＶＤＤ）ピンと電圧バッファ５の入力端子の間に設けられる。なお、信号ピンと電源ピンはいずれも測定ピンに含まれる。

このような装置の動作を説明する。
例えば、電流印加電圧測定モードで使用する。まず、スイッチＳＷ１１をオフ、スイッチＳＷ１２をオンにして、ＤＵＴ１００の電源ピンに供給されている電源のＡＣ成分VDD_acを図１に示す実施例と同様の方法で測定する。すなわち、レベルシフト回路９、加算回路１０および増幅回路１１によって、電源（ＶＤＤ）のＤＣ成分を除去した後に増幅し、測定回路８がＡＣ成分VDD_acを測定する。

次に、スイッチＳＷ１１をオン、スイッチＳＷ１２をオフにして、ＤＵＴ１００の信号ピンから出力される信号のＡＣ成分Vout_acを図１に示す実施例と同様の方法で測定する。すなわち、レベルシフト回路９、加算回路１０および増幅回路１１によって、ＤＵＴ１００の信号ピンから出力される信号のＤＣ成分を除去した後に増幅し、測定回路８がＡＣ成分Vout_acを測定する。

そして、制御部のＦＦＴ演算手段（図示せず）が、測定回路８からのVout_ac/VDD_acを所望の周波数でＦＦＴ演算することで、電源電圧変動除去比（PSRR：Power Supply Rejection Ratio）を測定することが可能になる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
電圧印加電流測定と電流印加電圧測定を同一の回路でモードを切り替えて行っているが、どちらか一方のみが行える半導体試験装置にも本発明は適用される。この場合、測定切り替え回路７を削除し、電流検出部５の出力アンプＡＭＰ１の出力、または、電圧バッファ６の出力を加算回路１０に入力するようにしてもよい。

また、加算回路１０の加算後の出力が増幅しなくても十分振幅がある場合は、増幅回路１１を削除してもよい。この場合は加算回路１０の出力をそのまま測定回路８に接続するか、加算回路１０の出力を経路選択回路１２を介して測定回路８に接続する。

また、増幅回路１１の増幅率は固定でもよいし、可変でもよい。可変の場合は、例えば、テストプログラム上で増幅率を指定する。

また、電流検出部５の測定レンジが３つとしているが、少なくとも２つ以上あればよい。

また、シフト電圧演算部１３が半導体試験装置の制御部（図示せず）から独立した構成を示したが、シフト電圧演算部１３は半導体試験装置の制御部（図示せず）と同一でもよい。

また、シフト電圧は、シフト電圧演算部１３が加算回路１０で加算前の電圧、すなわち、測定回路８で測定された測定値の逆極性の電圧値としているが、この測定値に基づいて演算したものであればよい。例えば、シフト電圧演算部１３が測定回路８で測定された測定値より小さい値の逆極性の電圧値をシフト電圧としてもよい。具体的には、例えば、測定回路８で測定された両端電圧ΔＶ₁またはＤＵＴ端電圧Ｖ_OUTのＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCが＋５Ｖとすると、第２の実施例ではこの逆極性の−５Ｖをシフト電圧としているが、＋５Ｖより小さい＋４Ｖの逆極性の−４Ｖをシフト電圧としてもよい。この場合、加算回路１０でＤＣ成分の電圧値Ｖ_DCが全て補正（キャンセル）されないが、電圧印加電流測定モード時の電流変化率の測定や電流印加電圧測定モード時のリップル電圧の測定に支障が出なければ問題ない。

また、シフト電圧演算部１３が行うシフト電圧の演算は、ハードウェア（演算回路）で演算してもよいし、ソフトウェアで演算してもよい。

また、信号選択部１４がスイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２の２つのスイッチから構成されているが、３つ以上のスイッチから構成されていてもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 抵抗Ｒ１の両端電圧ΔＶ₁を示した波形図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 従来の半導体試験装置の一例を示した構成図である。

符号の説明

１ 電圧設定回路
２ 電流設定回路
３ 誤差検出回路
４ 出力アンプ
５ 電流検出部
６ 電圧バッファ
７ 測定切り替え回路
８ 測定回路
９ レベルシフト回路
１０ 加算回路
１１ 増幅回路
１２ 経路選択回路
１３ シフト電圧演算部
１４ 信号選択部
５０，６０，６１，６２ 半導体試験装置
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ６ スイッチ
ＡＭＰ１ 出力アンプ

Claims (9)

1. ＤＵＴとこのＤＵＴへ電圧を印加する出力アンプとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する半導体試験装置において、
   所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、
   前記変換された電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して加算回路と、
   この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路と
   を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
2. ＤＵＴへ電流を印加すると共にこの電流が印加されたＤＵＴ端の電圧を測定する半導体試験装置において、
   所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、
   前記ＤＵＴ端の電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して加算回路と、
   この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路と
   を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
3. ＤＵＴへ電圧を印加する出力アンプと前記ＤＵＴとの間に流れる電流を電圧に変換して測定する、および、前記ＤＵＴへ電流を印加すると共にこの電流が印加されたＤＵＴ端の電圧を測定する半導体試験装置において、
   所望のシフト電圧を出力するレベルシフト回路と、
   前記変換された電圧または前記ＤＵＴ端の電圧に前記レベルシフト回路からのシフト電圧を加算して出力する加算回路と、
   この加算回路からの加算後の電圧を測定する測定回路と
   を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
4. 前記ＤＵＴの複数のピンの中から１つのピンを選択し、選択したピンの電圧を前記加算回路に出力する信号選択部を備えたことを特徴とする
   請求項２または３記載の半導体試験装置。
5. 前記加算回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路による加算前の電圧または加算後の電圧を選択し、前記測定回路へ出力する経路選択回路と、
   この経路選択回路に加算前の電圧を選択させ、前記測定回路からの測定結果に基づいて前記レベルシフト回路のシフト電圧を設定するシフト電圧演算部と
   を備えたことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の半導体試験装置。
6. 前記加算回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路からの加算後の電圧を増幅して前記測定回路に出力する増幅回路を備えたことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の半導体試験装置。
7. 前記増幅回路と前記測定回路の間に設けられ、前記加算回路による加算前の電圧または加算後の電圧を選択し、前記測定回路へ出力する経路選択回路と、
   この経路選択回路に加算前の電圧を選択させ、前記測定回路からの測定結果に基づいて前記レベルシフト回路のシフト電圧を設定するシフト電圧演算部と
   を備えたことを特徴とする
   請求項６記載の半導体試験装置。
8. 抵抗値の異なる複数の抵抗と、
   これら抵抗を選択するスイッチと、
   このスイッチで選択された抵抗の両端電圧を前記加算回路へ出力する出力アンプと
   を有する電流検出部を設けたことを特徴とする
   請求項１または３記載の半導体試験装置。
9. 前記シフト電圧演算部は、
   前記加算前の電圧の逆極性の電圧値を前記シフト電圧として設定することを特徴とする
   請求項５または７記載の半導体試験装置。

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