JP4792191B2 - 回路試験装置および回路試験方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、回路試験装置および回路試験方法に関する。また本出願は、下記の日本特許出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
特願２０００−１２０７１０ 出願日 平成１２年４月２１日
背景技術
現在、非常に多くの半導体デバイスが製造されている。製造された半導体デバイスは、市場に出荷される前に、回路試験装置によって故障の有無を診断される必要がある。回路試験装置は、半導体デバイスに対してファンクションテストと呼ばれる試験を行ない、その良否を判定する。ファンクションテストにおいて、テストパターンが半導体デバイスに供給され、半導体デバイスから出力される出力結果に基づいて、その良否が判定される。
近年、半導体デバイスを高集積化する研究が盛んに進められている。半導体デバイスの高集積化に伴って、ファンクションテストにおけるテストパターンが複雑化し、生成が困難となってきた。また、全ての素子を全ての故障可能性についてファンクションテストによって完璧に試験しようとすると、テストパターンの量が膨大であるため、試験時間がかかりすぎ、そのようなファンクションテストが実質的に不可能となっている。
ファンクションテストとは別に、試験を効率的に行なうべく開発された試験法として、半導体デバイスの静止電源電流を測定する静止電源電流試験と呼ばれる方法がある。この方法は、正常なトランジスタが静止状態で殆ど電流を流さないことを利用し、静止状態における異常電流を検出することによって、半導体デバイスの良否を判定することを特徴とする。しかし、設計ルールが微細になり、特に０．１μｍ以下のオーダに到達すると、リーク電流が多くなり、正常デバイスと不良デバイスとの電流差が小さくなる。そのため、従来の静止電源電流試験方法を利用して、このような微細なパターンを有する回路を試験することは困難であると考えられる。
また、従来の静止電源電流試験においては、電流波形を観測するために、試験レートを、実動作時のクロックレートより下げる必要がある。例えば、実動作時におけるクロックレートが数百ＭＨｚの半導体デバイスを試験する場合であっても、静止電源電流試験時においては、試験レートを数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚと下げなければ、十分に高精度に電流波形を観測することが困難であった。そのため、従来の静止電源電流試験には、時間がかかるという課題があった。
そこで本発明は、上記課題を解決することのできる回路試験装置および回路試験方法を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
発明の開示
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態は、回路を試験する回路試験装置であって、回路に、入力信号を供給する信号供給部と、回路において入力信号を供給されたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換する光検出器と、変換された電気信号のパルス幅に基づいて、回路の故障の有無を判定する判定部とを備えることを特徴とする回路試験装置を提供する。
判定部は、電気信号のパルス幅が所定のパルス幅を越えたか否かを測定するパルス幅測定部を有することが好ましい。また、判定部は、パルス幅測定部の出力に基づいて回路の故障の有無を検出する検出部を有することが好ましい。
また、検出部が検出した前記回路の故障の有無に基づいて、前記信号供給部を制御する試験制御部を更に備えることが好ましい。この場合、試験制御部は、検出部が検出した回路の故障の有無に基づいて、信号供給部の回路への入力信号の供給を制限するのが望ましい。
信号供給部は、回路の実動作状態におけるレートと実質的に同一のレートで入力信号を回路に供給することが好ましい。光検出器は、回路における所定の素子において生じるホットエレクトロンの発光を遮蔽することが好ましい。
また、本発明の第２の形態は、回路を試験する回路試験方法であって、回路に、入力信号を供給するステップと、回路において入力信号を供給されたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換するステップと、変換された電気信号のパルス幅に基づいて、回路の故障の有無を判定するステップとを備えることを特徴とする回路試験方法を提供する。
さらに、本発明の第３の形態は、回路を試験する回路試験方法であって、回路に、入力信号を供給する信号供給ステップと、入力信号を供給された回路の電源電流波形を観測する観測ステップと、電源電流波形におけるパルス幅に基づいて、回路の故障の有無を判定する判定ステップとを備えることを特徴とする回路試験方法を提供する。
観測ステップは、回路に含まれる所定の素子についての電源電流波形を観測してもよい。また、観測ステップは、素子において電流が流れたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換するステップを含むことが望ましい。
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
発明を実施するための最良の形態
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態である、回路１２を試験する回路試験装置１０を示す。回路１２は、例えば、ＣＭＯＳ回路などを含んで形成された半導体チップである。本実施形態における回路試験装置１０は、信号供給部２０、光検出器３０および判定部４０を備える。
信号供給部２０は、回路１２に、試験パターンである入力信号を供給する。信号供給部２０は、回路１２の実動作状態におけるレートと実質的に同一のレートで入力信号を回路１２に供給することができる。後述するが、回路試験装置１０は、発光を検出することにより回路１２の良否を判定する。本実施形態における回路試験装置１０は、発光を利用することによりリアルレートで試験を行うことができ、従来の静止電源電流試験において遅い試験レートで入力信号を供給することにより試験時間が長くなるという問題を解決することが可能となる。
回路１２に含まれるＣＭＯＳ回路領域において、半導体内のキャリア（ホットエレクトロン）は、印加された電界と取得エネルギとにより加速される。例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）において、ソースとドレイン間に印加される電界は、ほぼ１０６Ｖ／ｃｍと非常に大きい。このような大きな電界の下で、キャリアは、スペクトラムの可視領域と赤外領域で測定可能な光量を生成するのに十分なエネルギを取得することができる。高いエネルギを有するキャリアの発光は、ＦＥＴが状態を切り替えたときに発生する。
このように、回路１２は、入力信号を供給されると、電流が流れた部分から光を発生する。光検出器３０は、回路１２において入力信号を供給されたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換する。判定部４０は、変換された電気信号のパルス幅に基づいて、回路１２の故障の有無を判定する。
判定部４０は、パルス幅測定部５０および検出部６０を有する。パルス幅測定部５０は、光検出器３０から供給される電気信号のパルス幅を測定する。本実施形態においては、パルス幅測定部５０は、電気信号のパルス幅が所定のパルス幅を越えたか否かを測定し、その測定結果を出力する。検出部６０は、パルス幅測定部５０の出力に基づいて、回路１２の故障の有無を検出する。
図２は、本発明による回路試験方法の原理を説明するための説明図である。図２（ａ）は、ｐチャネルトランジスタとｎチャネルトランジスタとからなるインバータ回路を示す。例えば、本インバータ回路のｐチャネルトランジスタが不良であったとき、図１に示された回路試験装置１０が、該ｐチャネルトランジスタを流れる電源電流２４の波形を観測することにより、回路の故障の有無を判定する方法について説明する。
図２（ｂ）は、回路が正常な場合と、回路に異常がある場合における電源電流波形と、流れる電流により生じる発光の関係を示す。回路が正常な場合、インバータ回路に入力信号２２が入力されると、各トランジスタの状態が変化する瞬間に、過渡電流が流れ、発光が生じる。光検出器３０は、過渡電流により生じる発光を、パルス幅ｗ１を有する電気信号に変換する。
回路に不良素子が存在する場合、過渡電流が流れるタイミング間においても、当該素子に異常電流が流れる。このとき、光検出器３０は、過渡電流のみならず、異常電流による発光も検出する。図２（ｂ）においては、インバータ回路のｐチャネルトランジスタが短絡しており、光検出器３０が、該不良ｐチャネルトランジスタからの発光を検出して、電気信号に変換した例が示されている。このとき、光検出器３０は、過渡電流によるパルス幅ｗ１よりも広いパルス幅ｗ２を有するパルスを出力する。
本実施形態における回路試験装置１０は、電流波形２４そのものを観測して、電流波形２４におけるパルス幅に基づいて、回路の故障の有無を判定しても良い。このとき、回路試験装置１０は、電流波形２４のパルス幅を測定するパルス幅測定部を有するのが好ましい。電流波形２４は、実際には図示される波形とは異なり、回路中に存在する容量のために、なまった波形を有している。そのため、パルス幅測定部は、高精度に電流波形のパルス幅を測定することができる能力が要求される。
本発明の一実施形態である図１に示される光検出器３０は、回路中の容量の影響を受けることなく、回路から生じた発光を、立ち上がり波形および立ち下がり波形の急峻な電気信号に変換することができる。そのため、パルス幅測定部５０は、該電気信号のパルス幅を容易に測定することが可能となる。
図３は、パルス幅測定部５０の一実施例を示す。本実施例において、パルス幅測定部５０は、フリップフロップ５４および５６を有する。フリップフロップ５４のＤ入力には、光検出器３０から出力された電気信号が入力され、ＣＫ入力には、電気信号をΔｔだけ遅延した電気信号が入力される。フリップフロップ５４のＱ出力は、フリップフロップ５６のＣＫ入力に接続される。フリップフロップ５６のＤ入力は、ハイ（論理値１）信号を入力される。
図４は、図３に示されたパルス幅測定部５０における信号タイミングを示す。図３を参照して、パルス幅の測定を開始する前に、リセット信号が、フリップフロップ５４および５６のＲ入力に入力される。それから、光検出器３０から出力される電気信号６２が、フリップフロップ５４のＤ入力に入力される。ＣＫ入力には、Δｔ遅延した電気信号が入力される。遅延量Δｔは、電気信号に現れる過渡電流によるパルス波形の周期よりも短く定められるのが好ましい。
電気信号６２において、Δｔよりも長いパルス幅が存在する場合、フリップフロップ５４のＱ出力がハイとなる。フリップフロップ５６は、ＣＫ入力にハイの信号を受けると、Ｄ入力に供給されているハイ信号をＱ出力から出力信号６８として出力する。このように、パルス幅測定部５０は、所定のパルス幅を越えたパルスを検出し、検出結果を出力信号６８として、検出部６０に出力する。検出部６０は、出力信号６８を受け取り、出力信号６８のハイ値を検出することによって、試験される回路が不良であることを判定する。
図３および４に示される例においては、パルス幅測定部５０が、所定のパルス幅以上のパルスを検出することができる。別の実施例においては、パルス幅測定部５０は、カウンタを用いてパルス幅を測定する時間間隔測定器であってもよい。このとき、検出部６０は、パルス幅測定部５０において測定されたパルス幅の時間長を、所定の比較用時間と比較し、測定時間が所定の比較用時間を越えていた場合に、回路１２が不良であることを判定しても良い。
図５は、光検出器３０の構成の一例を示す。図５（ａ）は、光検出器３０の機能ブロックを示す。光検出器３０は、光電面３２、マルチチャネルプレート３４および電流検出部３６を有する。マルチチャネルプレート３４は、光電面３２より放出される電子を増倍する光電子増倍装置である。
図５（ｂ）は、マルチチャネルプレート３４の一部を切り欠いた斜視断面図である。図示されるように、マルチチャネルプレート３４は、光電面３２において得られる電子を増倍する複数のチャネルを有している。
試験される回路１２がＣＭＯＳ回路のみを有している場合、本発明の回路試験方法は、過渡電流間に存在する異常電流を観測することによって、当該回路１２の不良を判定することができる。回路１２が、ＣＭＯＳ回路以外にも、例えばダイオードやアナログ素子のように、信号が入力されている期間、定常的に発光する素子を有する場合がある。これらのアナログ素子においては、ＣＭＯＳ回路において過渡電流による発光タイミングの間の期間であっても、電流が流れて、発光することがある。本試験方法を実現するためには、光検出器３０が、回路１２における所定の素子において生じるホットエレクトロンの発光を遮蔽して、検出しない機能を有することが望ましい。
図５（ｂ）に示されるマルチチャネルプレート３４は、所定の素子からの発光を検出しない機能を実現するために、例えば、回路１２において当該素子が存在する位置に対応するチャネルの加速電圧を印加せずに、チャネルを電気的に閉じてもよい。光検出器３０自身の位置分解能が不十分な場合には、光検出器３０と被試験回路１２との間にレンズを介在させることにより、回路１２上の領域を拡大して、光検出器３０が、十分な位置分解能を有するようにしてもよい。このとき、光検出器３０は、アナログ素子などの所定の素子からの発光をマスクして、ＣＭＯＳ回路などからの発光を検出できるのが好ましい。
図６は、回路１２からの発光位置を二次元的に検出する機能を有する光検出器３０の構成の一実施例を示す。本実施例における光検出器３０は、回路１２からの入射光により生じる光電流の電流比を用いて、回路１２における発光位置を検出することができる。図示される例においては、光検出器３０が、表面上で左右に設けられた電極から出力される電流の比に基づいて、回路１２からの発光位置を一次元的に検出することができる。発光位置を二次元的に検出するために、光検出器３０は、表面上の複数位置に分散した電極を有するのが好ましい。光検出器３０は、発光位置を特定した後、その発光がアナログ素子などによる発光であることを判定すると、当該位置における発光を無視し、不良素子からの発光のみを検出して、電気信号に変換することが望ましい。
図７は、回路試験装置１０の他の実施例を示す。図７において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一又は同様の機能を有する。本実施例における回路試験装置１０は、信号供給部２０を制御する試験制御部７０を更に備える。
試験制御部７０は、検出部６０が検出した回路１２の故障の有無に基づいて、信号供給部２０を制御する。具体的には、所定の試験パターンを回路１２に供給することにより、回路１２において生じるホットエレクトロンの発光に基づいて、検出部６０が回路１２を故障有りと判断した場合に、検出部６０は試験制御部７０に、故障が検出されたこと通知する。試験制御部７０は、検出部６０からの当該通知に基づいて、信号供給部２０の回路１２への試験パターンの供給を制限する。例えば、回路１２が故障有りと判断された場合に、試験制御部７０は、信号供給部２０に、回路１２に対して試験パターンの供給を停止するよう指示する。
また、検出部６０は、所定の試験パターンを回路１２に供給することにより、回路１２において生じるホットエレクトロンの発光に基づいて、検出部６０が回路１２を故障無しと判断した場合に、検出部６０は試験制御部７０に、故障が検出さないことを通知してもよい。この場合、試験制御部７０は、信号供給部２０に対して、当該所定の試験パターンに続いて供給すべき他の試験パターンを、回路１２に対して供給するよう指示するのが好ましい。
本実施例における回路試験装置１０は、試験制御部７０を備えることにより、複数の異なる試験パターンを回路１２に対して供給することにより、回路１２の試験を行う場合に、当該試験を自動化することができる。即ち、所定の回路に対して複数の異なる試験パターンを供給することにより回路の試験を行う場合に、所定の試験パターンにおいて回路の故障が検出された場合に、当該回路に対する試験を中止して、自動的に次の回路を試験することもできるため、試験時間を大幅に短縮することができる。
上記説明から明らかなように、本発明によれば、不良素子から生じる発光を利用した回路試験装置および回路試験方法を提供することができる。以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、請求の範囲の記載から明らかである。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回路からの発光に基づいて、回路の良否を判定することができる回路試験装置および回路試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態である、回路１２を試験する回路試験装置１０を示す。
図２は、本発明による回路試験方法の原理を説明するための説明図である。
図３は、パルス幅測定部５０の一実施例を示す。
図４は、図３に示されたパルス幅測定部５０における信号タイミングを示す。
図５は、光検出器３０の構成の一例を示す。
図６は、回路１２からの発光位置を二次元的に検出する機能を有する光検出器３０の構成の一実施例を示す。
図７は、回路試験装置１０の他の実施例を示す。

Claims (6)

1. インバータ回路を試験する回路試験装置であって、
   前記インバータ回路に、入力信号を供給する信号供給部と、
   前記インバータ回路において前記入力信号を供給されたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換する光検出器と、
   変換された前記電気信号のパルス幅が予め定められた時間より長いか否かを検出するパルス幅測定部と、
   変換された前記電気信号のパルス幅が予め定められた時間より長いことが検出されたことに応じて前記インバータ回路が故障であると判定する判定部と
   を備えることを特徴とする回路試験装置。
2. 前記パルス幅測定部の出力に基づいて前記インバータ回路の故障の有無を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記インバータ回路の故障の有無に基づいて、前記信号供給部を制御する試験制御部とを更に備える請求項１に記載の回路試験装置。
3. 前記信号供給部は、前記インバータ回路の実動作状態におけるレートと実質的に同一のレートで前記入力信号を前記インバータ回路に供給する請求項１または２に記載の回路試験装置。
4. 前記光検出器は、前記インバータ回路の発光タイミングの間の期間において、前記インバータ回路の発光のみを検出し、他の素子の発光を検出しない機能を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の回路試験装置。
5. 前記パルス幅測定部は、発光を検出した場合にハイとなる前記電気信号が入力され、前記電気信号と、前記電気信号と前記予め定められた時間遅延した信号とがともにハイの場合に、前記電気信号のパルス幅が予め定められた時間より長いことを検出する請求項１から４のいずれか１項に記載の回路試験装置。
6. インバータ回路を試験する回路試験方法であって、
   前記インバータ回路に、入力信号を供給するステップと、
   前記インバータ回路において前記入力信号を供給されたことにより生じるホットエレクトロンの発光を検出して、電気信号に変換するステップと、
   変換された前記電気信号のパルス幅が予め定められた時間より長いか否かを検出するパルス幅測定ステップと、
   変換された前記電気信号のパルス幅が予め定められた時間より長いことが検出されたことに応じて前記インバータ回路が故障であると判定する判定ステップと
   を備えることを特徴とする回路試験方法。

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