JP2014202728A - 電子的に組み替え可能な半導体特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子的に補助回路を組み替えることが可能な半導体特性測定装置を提供する。
【解決手段】半導体特性測定装置は、任意の電子素子と、複数の配線を格子状に形成し、当該格子状の配線の交点に設けられたスイッチを備えたスイッチアレー１３と、被測定対象である半導体チップのパッドに接触して、スイッチアレー１３と半導体チップとを電気的に接続するプローブ針５６と、コンピュータからの入力信号を受信可能に接続され、当該入力信号に応じて、配置されたスイッチのオンオフ状態を任意の組み合わせに切り替えるスイッチドライバ１２と、半導体チップから出力された信号を、半導体チップの電気的特性を測定するテスタに出力する出力部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップの電気的特性を測定する際に用いる半導体特性測定装置に関する。

従来より、半導体チップの電気的特性を測定する際に、例えばプローブカードが用いられている。プローブカードは、半導体チップの特性をテストするテスタからの測定信号を受けて探針から半導体チップ上のパッドを介して半導体チップに送信する。また、半導体チップからの出力信号を探針から受けてテスタに出力するものである。

一方で、近年のクロック信号の高速化に伴い、同期設計の技術的難度が増加し、クリティカルパスの発見や最適化が重要な課題となっている。半導体チップの諸特性を測定する場合に、測定目的や測定種別（例えば、周波数解析、過渡解析等）によって、半導体チップの外部に種々の補助回路が必要となる場合が多い。そのとき、半導体チップと補助回路間の配線長に起因する浮遊効果の影響を受けてしまう。そのため、測定目的や測定種別に応じて柔軟に対応できる補助回路や、配線長による測定精度の低下を防止する技術が望まれている。

例えば、特許文献１において、試験対象の半導体装置のデバイスピンの配置、数、およびサイズならびにパッケージサイズなどの規格に変更があっても対応可能な半導体試験装置が開示されている。

特開２０１１−０５８８２８号公報

特許文献１によれば、複数のテストピンを含むテストボードにおいて、複数のテストピンのうち、半導体装置のデバイスピンと導通するテストピンを特定し、デバイスピンの座標を参照してデバイスピンに接続するテストピンを割り当てる制御部とを有するテストボードが開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、当該テストボード上の回路を、デバイスピンの数が異なる半導体装置に対して電子的に接続できるに過ぎない。そのため、テストボード上の回路自体を変更するためには、その回路の数だけテストボードをあらかじめ用意するか、テストボード上の回路を手動で組み替える必要がある。

そこで、本発明者らは、半導体チップと電気的に導通させた補助回路を、スイッチアレーとして構成し、当該スイッチアレーを構成するスイッチを電子的に制御することで、半導体チップを別の補助回路と接続し直すことなく、補助回路の構成を変更できる点に着目した。

本発明は、被測定対象である半導体チップの特性を測定する補助回路を電子的に組み替え可能な半導体特性測定装置を提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

本発明は、任意の電子素子と、縦方向に並行した複数の配線と横方向に並行した複数の配線とを格子状に形成し、当該格子状の配線の交点に設けられたスイッチを備え、前記電子素子が前記格子状に形成された配線の端部に接続されたスイッチアレーと、被測定対象である半導体チップのパッドに接触して、前記スイッチアレーと前記半導体チップとを電気的に接続するプローブ針と、コンピュータからの入力信号を受信可能に接続され、当該入力信号に応じて、前記スイッチを切り替えるスイッチドライバと、前記半導体チップから出力された信号を、前記半導体チップの電気的特性を測定するテスタに出力する出力部と、を備える半導体特性測定装置を提供する。

本発明によれば、上記の構成により、コンピュータからの入力信号に応じて、格子状に形成された配線の交点に設けられたスイッチを切り替えることで、予め接続された電気素子を用いて任意の補助回路を構成できる。したがって、新たな特性測定を行う際に、半導体チップを別の補助回路に接続し直すことなく、測定者が所望する補助回路の変更ができる。

本発明によれば、被測定対象と接続されたスイッチアレーにおいて、システムコントローラがスイッチを電子的に制御することで、被測定対象の特性を測定するための補助回路を電子的に組み替え可能な半導体特性測定装置を提供することが可能となる。

図１は、半導体特性測定装置１の構成図である。 図２は、システムコントローラ１５とスイッチシステム１０との関係を示す図である。 図３は、反転増幅回路の回路図である。 図４は、積分回路の回路図である 図５は、反転増幅回路と積分回路とを単一の回路に統合した回路図である。 図６は、図５で示された回路と等価な回路を、格子状の配線を用いて表した回路図である。 図７は、図６の回路から、電気的に接続された配線を一部変更し、積分回路と等価な回路を格子状の配線で表した回路図である。 図８は、スイッチアレー１３の格子をｎ個の端子に拡張し、各端子を一般化した回路図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［半導体特性測定装置の概要］
図１は、本発明の好適な実施形態である半導体特性測定装置１の概要を説明するための構成図である。この図１に基づいて、半導体特性測定装置１について説明する。

半導体特性測定装置１は、半導体特性測定装置１を操作するシステムコントローラ１５と、スイッチシステム１０と出力部２５とを含む補助回路２０と、測定される対象である被測定対象２００と、実際に測定を行う測定装置１５０から構成されている。システムコントローラ１５は、補助回路２０とインターフェースを介して電気的に接続され、補助回路２０は、プローブ針などを介して被測定対象２００と接続される。さらに、補助回路２０は、測定装置１５０と電気的に接続されている。

システムコントローラ１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータであってよい。すなわち、システムコントローラ１５は、テスタである測定装置１５０と接続され、測定装置１５０から受信したデータに基づいて、結果を解析する装置であるとともに、スイッチシステム１０に対してスイッチの切り替え指示を送信するコンピュータとしても動作する。

被測定対象２００は、特性を測定する対象である半導体チップ等である。通常、測定装置１５０からのテスト信号が補助回路２０を経由して、半導体チップ等へ入力し、対応する出力が、再度、補助回路２０の出力部２５を介して、測定装置１５０へ入力される。

図２は、システムコントローラ１５とスイッチシステム１０との関係を示す図である。スイッチコントローラ５と、Ｉ／Ｏインターフェース１１は、スイッチアレー１３に備えるスイッチの切替え信号を送信する。以下では、スイッチコントローラ５と、Ｉ／Ｏインターフェース１１とを、システムコントローラ１５とする。システムコントローラ１５から出力されるスイッチの切り替え信号は、スイッチシステム１０に送信される。なお、Ｉ／Ｏインターフェース１１は、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のインターフェースであってよい。

スイッチシステム１０は、スイッチドライバ１２とスイッチアレー１３とから構成される。スイッチアレー１３は、後述するように、縦方向に並行した複数の配線と、横方向に並行した複数の配線とが格子状に形成されて、この格子状の配線の交点にスイッチが接続されたものである。このスイッチアレー１３の端部に、電子素子１４が接続されることで、補助回路２０が構成される。スイッチドライバ１２は、スイッチの切り替え信号を特定のプロトコルに基づいて処理し、スイッチアレー１３に含まれる複数のスイッチの切り替えを行う。

以下では、被測定対象２００にオペアンプ３５を用いて、スイッチアレー１３の具体例を示す。すなわち、本例によりシステムコントローラ１５とスイッチアレー１３の働きによって、補助回路２０の構成が変更されることを示す。

図３は、オペアンプを使用した反転増幅回路の回路図である。また、図４は、オペアンプを使用した積分回路の回路図である。

図３を参照すると、反転増幅回路は、電圧Ｖｉの信号が入力される端子３１と、抵抗値Ｒａの抵抗３２と、抵抗値Ｒｉの抵抗３３と、抵抗値Ｒｆの抵抗３４と、オペアンプ３５と、電圧Ｖｏの信号が出力される端子３６によって構成される。なお、端子３７は、接地されている。

一方、図４を参照すると、積分回路は、図３における抵抗値Ｒｆの抵抗３４が容量値Ｃｆのコンデンサ４１となっている。この違いが、反転増幅回路と積分回路の違いである。

ここで、反転増幅回路と積分回路を、スイッチによって切り替えが可能な単一の回路として統合することを考える。図５は、単極スイッチを用いて、反転増幅回路と積分回路とを単一の回路に統合した回路図である。

図５において、端子６５は電圧Ｖｉの信号が入力され、端子６６は接地されている。単極スイッチ５０、５１、５２、５３、５４、５５は、オンオフを切り替えることで、スイッチの両端を通電させたり、遮断したりする。

また、抵抗６１、６２、６３の抵抗値は、それぞれＲｉ、Ｒａ、Ｒｆとなっている。また、コンデンサ６４の静電容量は、Ｃｆとなっている。ここで、端子５８を出力端子としたとき、単極スイッチ５０、５１、５４及び５５がオンで、５２及び５３がオフである状態１においては、回路全体が反転増幅回路と等価となっている。

一方で、スイッチ５４、５５をオフに切り替え、５２、５３をオンに切り替えると、コンデンサ６４へ通電し、抵抗６３にかかる電圧はゼロになる。この状態を状態２と呼ぶ。状態２においては、回路全体が積分回路と等価となっている。

以上により、単極スイッチを用いることで、反転増幅回路と積分回路とを単一の回路に統合できることができた。ここでは被測定対象として、オペアンプ６７が備え付けられているが、オペアンプ６７は、複数のプローブ針５６を介して補助回路２０及び電源であるＶｓｓ５９及びＶｄｄ６０と電気的に接続することが可能である。ここで、Ｖｓｓ５９及びＶｄｄ６０の電圧は、システムコントローラ１５からの操作により調整することができる。

図６は、図５で示された回路と等価な回路を、縦方向に並行した複数の配線と、横方向に並行した複数の配線によって表した回路である。

端子７１は、複数のプローブ針５６から構成される。プローブ針５６は、オペアンプ６７と接触している。ここでは、オペアンプ６７のマイナス端子をグランドに、また、オペアンプ６７のプラス端子はＶｉとしている。

端子７２は、入力端子及び出力端子を表している。ここでは、オペアンプ６７のマイナス側の端子と接続していた入力端子をＶｉ−、プラス側の端子と接続していた入力端子をＶｉ＋として表わしている。また、スイッチアレー１３の端部に接続された電子素子７３は、本回路では、抵抗（Ｒｉ６１、Ｒａ６２、Ｒｆ６３、及びＣｆ６４）である。

本回路図において、格子点７４のように大きな黒丸を描画することで、交差する導線が電気的に接続されていることを示す。一方で、格子点７５のように黒丸が描画されていない格子点は、交差する導線同士が絶縁されていることを示す。これは、点線で示された範囲７６をスイッチアレー１３として、その交差一つが単極スイッチ一つに対応できることを考えると、スイッチのオンオフ状態を表すものにほかならない。

図７は、図６からスイッチを切り替えた回路図である。例えば、図６において格子点８１に対応する交点のスイッチがオフとなり、格子点８２に対応する交点のスイッチがオンとなる。これらのスイッチの切り替えにより、図７の回路図は、積分回路の回路図と等価となる。以上によって、単極スイッチの切り替えにより、配線の接続状態を変化させることによって、二つの回路の切り替えが可能であることが分かる。

次に、被測定対象２００がオペアンプ６７ではなく、半導体チップ等の場合について説明する。図８は、上述のスイッチアレー１３の格子をｎ個の端子に対して拡張し、各端子を一般化した回路図である。この回路は、複数のプローブ針５６と接触した端子９１、テスタと接触した端子９２及び任意の電子素子９３と、スイッチアレー９４（ｎ個の端子に拡張）とから構成される。

半導体チップ等は、複数のプローブ針５６によって補助回路２０と電気的に接続されている。スイッチアレー９４の格子点は、ｎと２ｎを乗じた数が存在し、上述と同様に、格子点すべてに単極スイッチが配置され、システムコントローラ１５から、この単極スイッチの入切の制御が可能となっている。

図８において、各Ｚｉ（インピーダンス）を、単独もしくは組み合わせで利用することで、任意のスイッチシステム１０を構成することが可能となる。そして、システムコントローラ１５からの信号で、格子状の配線を切り替えることにより、電子的に新たな補助回路を構成することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 半導体特性測定装置
５ スイッチコントローラ
１０ スイッチシステム
１１ I/Ｏインターフェース
１２ スイッチドライバ
１３ スイッチアレー
１４ 電子素子
１５ システムコントローラ
２０ 補助回路
２５ 出力部
３１，３７，３６ 端子
３２，３３，３４ 抵抗
３５ オペアンプ
４１ コンデンサ
５０，５１，５２，５３，５４，５５ スイッチ
５６ プローブ針
５８，５９，６０，６５，６６ 端子
６１，６２，６３ 抵抗
６４ コンデンサ
６７ オペアンプ
７１，７２ 端子
７３ 電子素子
７４，７５，８１，８２ 格子点
７６ 格子状配線
９１，９２ 端子
９３ 電子素子
９４ スイッチアレー
１５０ 測定回路
２００ 被測定対象

Claims (1)

1. 任意の電子素子と、
   縦方向に並行した複数の配線と横方向に並行した複数の配線とを格子状に形成し、当該格子状の配線の交点に設けられたスイッチを備え、前記電子素子が前記格子状に形成された配線の端部に接続されたスイッチアレーと、
   被測定対象である半導体チップのパッドに接触して、前記スイッチアレーと前記半導体チップとを電気的に接続するプローブ針と、
   コンピュータからの入力信号を受信可能に接続され、当該入力信号に応じて、前記スイッチを切り替えるスイッチドライバと、
   前記半導体チップから出力された信号を、前記半導体チップの電気的特性を測定するテスタに出力する出力部と、を備える半導体特性測定装置。
   
   

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