JP4874096B2 - タイミング発生器を備えた半導体試験装置 - Google Patents

タイミング発生器を備えた半導体試験装置 Download PDF

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Description

本発明は、試験装置全体のテスト周期信号やテストタイミングをとるためにタイミングパルス信号を発生させるタイミング発生器、及び、これを備えた半導体試験装置に関する。
本発明を説明するに先立ち、従来の半導体試験装置の概略について、図5を参照して説明する。
半導体集積回路(DUT:被試験デバイス)10を試験対象とする半導体試験装置1は、同図に示すように、主要な構成として、半導体試験装置1の全体の制御を行うテストプロセッサ(図示せず)、試験パターンや期待値パターンなどを生成するパターン発生器11、このパターン発生器11からの試験パターンをテスト信号波形に整形しドライバ14を介してDUT10へ送る波形整形器12、コンパレータ15を介してDUT10から送られてきた試験結果とパターン発生器11からの期待値パターンとを論理比較して一致・不一致を検出し、DUT10の良否判断を行うパターン比較器13、タイミングパルス信号を発生して波形整形器12,コンパレータ15,パターン比較器13などに与えテストのタイミングをとるタイミング発生器20などを備えている。
これらのうち、タイミング発生器20は、図6に示すように、半導体試験装置1の全体のテスト周期を決める周期発生部21と、DUT10のLSIの各ピンやパターン比較器13に所定のタイミングを与えるための複数の遅延発生部22−1〜22−nとを有している。
遅延発生部22−1〜22−nは、パターン周期データ(R1)をもとにパターン周期の端数データを算出し、入力端子a0からの周期開始データとの同期をとって端数データを送出する周期演算手段23と、この周期演算手段23からの端数データと設定遅延データ(R2)とを加算して整数データと端数データとを出力する遅延演算手段24と、この遅延演算手段24からの整数データにより周期発生部21からの基準信号(基準クロック)を遅延させる基準信号遅延手段310と、この基準信号遅延手段310からの基準信号を遅延演算手段24からの端数データにより遅延させタイミングパルス信号として出力する可変遅延手段320とを有している(例えば、特開平11−125660号公報参照)。
このような構成とすることで、タイミング発生器20においては、所望の時間遅延したタイミングパルス信号を発生させてパターン比較器13等へ送ることができる。
なお、図6に示すように、周期演算手段23と遅延演算手段24とを含む、基準信号の遅延時間を算出する部分を遅延時間演算手段Aとする。また、基準信号遅延手段310と可変遅延手段320とを含む、基準信号を遅延させる部分を信号入出力回路300とする。
しかしながら、従来のタイミング発生器20の遅延発生部22−1〜22−nに設けられた可変遅延手段320は、遅延を与える対象を、基準信号遅延手段310から出力された基準信号としていたため、パターン依存性ジッタ(ショートタイム・ジッタやサーマル・ドリフト・ジッタ)が発生しやすい状況にあり、そのままでは、タイミング発生器20から出力されるタイミングパルス信号にタイミング誤差が生じてしまうという問題が生じていた。
このパターン依存性ジッタが発生する様子を説明するための回路図を図7に示す。同図は、入力されたデータ信号(Data)について、クロック信号(Clock)との同期をとり、さらに所定時間遅延させてから外部へ出力する信号入出力回路300の回路構成を示す図である。
この信号入出力回路300をさらに説明すると、入力されたデータ信号(従来のタイミング発生器20(図6)において周期発生部21から遅延発生部22−1〜22−nへ送られる基準信号に相当)をクロック信号(出力タイミングをはかるためのクロック)の入力タイミングにより出力するフリップフロップ310(図6における基準信号遅延手段310に相当)と、そのフリップフロップ310の出力端子側に接続されており、その出力されたデータ信号を所定時間遅延させてから外部へ出力する遅延回路320(図6における可変遅延手段320に相当)とを有している。
そして、データ信号はランダムパターン(パルス波がランダムに発生するパターン)であり、クロック信号は連続パターン(パルス波が一定周期で連続して発生するパターン)であるとすると、遅延回路320は、ランダムパターンでパルス波が通過する経路(ランダムパターン通過経路、同図C)に接続されていることとなり、ランダムパターン通過経路において、パターン依存性ジッタが発生しやすい状態となっている。
ここで、パターン依存性ジッタには、ショートターム・ジッタと、サーマル・ドリフト・ジッタとがある。
まず、ショートターム・ジッタについて説明する。ショートターム・ジッタとは、複数のパルス波が発生している場合に、一つのエッジ(注目エッジ)が過去のエッジの影響を受けて揺らぎを生じることをいう。
例えば、図8(a)に示すように、パルス波が連続で発生しているとき、注目エッジ(●を付したエッジ)に対しては、その注目エッジを有するパルス波における過去のエッジ(●を付したエッジを有するパルス波における○を付したエッジ、同図(1))、及び、過去に発生したパルス波における各エッジ(●を付したエッジを有するパルス波以外の過去のパルス波における○を付したエッジ、同図(2)、(3))が影響を与える。
一方、図8(b)に示すように、パルス波が単発で発生しているとき、注目エッジに対しては、その注目エッジを有するパルス波における過去のエッジ(○を付したエッジ)が主として影響を与える(同図(1))。
また、この場合、注目エッジを有するパルス波から見て過去の近い時間においては他のパルス波がランダムに発生していることがあり、例えば、その過去の近い時間においてパルス波が発生しているときは、図8(a)の(2)と同様に注目エッジはその過去のパルス波の各エッジから影響を受ける。これに対し、その時間にパルス波が発生していないときは、ここから影響を受けることはない(図8(b)の(2)、(3)参照)。
ここで、パルス波が連続で発生している場合において注目エッジに影響を与えているエッジと、パルス波が単発で発生している場合において注目エッジに影響を与えているエッジとを比較する。
まず、注目エッジを有するパルス波における過去のエッジについては、いずれも共通して影響を与えている(図8(a)の(1)及び図8(b)の(1))。
次に、注目エッジの発生時点から見てある時間以上過去に発生したパルス波のエッジについては、影響は与えるものの、非常に小さいことから無視できることになる(図8(a)の(3)及び図8(b)の(3))。
そして、注目エッジを有するパルス波の発生時点に近い時間範囲内で過去に発生したパルス波における各エッジについては、パルス波が連続で発生している場合と、パルス波が単発で発生している場合とでその影響が異なる。
例えば、パルス波が連続で発生している場合には、図8(a)に示すように、それら過去に発生したパルス波の各エッジが注目エッジに対して大きな影響を与えている(図8(a)の(2))。
これに対し、パルス波が単発で発生している場合には、注目エッジを有するパルス波の発生時点に近い時間範囲内では、過去にパルス波が発生しているときと発生していないときとがある。
過去にパルス波が発生しているときは、パルス波が連続で発生している場合と同様、注目エッジに大きな影響を与える。一方、過去にパルス波が発生していないときは、パルス波が存在しないため、図8(b)に示すように、注目エッジに影響を与えないことになる。
このことから、パルス波が連続で発生している場合において注目エッジが受ける影響と、パルス波が単発で発生している場合において注目エッジが受ける影響とは、注目エッジを有するパルス波の発生時点に近い時間範囲内で過去にパルス波が発生しているか否かにより異なってくる。
すなわち、パルス波が連続で発生する場合には、注目エッジを有するパルス波の発生時点に近い時間範囲内で必ず過去にパルス波が発生しており、注目エッジがそれら他のエッジから受ける影響は常に一定となる。このため、そのような連続したパルス波が通過する経路(連続クロック通過経路)においては、ショートターム・ジッタは考慮する必要がない。
これに対し、パルス波が単発で発生する場合には、注目エッジを有するパルス波の発生時点に近い時間範囲内で過去にパルス波が発生しているか否かにより、その影響の程度が異なってくる。つまり、過去のエッジから影響を受けるパターン(図8(c)に示すパターン)と、過去のエッジからほとんど影響を受けないパターン(図8(d)に示すパターン)とがランダムに発生することにより、その影響が一定でなくなる。このため、単発に発生したパルス波が通過する経路(ランダムパターン通過経路)においては、注目エッジが受ける影響が変化して、パターン依存性ジッタ(ショートターム・ジッタ)が発生することになる。
次に、サーマル・ドリフト・ジッタについて説明する。サーマル・ドリフト・ジッタとは、温度変化の影響を受けて、波形に揺らぎが生じることをいう。
図7に示す遅延回路320は、例えば、図9に示すようなインバータ321を任意の個数(通常、数十〜数百個)有している。このインバータ321の数を増やすことにより、遅延時間を大きくすることができる。
インバータ321には、同図に示すようにトランジスタ322が設けられており、このトランジスタ322においては、パルス波の発生パターンによって温度変化が起こりVBE(ベース−エミッタ間の電圧)が変動する。
例えば、連続クロック通過経路においては、パルス波が連続で発生するため、温度変化はほぼ一定である。これに対し、ランダムパターン経路においては、パルス波が単発で発生するため、温度変化が一定でなくなる。このため、VBEが変動し、信号を出力するタイミングが変化して、パターン依存性ジッタ(サーマル・ドリフト・ジッタ)となる。特に、インバータ321の数が多くなるほど、サーマル・ドリフト・ジッタも大きくなる。
以上のように、従来の信号入出力回路では、ランダムパターン通過経路において、ショートターム・ジッタやサーマル・ドリフト・ジッタが発生し得る状況にあった。このため、信号入出力回路が備えられたタイミング発生器においては、出力されるタイミングパルス信号にタイミング誤差が生じていた。そして、半導体試験装置全体においては、そのタイミング誤差を原因として、テストタイミングにずれが生じるなどの問題が生じていた。
しかも、図9に示したように、遅延回路320は、通常複数のインバータ321を有している。このため、インバータ321が後段へいくに従い、パターン依存性ジッタが加算されていき、タイミングパルス信号のタイミング誤差がさらに大きくなるという問題も生じていた。
本発明は、以上のような従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、パターン依存性ジッタを低減して、タイミング発生器におけるタイミングパルス信号のタイミング誤差を減少し、半導体試験装置におけるテストタイミングのずれの発生を抑制可能とするタイミング発生器及び半導体試験装置の提供を目的とする。
本発明のタイミング発生器は、基準信号を所定時間遅延させタイミングパルス信号として出力するタイミング発生器であって、基準信号に与えられる遅延時間を算出する遅延時間演算手段と、この遅延時間演算手段で算出された遅延時間に応じて基準信号を遅延させる信号入出力回路とを備え、この信号入出力回路が、基準信号を入力するとともに、クロック信号の入力タイミングにもとづき基準信号を出力するデータ保持回路と、このデータ保持回路におけるクロック信号の入力タイミングを遅延時間にもとづき遅延させるクロック信号遅延回路とを有する構成としてある。
タイミング発生器をこのような構成とすると、信号入出力回路において、遅延回路が、データ保持回路の出力端子側ではなく、クロック信号が入力される入力端子側に接続されるため、ランダムパターン通過経路の遅延回路をなくすることができ、パターン依存性ジッタの低減が可能となる。
従来の半導体試験装置のタイミング発生器においては、データ保持回路(例えばフリップフロップを含む基準信号遅延手段)の出力端子側に遅延回路(例えば可変遅延手段)が接続されていた。そのデータ保持回路の出力端子側は、ランダムに発生する出力信号(例えば基準信号)が通過するランダムパターン通過経路であるため、この経路に遅延回路を接続すると、発生したパターン依存性ジッタを考慮する必要があった。
これに対し、データ保持回路においてクロック信号が入力される入力端子側は、一定周期で連続して発生するクロック信号が通過する連続クロック通過経路であるため、この経路に遅延回路(クロック信号遅延回路)を接続することにより、ランダムパターン通過経路の遅延回路をなくしてパターン依存性ジッタを低減できる。
しかも、データ保持回路の出力端子側に接続された遅延回路は、その出力信号を遅延させるのが役割であるが、出力信号ではなくクロック信号を遅延させることとしても、やはり出力信号を遅延させることとなる。このため、クロック信号の入力端子側に接続された遅延回路は、出力信号を遅延させるという役割を果たすことができる。
さらに、遅延回路がデータ保持回路の出力端子側には接続されず、クロック信号の入力端子側に接続されることで、ランダムパターン通過経路を短縮できる。
そこで、本発明では、データ保持回路の出力端子側ではなく、クロック信号が入力される入力端子側に遅延回路を接続してクロック信号を遅延させるようにすることで、出力信号を所定時間遅延させることができ、ランダムパターン通過経路の遅延回路をなくしてパターン依存性ジッタを低減することができる。
そして、パターン依存性ジッタを低減可能とすることで、この信号入出力回路が備えられたタイミング発生器におけるタイミングパルス信号のタイミング誤差を減少でき、半導体試験装置におけるテストタイミングのずれの発生を抑制することができる。
加えて、本発明では、遅延回路が連続クロック通過経路に接続されることでパターン依存性ジッタが低減されることから、インバータが複数段あるためにそのパターン依存性ジッタが増大するという問題も解消できる。すなわち、遅延回路が有するインバータの数が多ければ多いほど、パターン依存性ジッタを低減させたときの効果がより大きなものとなる。
また、本発明のタイミング発生器は、データ保持回路に入力される基準信号に遅延を与えるデータ遅延回路を備えた構成としてある。
タイミング発生器をこのような構成とすれば、クロック信号遅延回路により遅延されたクロック信号に合わせて基準信号を遅延させることができる。
また、本発明のタイミング発生器は、クロック信号遅延回路に代えて、位相シフト回路を備えた構成としてある。
タイミング発生器をこのような構成とすると、連続クロック通過経路に位相同期ループ回路(PLL回路)を使用した位相シフト回路を接続して、出力信号を所望の時間遅延させることができ、このようにしても、ランダムパターン通過経路側の遅延回路をなくして、パターン依存性ジッタを低減することができる。
また、本発明のタイミング発生器は、データ保持回路が、フリップフロップを含む構成としてある。
タイミング発生器をこのような構成とすれば、データ保持回路がフリップフロップにより構成された信号入出力回路及びこの信号入出力回路を含むタイミング発生器においても、連続クロック通過経路にクロック信号遅延回路を接続してランダムパターン通過経路を短くできるため、パターン依存性ジッタを低減できる。なお、データ保持回路は、入力したデータをあるタイミングまで保持してから出力する回路であって、フリップフロップの他、例えば、ラッチ回路なども含まれる。
また、本発明の半導体試験装置は、試験パターンと期待値パターンとを生成するパターン発生器と、試験パターンを波形整形して被試験デバイスに与える波形整形器と、被試験デバイスからの試験結果とパターン発生器からの期待値パターンとを比較して、被試験デバイスの良否判断を行うパターン比較器と、タイミングパルス信号を波形整形器へ与えてテストタイミングをとるタイミング発生器とを備えた半導体試験装置であって、タイミング発生器が、本発明に係る特許請求の範囲に記載のタイミング発生器からなる構成としてある。
半導体試験装置をこのような構成とすると、パターン依存性ジッタの低減が可能となり、タイミング発生器におけるタイミングパルス信号のタイミング誤差を減少でき、半導体試験装置におけるテストタイミングのずれの発生を抑制できる。
以上のような本発明によれば、遅延回路又はPLL回路を使用した位相シフト回路が、データ保持回路(例えば、フリップフロップなど)の出力端子側ではなく、クロック信号が入力される入力端子側に接続されるため、ランダムパターン通過経路の遅延回路をなくすることができ、パターン依存性ジッタを低減できる。
これにより、タイミング発生器においては、タイミングパルス信号のタイミング誤差を減少でき、半導体試験装置においては、テストタイミングのずれの発生を抑制できる。
図1は、本発明のタイミング発生器の構成を示す回路構成図である。 図2は、本発明の信号入出力回路の構成を示す回路構成図である。 図3は、本発明の信号入出力回路の他の構成を示す回路構成図である。 図4は、PLL回路を使用した位相シフト回路の構成を示す回路構成図である。 図5は、一般的な半導体試験装置の概略構成を示す回路構成図である。 図6は、従来のタイミング発生器の構成を示す回路構成図である。 図7は、従来の信号入出力回路の構成を示す回路構成図である。 図8の(a)は、連続してパルス波が発生している場合に、注目エッジが他のエッジから影響を受ける様子を示す波形図である。(b)は、単発でパルス波が発生している場合に、注目エッジが他のエッジから影響を受ける様子を示す波形図である。(c)は、注目エッジが他のエッジから大きな影響を受ける様子を示す波形図である。(d)は、注目エッジが他のエッジから影響を受けない様子を示す波形図である。 図9は、遅延回路に設けられるインバータの回路構成を示す回路図である。
以下、本発明に係るタイミング発生器及び半導体試験装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明のタイミング発生器及び半導体試験装置の実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
図1は、本発明のタイミング発生器の回路構成を、図2は、信号入出力回路の回路構成をそれぞれ示す電子回路図である。
図1に示すタイミング発生器20は、図5に示した従来と同様の半導体試験装置1に備えられている。
半導体試験装置1は、被試験デバイス10(DUT)の良否判断を行う試験装置であって、図5に示したように、主要構成として、パターン発生器11と、波形整形器12と、パターン比較器13と、ドライバ14と、コンパレータ15と、フェイル解析メモリ16と、入力電圧発生器17と、デバイス用電源18と、比較電圧発生器19と、タイミング発生器20とを有している。
ここで、タイミング発生器20は、図1に示すように、周期発生部21と、遅延発生部22−1〜22−nとを備えており、さらに遅延発生部22−1〜22−nは、周期演算手段23と、遅延演算手段24と、信号入出力回路30aを有している。
なお、図1においては、周期演算手段23及び遅延演算手段24が遅延発生部22−1〜22−nに設けられているが、それら周期演算手段23と遅延演算手段24は、遅延発生部22−1〜22−nに設けることに限るものではなく、周期発生部21に設けることもできる。
また、本実施形態においては、図1に示すように、周期演算手段23と遅延演算手段24とを含めて遅延時間演算手段Aという。
信号入出力回路30aは、図1に示すように、基準信号遅延手段31aと、可変遅延手段32aと、データ遅延手段33aとを備えている。
このような構成を有する信号入出力回路30aは、基準信号を所定時間遅延させて出力する回路であるが、この信号入出力回路30aを実施の一形態とする信号入出力回路30は、図2に示すように、フリップフロップ31と、クロック信号遅延回路32と、データ遅延回路33とを備えている。
フリップフロップ(データ保持回路)31は、入力したデータ信号(Data)を、クロック信号(Clock)の入力タイミングに合わせて出力する。このフリップフロップ31は、図1においては基準信号遅延手段31aが該当する。
クロック信号遅延回路32は、フリップフロップ31におけるクロック信号の入力端子側に接続されており、クロック信号を遅延させる。
このクロック信号遅延回路32が接続される経路は、一定周期で連続して発生するパルス波からなるクロック信号が通過する連続クロック通過経路である。このようにフリップフロップ31の出力信号を遅延させるための遅延回路を、フリップフロップ31の出力端子側ではなく、クロック信号の入力端子側に接続させることで、パターン依存性ジッタを低減できる。このクロック信号遅延回路32は、図1においては可変遅延手段32aが該当する。
データ遅延回路33は、クロック信号遅延回路32をフリップフロップ31における出力端子側からクロック信号の入力端子側へ移し変えたことにより、接続が必要となった遅延回路である。すなわち、クロック信号遅延回路32によりクロック信号の入力タイミングが微小遅延されるため、そのクロック信号の入力タイミングにデータ信号を合わせるためのものである。このデータ遅延回路33は、図1においてはデータ遅延手段33aが該当する。
信号入出力回路30をこのような構成とすれば、クロック信号遅延回路32が、フリップフロップ31における出力端子側(ランダムパターン通過経路)ではなく、クロック信号の入力端子側(連続クロック通過経路)に接続されるため、ランダムパターン通過経路(図2のC)にタイミング設定用の遅延回路を設ける必要がなくなり、パターン依存性ジッタを低減できる。
これにより、この信号入出力回路が設けられたタイミング発生器においては、タイミングパスル信号のタイミング誤差を減少でき、このタイミング発生器が設けられた半導体試験装置においては、テストタイミングのずれの発生を抑制できる。
ところで、上述の信号入出力回路30においては、クロック信号を遅延させる手段としてクロック信号遅延回路32を用いていたが、図3に示すように、そのクロック信号遅延回路32に代えて、位相同期ループ回路(PLL(Phase Locked Loop)回路)を使用した位相シフト回路34を設けることもできる。
PLL回路は、入力信号又は基準周波数と、出力信号との周波数を一致させる電子回路であって、PLL回路を使用して位相シフト回路34を設けることにより、入力信号と出力信号との位相差を検出し、電圧制御発振器や回路のループを制御することで、正確に同期した周波数の信号を発信することができる。
この位相シフト回路34の内部構成を図4に示す。
同図に示すように、位相シフト回路34は、位相検出器34−1と、電圧制御発振器34−2と、位相シフト量発生部34−3とを有している。
位相検出器(Phase Detector:PD)34−1は、基準周波数信号と電圧制御発振器34−3の出力信号との位相差を電圧(又は電流)の形で出力する。
電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator:VCO)34−2は、電圧によって周波数を変化させる発振器である。
位相シフト量発生部34−3は、位相検出器34−1から出力された電圧(又は電流)に所定量のクロック遅延を発生させるための電圧(又は電流)を発生する。
このような構成からなる位相シフト回路34を、フリップフロップ31のクロック信号の入力端子側に接続することにより、ランダムパターン通過経路の遅延回路をなくすることができ、パターン依存性ジッタを生じさせることなく、出力信号に所定の遅延量を与えることができる。
以上、本発明の信号入出力回路、タイミング発生器及び半導体試験装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る信号入出力回路、タイミング発生器及び半導体試験装置は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、信号入出力回路は、フリップフロップと遅延回路とを有した回路構成としているが、それらフリップフロップ及び遅延回路により構成される場合に限るものではなく、他の回路素子を設けることもできる。
また、信号入出力回路に設けられるフリップフロップは、図2等においては一つのみとしてあるが、一つに限るものではなく、複数設けることもできる。この場合、クロック信号遅延回路は、一のフリップフロップのクロック入力端子に接続することもでき、また、二以上のフリップフロップのクロック入力端子に接続することもできる。
本発明は、タイミングパルス波のタイミング誤差を低減可能なタイミング発生器に関する発明であるため、タイミングパルス波を用いて所定の動作を行う装置や機器等に好適に利用可能である。

Claims (4)

  1. 試験パターンと期待値パターンとを生成するパターン発生器と、前記試験パターンを波形整形して被試験デバイスに与える波形整形器と、前記被試験デバイスからの試験結果と前記パターン発生器からの期待値パターンとを比較して、前記被試験デバイスの良否判断を行うパターン比較器と、タイミングパルス信号を前記波形整形器へ与えてテストタイミングをとるタイミング発生器とを備えた半導体試験装置であって、
    前記タイミング発生器が、
    基準信号を所定時間遅延させタイミングパルス信号としてパルス波がランダムに発生するランダムパターンで出力させるとともに
    前記基準信号に与えられる遅延時間を算出する遅延時間演算手段と、
    この遅延時間演算手段で算出された前記遅延時間に応じて前記基準信号を遅延させる信号入出力回路とを備え、
    この信号入出力回路が、
    前記基準信号を入力するとともに、クロック信号の入力タイミングにもとづき前記基準信号を前記ランダムパターンで出力するデータ保持回路と、
    このデータ保持回路における前記クロック信号の入力タイミングを前記遅延時間にもとづき遅延させるクロック信号遅延回路と、を有し、
    前記クロック信号遅延回路が、前記データ保持回路の前記クロック信号の入力側に接続されることにより、前記データ保持回路のクロック信号を遅延させて、前記ランダムパターンで出力される基準信号のパターン依存性ジッタを低減することを特徴とするタイミング発生器。
  2. 前記データ保持回路に入力される前記基準信号に遅延を与えるデータ遅延回路を備えることを特徴とする請求項1記載のタイミング発生器。
  3. 前記クロック信号遅延回路に代えて、位相シフト回路を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のタイミング発生器。
  4. 前記データ保持回路が、フリップフロップを含むことを特徴とする請求項1又は2記載のタイミング発生器。
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