DE10114001A1

DE10114001A1 - Versorgungsstrom-Meßeinheit für ein Halbleiterprüfsystem sowie eine derartige Meßeinheit enthaltendes Halbleiterprüfsystem

Info

Publication number: DE10114001A1
Application number: DE10114001A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Sugamori
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2001-12-13
Also published as: KR20010095301A; CN1320824A; JP2001324552A; JP4249402B2; KR100499849B1; US6445208B1; CN1234015C; US20020070726A1; US6545460B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versorgungsstrom-Meßeinheit, die in einem Halbleiterprüfsystem vorgesehen ist und dazu dient, einen Versorgungsstrom eines Bauteilprüflings mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit zu messen. Die Versorgungsstrom-Meßeinheit enthält dabei die folgenden Bestandteile: einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) zur Erzeugung einer an den Bauteilprüfling anzulegenden Ausgangsspannung auf der Grundlage eines vom Wandler empfangenen digitales Signals, einen Operationsverstärker zur Bildung einer Gegenkopplungsschleife und zum Anlegen der vom D/A-Wandler gelieferten Ausgangsspannung an einen Anschlußpin des Bauteilprüflings, wodurch dem Anschlußpin ein Versorgungsstrom durch einen einen bekannten Widerstandswert aufweisenden Strommeßwiderstand zugeführt wird, einen Spannungsverstärker zur Verstärkung einer Spannung, die für die dem Bauteilprüfling zugeführte Versorgungsstrommenge charakteristisch ist, eine Integrationsschaltung, die für einen bestimmten Integrationszeitraum eine Integration eines Ausgangssignals des Spannungsverstärkers durchführt, und einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Integrationsschaltung nach Ablauf des Integrationszeitraums. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Halbleiterprüfsystem, das eine erfindungsgemäße Versorgungsstrom-Meßeinheit enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterprüf system zum Prüfen integrierter Halbleiterschaltungen, beispielsweise von hochintegrierten Schaltungen (LSI- Schaltungen), und dabei insbesondere eine Versorgungs strom-Meßeinheit, die in einem Halbleiterprüfsystem vorgesehen ist und eine Messung des Versorgungsstroms eines Bauteilprüflings mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit ermöglicht. Die Versorgungsstrom- Meßeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich vorteilhaft zur Messung eines Versorgungsstroms I_DD ei ner integrierten CMOS-Schaltung einsetzen.

Die erfindungsgemäße Versorgungsstrom-Meßeinheit (bzw. Zuführstrom-Meßeinheit) wird in einem Halbleiterprüfsy tem zum Prüfen (im folgenden auch als "Bauteilprufling" bezeichneter) integrierter Hableiterschaltungen, bei spielsweise von hochintegrierten Schaltungen, verwen det. Ein derartiges Halbleiterprüfsystem führt im we sentlichen einen Funktionstest des Bauteilprüflings durch und weist zudem eine Funktion auf, die eine Durchführung einer Gleichstrom-Parameterprüfung ermög licht, wobei Spannung und Strom des Bauteils bewertet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versor gungsstrom-Meßeinheit (Gleichstrom-Meßeinheit), die eine zur Gleichstrom-Parametermessung gehörende Messung des Versorgungsstroms eines Bauteilprüflings ermög licht.

Von derselben Anmelderin wurde bereits ein Halbleiter prüfsystem vorgeschlagen, das auf dem Auftreten von Er eignissen basiert (ereignisgestütztes Prüfsystem) und das sich in seinem Aufbau von dem derzeit weitgehend eingesetzten, zyklusbezogenen (bzw. zyklusgestützten) Prüfsystem unterscheidet. Die Versorgungsstrom-Meßein heit gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich beim ereignisgestützten Prüfsystem in vorteilhafter Weise einsetzen, wobei sie jedoch auch bei zyklusgestützten Prüfsystemen eine beträchtliche Wirksamkeit aufweist. Im folgenden wird dementsprechend kurz auf das zyklus gestützte und das ereignisgestützte Prüfsystem einge gangen.

Fig. 1A zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für den grundlegenden Aufbau eines zyklusgestützten Prüfsy stems. Bei diesem Prüfsystem dient ein speziell zu die sem Zweck im Halbleiterprüfsystem vorgesehener Prüfpro zessor 11 zur Operationssteuerung des Prüfsystems über einen Systembus. Auf der Grundlage von vom Prüfprozes sor 11 gelieferten Musterdaten erzeugt ein Mustergene rator 12 Zeitsteuerungs- und Wellenformdaten für einen Zeitsteuerungsgenerator 13 bzw. einen Wellenformatierer 14. Der Wellenformatierer 14 generiert erzeugt unter Verwendung der vom Mustergenerator 12 gelieferten Wel lenformdaten und der vom Zeitsteuerungsgenerator 13 ge lieferten Zeitsteuerungsdaten ein Prüfmuster, welches einen Bauteilprüfling (DUT) 19 über eine Pin-Ansteue rung 15 zugeführt wird.

Der Bauteilprüfling DUT 19 erzeugt in Antwort auf das Prüfmuster ein Ausgangssignal, das einem analogen Kom parator 16 in der Pin-Elektronik 20 zugeführt wird. Das Ausgangssignal wird durch den analogen Komparator 16 unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Schwellen spannungsniveaus in ein Logiksignal umgewandelt, wel ches sodann von einem Logikkomparator 17 mit vom Mu stergenerator 12 gelieferten SOLL-Daten verglichen wird. Das Ergebnis des Logikvergleichs wird im Fehler speicher 18 entsprechend der Adresse des Bauteilprüf lings 19 abgespeichert.

Bei einem derartigen zyklusgestützten Prüfsystem müssen für jeden Prüfzyklus die Musterdaten zur Erzeugung ei nes Prüfmusters jeweils gesondert durch Wellenformda ten, Vektordaten und Zeitsteuerungsdaten angegeben wer den. Die beim zyklusgestützten Halbleiterprüfsystem verwendete Hard- und Software ist daher entsprechend komplex, wodurch es wiederum schwierig ist, ein Prüfsy stem mit jeweils voneinander unabhängigen Prüfpins aus zubilden.

Fig. 1B zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels für den grundlegenden Aufbau eines ereignis gestützten Prüfsystems. Weitere Einzelheiten zum ereig nisgestützten Prüfsystem lassen sich den US-Patentan meldungen Nr. 09/406,300 und 09/259,401 derselben An melderin entnehmen.

Heim vorliegenden Beispiel umfaßt das ereignisgestützte Halbleiterprüfsystem einen Hauptrechner 42, eine Bus schnittstelle 43, einen internen Bus 45, eine Adreß folge-Steuereinheit 48, einen Fehlerspeicher 47, einen aus einem Ereigniszählspeicher 50 und einem Ereignis feinabstimmungsspeicher 51 gebildeten Ereignisspeicher, eine Ereignissummier- und Skalierlogik 52, einen Ereig nisgenerator 24 sowie eine Pin-Elektronik 26. An die Pin-Elektronik 26 ist ein Halbleiterbauteilprüfling (DUT) 28 angeschlossen.

Als Hauptrechner 42 dient beispielsweise ein mit einem UNIX-Betriebssystem ausgestatteter Arbeitsplatz. Der Hauptrechner 42 fungiert als Benutzerschnittstelle, wo durch es einem Benutzer möglich ist, die Start- und Endbefehle für die Prüfung einzugeben, ein Prüfprogramm und andere Prüfbedingungen zu laden oder Prüfergebnis analysen im Hauptrechner durchzuführen. Der Hauptrech ner 42 ist über den Systembus 44 und die Busschnitt stelle 43 mit einem Hardware-Prüfsystem verbunden.

Bei dem internen Bus 45 handelt es sich um einen Bus im Hardware-Prüfsystem. Als Adreßfolge-Steuereinheit 48 wird beispielsweise ein nur dem Hardware-Prüfsystem zur Verfügung stehender Prüfgerätprozessor verwendet, auf den der Benutzer keinen Zugriff hat. Die Adreßfolge- Steuereinheit 48 liefert auf der Grundlage der vom Hauptrechner 42 vorgegebenen Bedingungen bzw. des Prüf programms entsprechende Befehle an andere Funktions blöcke des Prüfsystems. Der Fehlerspeicher 47 speichert Prüfergebnisse, wobei es sich beispielsweise um Fehlerinformationen über den Bauteilprüfling 28 han delt, an den durch die Adreßfolge-Steuereinheit 48 vor gegebenen Adressen ab. Die im Fehlerspeicher 47 gespei cherten Informationen werden bei der Fehleranalyse des Bauteilprüflings verwendet.

Die Adreßfolge-Steuereinheit 48 liefert dem aus dem Ereigniszählspeicher 50 und dem Feinabstimmungsdaten speicher 51 gebildeten Ereignisspeicher Adreßdaten. Im Ereignisspeicher sind Ereigniszeitsteuerungsdaten ge speichert, die jedes Ereignis (d. h. einen Punkt, an dem eine Änderung vom Logikzustand "1" zu "0" bzw. von "0" zu "1" erfolgt) sowie die zugehörige Zeitsteuerung wie dergeben. Dabei werden Zeitsteuerungsdaten im Ereignis speicher beispielsweise in Form zweier unterschiedli cher Datentypen gespeichert, wobei es sich einerseits um den ganzzahligen, ein ganzzahliges Vielfaches des Referenztakts angebenden Datenteil und andererseits um einen Bruch-Datenteil handelt, der einem Bruchteil des Referenztakts entspricht.

Die Ereignissummier- und Skalierlogik 52 dient zur Er zeugung von Daten, die eine Gesamtzeitsteuerung (d. h. die Verzögerungszeit) der einzelnen Ereignisse in bezug zu einem festgelegten Bezugspunkt angeben, wobei diese Logik die Ereignis-Zeitsteuerungsdaten summiert oder die Zeitsteuerungsdaten der einzelnen Ereignisse mit Hilfe eines Skalierfaktors modifiziert. Der Ereignisge nerator 24 dient dazu, auf der Grundlage der Gesamt zeitsteuerungsdaten das Prüfmuster (bzw. die Steuerer eignisse) tatsächlich zu erzeugen, das sodann dem Bau teilprüfling DUT 28 durch die Pin-Elektronik 26 zuge führt wird. Durch einen Vergleich des Antwortausgangs signals des Bauteilprüflings DUT 28 mit dem SOLL-Daten muster (Abtastereignis) führt das Prüfsystem eine Be wertung des jeweiligen Ausgangspins des Bauteilprüf lings 28 durch.

In einem ereignisgestützten Prüfsystem werden die Er eignisdaten zur Erzeugung des Prüfmusters allein durch die Zeitsteuerungsdaten der Ereignisse wiedergegeben, so daß die Ereignisdaten eine erheblich einfachere Struktur aufweisen. Ein ereignisgestütztes Prüfsystem kann daher eine Vielzahl von jeweils voneinander unab hängiger Prüfpins umfassen.

Der Aufbau der Pin-Elektronik zur Zuführung des Prüfmu sters zum Bauteilprüfling und zum Empfang des Ausgangs signals des Bauteilprüflings bei dem gerade beschriebe nen ereignisgestützten Prüfsystem entspricht im wesent lichen demjenigen eines zyklusgestützten Prüfsystems. Üblicherweise umfaßt die Pin-Elektronik dabei noch zu sätzlich eine Meßeinheit zur Durchführung einer Gleich strom-Parameterprüfung. Die Pin-Elektronik 26, welche das Steuerereignis (Prüfmuster), das Abtastereignis (Strobe-Signal) und die Parameter für die Prüfeinheit verarbeitet, sowie ihre Beziehung zum Ereignisgenerator 24, einem Musterkomparator 38 und dem Bauteilprüfling DUT 28 werden im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert.

Der Ereignisgenerator 24 erzeugt Steuerereignisse (Prüfmuster), die durch die Pin-Ansteuerung 35 in der Pin-Elektronik 26 einem Eingangspin des Bauteilprüf lings DUT 28 mit einer vorbestimmten Amplitude und An stiegsrate zugeführt werden. Zudem erzeugt der Ereig nisgenerator 24 ein Abtast-Ereignis, das als Strobe-Si gnal zur Abtastung eines Ausgangssignals des Bauteil prüflings DUT 28 an den analogen Komparator 36 geleitet wird. Das Ausgangssignal des Bauteilprüflings DUT 28 wird durch den analogen Komparator 36 bei einem durch das Strobe-Signal zeitlich gesteuerten Vergleich mit festgelegten Referenzspannungen in ein Logiksignal um gewandelt. Das Logiksignal am Ausgang des analogen Kom parators 36 wird schließlich durch den Musterkomparator 38 mit einem SOLL-Logikmuster verglichen.

Eine von einer Steuereinheit, beispielsweise dem Haupt rechner, gesteuerte Gleichstrom-Prüfeinheit 37 führt eine Gleichstrom-Parameterprüfung des Bauteilprüflings durch. Die bei der Gleichstrom-Parameterprüfung von der Pin-Ansteuerung 35 an den Bauteilprüfling geleiteten Steuerereignisse umfassen üblicherweise ein Taktsignal. Die Gleichstrom-Prüfeinheit 37 wirkt als Spannungs quelle für einen bestimmten Anschlußpin des Bauteil prüflings und mißt dabei beispielsweise einen durch den Anschlußpin des Bauteilprüflings fließenden Versor gungsstrom IDD, wobei der gemessene Wert sodann an den Hauptrechner geleitet wird.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer herkömm lichen Gleichstrom-Meßeinheit. Bei diesem Beispiel ist nur eine Versorgungsstrom-Meßeinheit dargestellt, die zur Messung eines einem beispielsweise durch ein CMOS- Bauteil gebildeten Bauteilprüfling zugeführten Stroms (Versorgungsstroms) I_DD dient. Die Versorgungsstrom- Meßeinheit umfaßt einen D/A-Wandler (Digital-Analog- Wandler) 71, einen Operationsverstärker 72, einen Strompuffer 73, einen Strommeßwiderstand (RM) 74, einen Differenzverstärker 75, eine Integrationsschaltung 76, einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) 77 und einen Pufferspeicher 78.

Wenn die für die Stromzuführung an den Bauteilprüfling anzulegende Spannung durch eine Steuereinheit, bei spielsweise einen Hauptrechner, festgelegt ist, erzeugt der D/A-Wandler 71 diese vorgegebene Spannung, die dann vom Operationsverstärker 72 an den Bauteilprüfling 28 angelegt wird, wobei der Operationsverstärker 72 über den Strompuffer 73 und den Strommeßwiderstand 74 als Stromquelle für den Bauteilprüfling 28 wirkt.

Wie sich Fig. 3 entnehmen läßt, handelt es sich bei dem Anschlußpin des Bauteilprüflings 28 um einen Rückkopp lungspunkt einer innerhalb der Meßeinheit ausgebildeten Gegenkopplungsschleife, so daß die Eingangsspannung des Operationsverstärkers 72 der Versorgungsstromspannung des Bauteilprüflings 28 entspricht. Der Versorgungs strom wird durch den Operationsverstärker 72 über den Strommeßwiderstand 74 an den Bauteilprüfling 28 gelei tet. Bei dieser Anordnung wird der im Bauteilprüfling 28 fließende Versorgungsstrom mit Hilfe der durch den Differenzverstärker 75 ermittelten Spannung am Strom meßwiderstand 74 gemessen.

Die Integrationsschaltung 76 erzeugt einen Durch schnittswert des vom Differenzverstärker 75 kommenden Ausgangssignals, der dann dem A/D-Wandler 77 zugeführt wird. Der A/D-Wandler 77 tastet ein ihm zugeführtes Si gnal mit Hilfe eines Abtastsignals ab, das eine be stimmte Wiederholungsfrequenz aufweist, und wandelt die abgetastete Spannung in ein digitales Signal um, das im Pufferspeicher 78 gespeichert wird.

Die Fig. 4A bis 4D zeigen Zeitsteuerungsgraphiken für eine Operation der herkömmlichen Versorgungsstrom-Meß einheit gemäß Fig. 3. Das Prüfsystem führt dem Bauteil prüfling 28 durch die (in Fig. 2 gezeigte) Pin-Ansteue rung 35 ein Taktsignal gemäß Fig. 4A zu und startet so die Operation des Bauteilprüflings 28. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, führt das Prüfsy stem zudem den Signalpins des Bauteilprüflings auch Prüfmuster zu. Wie sich Fig. 4B entnehmen läßt, verän dert sich der dem beispielsweise durch ein CMOS-Bauteil gebildeten Bauteilprüfling zugeführte Versorgungsstrom impulsartig mit derselben Wiederholungsfrequenz wie das Taktsignal.

Der Versorgungsstrom wird durch die Schaltanordnung ge mäß Fig. 3 als eine Wellenform gemäß Fig. 4C erfaßt, die dem A/D-Wandler 77 zugeführt wird. Der A/D-Wandler 77 tastet die in Fig. 4C gezeigte gemessene Stromwellenform mit einem bestimmten Abstast-Intervall t ab und wandelt die abgetasteten analogen Spannungen in digitale Si gnale um. Das Abtast-Intervall t beträgt dabei bei spielsweise einige 10 Mikrosekunden.

Da der Versorgungsstrom eines CMOS-Bauteils sich je nach den internen Schaltbedingungen erheblich verän dert, weisen die dem A/D-Wandler 77 zugeführten gemes senen Stromwellenformen ein komplexes Muster auf, wes halb beim Stand der Technik zu einer genauen Messung des Stromwerts die Abtastoperation gemäß Fig. 4D zur Er höhung der Anzahl der Abtastoperationen wiederholt wird, wobei es dann möglich ist, durch eine Mittelwert bildung der Abtastwerte die Meßgenauigkeit zu vergrö ßern.

Wie sich der obigen Beschreibung entnehmen läßt, muß bei der Messung eines Versorgungsstroms IDD durch die herkömmliche Schaltung zur Erhöhung der Meßgenauigkeit dasselbe Prüfmuster mehrmals wiederholt werden, um die Anzahl der Abtastoperationen zu erhöhen, was zu einer Verlängerung der Meßzeit führt. Verkürzt man die Meß zeit, so verschlechtert sich die Meßgenauigkeit insbe sondere bei einer sich schnell verändernden Stromwel lenform ganz erheblich. Herkömmliche Meßschaltungen weisen zudem das Problem auf, daß es hier nicht möglich ist anzugeben, welches Taktsignal einen Fehler im ge messenen Versorgungsstrom I_DD ausgelöst hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, eine Versorgungsstrom-Meßeinheit für ein Halb leiterprüfsystem zu beschreiben, die in der Lage ist, einen Versorgungsstrom eines Bauteilprüflings mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit zu messen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Versorgungsstrom-Meßeinheit anzugeben, die zur Messung eines Versorgungsstroms I_DD eines durch ein CMOS-Bauteil gebildeten Bauteilprüflings dient.

Außerdem ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Er findung, eine Versorgungsstrom-Meßeinheit zu beschrei ben, die in der Lage ist, eine Messung an einem Versor gungsstrom eines Bauteilprüflings innerhalb kurzer Zeit mit großer Genauigkeit durchzuführen, indem gemessene Versorgungsstromwerte durch eine Integrationsschaltung integriert und der integrierte Wert durch die gemessene Zeit gemittelt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Versorgungsstrom-Meßeinheit anzugeben, die in der Lage ist, einen Durchschnittswert eines Versor gungsstroms für einen Bauteilprüfling direkt zu messen, indem sie eine Einstellung der Wiederholungsfrequenz eines vom Halbleiterprüfsystem dem Bauteilprüfling zu geführten Taktsignals mit Hilfe eines beliebigen Ska lierfaktors vornimmt und den Versorgungsstrom synchron zum eingestellten Taktsignal ermittelt.

Schließlich liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Versorgungsstrom-Meßeinheit zu beschreiben, die in der Lage ist, durch Einstellung ei ner Wiederholungsfrequenz eines vom Halbleiterprüfsy stem dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals mit Hilfe eines beliebigen Skalierfaktors und durch Ermitt lung des Versorgungsstroms synchron zum eingestellten Taktsignal die Beziehung zwischen einem fehlerhaften Versorgungsstromwert und einem bestimmten, dem Bauteil prüfling zugeführten Taktsignal zu ermitteln.

Die Versorgungsstrom-Meßeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Halbleiterprüfsystem vorgesehen und enthält die folgenden Bestandteile: einen D/A-Wand ler (Digital-Analog-Wandler) zur Erzeugung einer an den Bauteilprüfling anzulegenden Ausgangsspannung auf der Grundlage eines vom D/A-Wandler empfangenen digitalen Signals; einen Operationsverstärker zur Bildung einer Gegenkopplungsschleife und zum Anlegen der vom D/A- Wandler gelieferten Ausgangsspannung an einen Anschluß pin des Bauteilprüflings, wodurch dem Anschlußpin ein Versorgungsstrom durch einen einen bekannten Wider standswert aufweisenden Strommeßwiderstand zugeführt wird, einen Spannungsverstärker zur Verstärkung einer Spannung, die für die dem Bauteilprüfling zugeführte Versorgungsstrommenge charakteristisch ist, eine Inte grationsschaltung, die für einen bestimmten Integrati onszeitraum eine Integration eines Ausgangssignals des Spannungsverstärkers durchführt, und einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) zur Umwandlung eines Ausgangs signals der Integrationsschaltung nach Ablauf des Inte grationszeitraums.

Das Halbleiterprüfsystem liefert ein Taktsignal für den Bauteilprüfling, das zur Aktivierung einer Operation des Bauteilprüflings dient, wobei ein Durchschnittswert des auf das Taktsignal zurückgehenden Versorgungsstroms durch die Versorgungsstrom-Meßeinheit gemessen wird. Die Integrationsschaltung der erfindungsgemäßen Versor gungsstrom-Meßeinheit umfaßt einen Umschalter, wobei die Integration erfolgt, indem der Umschalter für einen bestimmten Zeitraum geöffnet wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Halbleiterprüfsystem zur Bewertung eines Halblei terbauteilprüflings. Das erfindungsgemäße Halbleiter prüfsystem enthält die folgenden Bestandteile: ein Prüfsignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Prüfsi gnals für den Bauteilprüfling auf der Grundlage von vorab bereitgestellten Ereignisdaten, eine Pin-Elektro nik, die zwischen dem Prüfsignalerzeugungsmittel und dem Bauteilprüfling vorgesehen ist und die eine Pin-An steuerung, welche das Prüfsignal dem Bauteilprüfling mit einer festgelegten Amplitude zuführt, sowie einen Komparator umfaßt, der ein Antwortausgangssignal des Bauteilprüflings mit einer festgelegten Referenzspan nung vergleicht, und eine Versorgungsstrom-Meßeinheit, die zur Messung eines Versorgungsstroms des Bauteil prüflings entweder innerhalb oder außerhalb der Pin- Elektronik vorgesehen ist.

Die Versorgungsstrom-Meßeinheit umfaßt dabei die fol genden Bestandteile: einen D/A-Wandler zur Erzeugung einer an einen Bauteilprüfling anzulegenden Ausgangs spannung auf der Grundlage eines vom D/A-Wandler emp fangenen digitalen Signals, einen Operationsverstärker zur Bildung einer Gegenkopplungsschleife und zum Anle gen der vom D/A-Wandler gelieferten Ausgangsspannung an einen Anschlußpin des Bauteilprüflings, wodurch dem An schlußpin durch einen einen bekannten Widerstandswert aufweisenden Strommeßwiderstand ein Versorgungsstrom zugeführt wird, einen Spannungsverstärker zur Verstär kung einer Spannung, die für die dem Bauteilprüfling zugeführte Versorgungsstrommenge charakteristisch ist, eine Integrationsschaltung, die für einen bestimmten Integrationszeitraum eine Integration eines Ausgangssi gnals des Spannungsverstärkers durchführt, und einen A/D-Wandler zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Integrationsschaltung nach Ablauf des Integrationszeit raums.

Das Halbleiterprüfsystem liefert zur Aktivierung einer Operation des Bauteilprüflings ein Taktsignal an den Bauteilprüfling. Das erfindungsgemäße Halbleiterprüfsy stem weist zudem noch eine Skalierfunktion auf, durch die sich zu den Ereignisdaten gehörende Zeitsteuerungs daten um einen beliebigen Faktor modifizieren lassen. Durch Einstellung der Wiederholungsfrequenz des vom Halbleiterprüfsystem an den Bauteilprüfling gesandten Taktsignals mit Hilfe der Skalierfunktion läßt sich eine Wiederholungsfrequenz des Taktsignals erzielen, die der Operationsgeschwindigkeit der Versorgungsstrom- Meßeinheit entspricht. Dementsprechend ist es möglich, den Taktsignalzyklus mit der Öffnungs-/Schließoperation des Umschalters in der Integrationsschaltung der Ver sorgungsstrom-Meßeinheit zu synchronisieren, was es er laubt, den Versorgungsstrom für einen bestimmten Takt signalzyklus zu messen.

Dies wiederum führt dazu, daß die erfindungsgemäße Ver sorgungsstrom-Meßeinheit in der Lage ist, den Versor gungsstrom des Bauteilprüflings mit hoher Geschwindig keit und großer Genauigkeit zu messen, so daß sich die Versorgungsstrom-Meßeinheit in vorteilhafter Weise bei der Messung eines Versorgungsstroms I_DD eines CMOS-Bau teils einsetzen läßt. Die erfindungsgemäße Versorgungs strom-Meßeinheit ermöglicht es dabei, den Versorgungs strom eines Bauteilprüflings innerhalb eines kurzen Zeitraums mit großer Genauigkeit zu messen, indem ge messene Wellenformen des Versorgungsstroms mit Hilfe einer Integrationsschaltung integriert und für die Meß zeit ein Durchschnittswert des integrierten Werts er mittelt wird.

Die erfindungsgemäße Versorgungsstrom-Meßeinheit läßt sich in vorteilhafter Weise bei ereignisgestützten Prüfsystemen einsetzen. Sie ermöglicht eine direkte Mes sung eines Durchschnittswerts eines Versorgungsstroms des Bauteilprüflings durch Einstellung der Wiederho lungsfrequenz des vom ereignisgestützten Prüfsystem dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals mit Hilfe eines beliebigen Faktors und durch Ermittlung des Versor gungsstroms synchron zum eingestellten Taktsignal. Da eine Messung des Versorgungsstroms des Bauteilprüflings synchron zum Taktsignal möglich ist, läßt sich hier auch die Beziehung zwischen einem fehlerhaften Versor gungsstromwert und einem bestimmten Taktsignal angeben, das den Fehler hervorgerufen hat.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1A ein Blockschaltbild des grundlegenden Aufbaus eines zyklusgestützten Halb leiterprüfsystems gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1B ein Blockschaltbild des grundlegenden Aufbaus eines ereignisgestützten Halb leiterprüfsystems, bei dem es sich um einen neuartigen Halbleiterprüfsystem- Typ handelt;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau einer Pin-Elektronik, die sich sowohl im zyklusgestützten als auch im ereignisgestützten Halb leiterprüfsystem einsetzen läßt;

Fig. 3 einen Schaltplan eines Beispiels für den Aufbau einer herkömmlichen Versor gungsstrom-Meßeinheit zum Messen des Versorgungsstroms eines Bauteilprüf lings;

Fig. 4A bis 4D Zeitsteuerungsgraphiken zur Darstel lung einer Operation der in Fig. 3 ge zeigten herkömmlichen Versorgungs strom-Meßeinheit;

Fig. 5 einen Schaltplan eines Beispiels für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Versorgungsstrom-Meßeinheit zum Messen des Versorgungsstroms eines Bauteil prüflings;

Fig. 6A bis 6C Zeitsteuerungsgraphiken zur Darstel lung einer Operation der in Fig. 5 ge zeigten erfindungsgemäßen Versorgungs strom-Meßeinheit; und

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau einer Skalierschaltung für die Einstellung der Wiederholungs frequenz des vom ereignisgestützten Prüfsystem dem Bauteilprüfling zuge führten Taktsignals mit Hilfe eines beliebigen Faktors zur Messung des Versorgungsstroms mit Hilfe der erfin dungsgemäßen Versorgungsstrom-Meßein heit.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 näher erläutert. Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 zeigt den grundlegenden Aufbau der Versorgungs strom-Meßeinheit (Zuführstrom-Meßeinheit) gemäß der vorliegenden Erfindung. Den Zeitsteuerungsgraphiken ge mäß den Fig. 6A bis 6C lassen sich Wellenformen entneh men, die bei der Operation der in Fig. 5 gezeigten Ver sorgungsstrom-Meßeinheit auftreten. Bei der erfindungs gemäßen Versorgungsstrom-Meßeinheit wird der Versor gungsstrom des Bauteilprüflings durch eine Integrati onsschaltung integriert und ein Durchschnittswert der integrierten Stromwerte ermittelt, wodurch sich der Versorgungsstrom mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit messen läßt.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt die Versorungsstrom- Meßeinheit einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) 71, einen Operationsverstärker 72, einen Strompuffer 73, einen Strommeßwiderstand 74, einen Differenzver stärker 75, eine Integrationsschaltung 83, Umschalter SW1 und SW2 und einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wand ler) 85. Die Integrationsschaltung 83 weist eine durch einen Integrationswiderstand 82 und einen Integrations kondensator C festgelegte Integrationskonstante auf.

Wenn die für die Stromzuführung an den Bauteilprüfling anzulegende Spannungsmenge durch eine Steuereinheit, etwa den Hauptrechner, festgelegt ist, erzeugt der D/A-Wandler 71 die festgelegte Spannung, die dann über den Operationsverstärker 72 an den Bauteilprüfling 28 ange legt wird. Der Operationsverstärker 72 wirkt dabei über den Strompuffer 73 und den Strommeßwiderstand 74 als Stromquelle für den Bauteilprüfling.

Wie sich Fig. 5 entnehmen läßt, handelt es sich bei dem Anschlußpin des Bauteilprüflings 28 um einen Rückkopp lungspunkt einer in der Meßeinheit ausgeformten Gegen kopplungsschleife, so daß die Eingangsspannung des Ope rationsverstärkers 72 der Spannung der Stromquelle des Bauteilprüflings 28 entspricht. Der Versorgungsstrom wird vom Operationsverstärker 72 über den Strommeßwi derstand 74 dem Bauteilprüfling 28 zugeführt. Somit wird der durch den Bauteilprüfling 28 fließende Versor gungsstrom durch die Spannung am Strommeßwiderstand 74 charakterisiert, die durch den Differenzverstärker 75 ermittelt wird.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 75 wird der Integrationsschaltung 83 durch den Umschalter SW1 zuge führt. Die Integrationsschaltung 83 integriert das an kommende Signal, solange der Schalter SW2 auf "aus" (offen) steht. Somit wird die Ausgangsspannung des Dif ferenzverstärker 75, die für den Versorgungsstrom des Bauteilprüflings charakteristisch ist, durch die Inte grationsschaltung 83 integriert. Wenn die Integrations operation durch Öffnen des Umschalters SW1 am Ende der Meßzeit (d. h. der Integrationszeit) angehalten wird, wandelt der A/D-Wandler 85 die Ausgangsspannung der In tegrationsschaltung 83 in einen digitalen Wert um. Der Durchschnittswert des Versorgungsstroms des Bauteil prüflings wird nun durch Division des digitalen Werts durch die Meßzeit ermittelt.

Die Zeitsteuerungsgraphiken gemäß den Fig. 6A bis 6C zeigen eine Operation der in Fig. 5 dargestellten erfin dungsgemäßen Versorgungsstrom-Meßeinheit. Das Prüfsy stem führt dem Bauteilprüfling 28 durch die (in Fig. 2 gezeigte) Pin-Ansteuerung 35 ein in Fig. 6A dargestell tes Taktsignal zu und startet hierdurch die Operation des Bauteilprüflings 28. Das Prüfsystem führt im übri gen zudem den Signalpins des Bauteilprüflings 28 Prüf muster zu, was sich der Zeichnung allerdings nicht ent nehmen läßt.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltanordnung läßt sich der Versorgungsstrom durch den Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 74 ermitteln, wobei der Strom der in Fig. 6B gezeigten Wellenform entspricht. Die in Fig. 6B gezeigte Wellenform des gemessenen Stroms wird durch den Umschalter SW1 an die Integrationsschaltung 83 ge leitet. Der Umschalter SW2 der Integrationsschaltung 83 wird am durch die Taktsignal-Zeitsteuerung angegeben Startzeitpunkt geöffnet, was die Integrationsoperation in Gang setzt. Wie sich Fig. 6C entnehmen läßt, wird nun durch die Integrationsschaltung die impulsförmig ver laufende, gemessene Wellenform (gemäß Fig. 6B) inte griert.

Nach einer bestimmten Anzahl von Taktimpulsen wird schließlich der Umschalter SW1 geöffnet (d. h. auf "aus" gestellt) und die Ausgangsspannung der Integrations schaltung wird durch den A/D-Wandler 85 in ein digita les Signal umgewandelt. Der Durchschnittswert des dem Bauteilprüfling zugeführten Versorgungsstroms wird hierbei ermittelt, indem man den gemessenen und in ein digitales Signal verwandelten Wert durch die Länge des Zeitraums, in dem das Taktsignal dem Bauteilprüfling zugeführt wurde, d. h. durch die Länge der Integrations zeit, dividiert. Durch dieses Verfahren wird die gemes sene Stromwellenform während eines festgelegten Zeit raums fortlaufend integriert und der integrierte Span nungswert bei Ende des festgelegten Zeitraums durch den A/D-Wandler in das digitale Signal umgewandelt. Die Zeitsteuerung der Abtastung im A/D-Wandler wirkt sich dementsprechend nicht auf die Messung der Stromwellen formen aus, so daß es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht - wie beim Stand der Technik - notwendig ist, im A/D-Wandler eine große Anzahl von Abtastoperationen durchzuführen, was wiederum dazu führt, daß sich hier die Strommessung mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit durchführen läßt.

Die Gesamtoperationsgeschwindigkeit der in Fig. 5 ge zeigten Versorgungsstrom-Meßeinheit ist üblicherweise relativ gering, so daß beispielsweise ein Taktzyklus von einigen 10 Mikrosekunden oder mehr benötigt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Schaltanordnung in der Strommeßeinheit den Operationsverstärker und die Integrationsschaltung umfaßt, die die Gegenkopplungs schleife bilden und relativ langsam operieren. Die Taktgeschwindigkeit eines Bauteilprüflings, etwa eines CMOS-Bauteils, ist im Betrieb erheblich höher als die Operationsgeschwindigkeit der Versorgungsstrom-Meßein heit, weshalb der Versorgungsstrom, wie erwähnt, wäh rend eines Zeitraums gemessen wird, der eine große An zahl von Taktsignalen umfaßt, wobei sodann für diesen Zeitraum ein Durchschnittswert für den Strom bestimmt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wiederholungsfrequenz des dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals soweit verringert, daß sie der Operationsgeschwindigkeit der Versorgungsstrom-Meßein heit entspricht. Bei einem herkömmlichen Halbleiter prüfsystem ist es nicht möglich, die Wiederholungsfre quenz des dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals frei mit Hilfe eines beliebigen (sowohl durch eine ganze Zahl als auch durch einen Bruch zu bildenden) Faktors einzustellen. Eine Idee für die Modifizierung der jeweiligen Zeitsteuerung von Ausgangsereignissen eines ereignisgestützten Halbleiterprüfsystems durch einen beliebigen Skalierfaktor sowie entsprechende Aus führungsbeispiele wurden von derselben Anmelderin be reits in der US-Patentanmeldung Nr. 09/286,226 angege ben.

Fig. 7 zeigt einen wesentlichen Bestandteil der in der genannten US-Patentanmeldung beschriebenen Skalierein heit. Die in Fig. 1B dargestellte Ereignissummier- und Skalierlogik 52 des ereignisgestützten Prüfsystems wird hierbei durch eine Ereignissummierlogik 62 und eine Er eignisverzögerungs-Skaliereinheit 66 gemäß Fig. 7 gebil det. Die Zeitsteuerungsdaten vom Ereigniszählspeicher 50 und dem Ereignisfeinabstimmungsspeicher 51 werden der Ereignissummierlogik 62 zugeführt, wo eine Addie rung der Verzögerungszeit aller Ereignisse erfolgt.

Die durch die Summierung der Zeitsteuerungsdaten in der Ereignissummierlogik 62 gewonnenen Daten werden nun durch die Ereignisverzögerungs-Skaliereinheit 66 mit einem Skalierfaktor multipliziert, was eine Modifizie rung der Ereigniszeitsteuerung bewirkt. Bei dieser Ope ration erfolgt auch ein Übertrag zwischen dem ganzzah ligen Datenteil und dem Bruch-Datenteil, was sich wie derum, der genannten US-Patentanmeldung im einzelnen entnehmen läßt. Wenn nun das durch den (in Fig. 2 darge stellten) Ereignisgenerator 24 erzeugte Ereignis als Taktsignal für den Bauteilprüfling dient, so ist es durch die Anordnung gemäß Fig. 7 möglich, die Wiederho lungsfrequenz des Taktsignals beliebig zu modifizieren.

Durch Einsatz der Skalierfunktion läßt sich die Zy kluszeit des Taktsignals gemäß Fig. 6A in ausreichendem Maße, d. h. etwa auf mehrere 10 Mikrosekunden, derart erhöhen, daß sie der Operationsgeschwindigkeit der Ver sorgungsstrom-Meßeinheit entspricht. Wird der Umschal ter SW2 nun synchron zum Taktsignal betrieben, so wei sen der Taktsignalzyklus und die Operation der Strom meßeinheit eine Zeitsteuerungsbeziehung von 1 : 1 auf. In diesem Fall erhält man jeweils für einen Taktsi gnalzyklus eine Wellenform des Versorgungsstroms, an der die Integrationsschaltung 83 und der A/D-Wandler 85 eine Messung durchführen. Entdeckt man nun einen Fehler im Versorgungsstrom, so ist es möglich, die Beziehung zwischen diesem Fehler und dem dem Bauteilprüfling zu geführten Taktsignal (Prüfmuster) festzustellen.

Wie sich der obigen Beschreibung entnehmen läßt, ist die Versorgungsstrom-Meßeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, den Versorgungsstrom des Bau teilprüflings mit hoher Geschwindigkeit und großer Ge nauigkeit zu messen. Somit läßt sich die Versorgungs strom-Meßeinheit in vorteilhafter Weise für die Messung des Versorgungsstroms I_DD eines CMOS-Bauteils einset zen. Die erfindungsgemäße Versorgungsstrom-Meßeinheit erlaubt es, den Versorgungsstrom des Bauteilprüflings durch Integration der gemessenen Stromwellenformen un ter Verwendung einer Integrationsschaltung und durch Bildung eines durch die Meßzeit dividierten Durch schnittswerts des integrierten Werts in einem kurzen Zeitraum mit hoher Genauigkeit zu messen.

Die Versorgungsstrom-Meßeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise in einem er eignisgestützten Prüfsystem einsetzen. Die Versorgungs strom-Meßeinheit ist dabei in der Lage, eine direkte Messung des Durchschnittswerts des Versorgungsstroms des Bauteilprüflings durch Einstellung der Wiederho lungsfrequenz des vom ereignisgestützten Prüfsystem dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals mit Hilfe eines beliebigen Faktors durchzuführen und den Versorgungs strom synchron zum eingestellten Taktsignal zu ermit teln. Da der Versorgungsstrom des Bauteilprüflings syn chron zum Taktsignal gemessen werden kann, ist es dabei möglich, die Beziehung zwischen einem fehlerhaften Ver sorgungsstrom und einem bestimmten Taktsignal festzu stellen, das den Fehler ausgelöst hat.

Claims

1. Versorgungsstrom-Meßeinheit, die in einem Halblei terprüfsystem vorgesehen ist und zum Messen eines durch einen Bauteilprüfling fließenden Versorgungs stroms dient, wobei die Versorgungsstrom-Meßeinheit die folgenden Bestandteile enthält:
einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) zur Erzeugung einer an den Bauteilprüfling anzule genden Ausgangsspannung auf der Grundlage eines vom D/A-Wandler empfangenen digitalen Signals;
einen Operationsverstärker zur Bildung einer Ge genkopplungsschleife und zum Anlegen der vom D/A-Wandler gelieferten Ausgangsspannung an einen Anschlußpin des Bauteilprüflings, wodurch dem Anschlußpin ein Versorgungsstrom durch einen einen bekannten Widerstandswert aufweisenden Strommeßwiderstand zugeführt wird;
einen Spannungsverstärker zur Verstärkung einer Spannung, die für die dem Bauteilprüfling zuge führte Versorgungsstrommenge charakteristisch ist;
eine Integrationsschaltung, die für einen be stimmten Integrationszeitraum eine Integration eines Ausgangssignals des Spannungsverstärkers durchführt; und
einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Integrati onsschaltung nach Ablauf des Integrationszeit raums.

2. Versorgungsstrom-Meßeinheit nach Anspruch 1, wobei vom Halbleiterprüfsystem ein Taktsignal für den Bau teilprüfling bereitgestellt wird, um eine Operation des Bauteilprüflings zu aktivieren, und wobei in der Versorgungsstrommessung ein Durchschnittswert des auf das Taktsignal zurückgehenden Versorgungsstroms ermittelt wird.

3. Versorgungsstrom-Meßeinheit nach Anspruch 1, wobei die Integrationsschaltung einen Umschalter umfaßt und die Integration erfolgt, indem der Umschalter über einen bestimmten Zeitraum hinweg geöffnet wird.

4. Halbleiterprüfsystem zum Prüfen eines Halbleiterbau teils durch Zuführung eines Prüfsignals an einen Halbleiterbauteilprüfling und Bewertung eines Ant wortausgangssignals des Bauteilprüflings, wobei das Halbleiterprüfsystem die folgenden Bestandteile ent hält:
ein Prüfsignalerzeugungsmittel zur Erzeugung ei nes Prüfsignals für den Bauteilprüfling auf der Grundlage von vorab bereitgestellten Ereignisda ten;
eine Pin-Elektronik, die zwischen dem Prüfsi gnalerzeugungsmittel und dem Bauteilprüfling vorgesehen ist und die eine Pin-Ansteuerung, welche das Prüfsignal dem Bauteilprüfling mit einer festgelegten Amplitude zuführt, sowie einen Komparator umfaßt, der ein Antwortaus gangssignal des Bauteilprüflings mit einer fest gelegten Referenzspannung vergleicht; und
eine Versorgungsstrom-Meßeinheit, die zur Mes sung eines Versorgungsstroms des Bauteilprüf lings entweder innerhalb oder außerhalb der Pin- Elektronik vorgesehen ist;
wobei die Versorgungsstrom-Meßeinheit die folgenden Bestandteile umfaßt: einen D/A-Wandler zur Erzeugung einer an einen Bauteilprüfling anzulegenden Aus gangsspannung auf der Grundlage eines vom Wandler empfangenen digitalen Signals; einen Operationsver stärker zur Bildung einer Gegenkopplungsschleife und zum Anlegen der vom D/A-Wandler gelieferten Aus gangsspannung an einen Anschlußpin des Bauteilprüf lings, wodurch dem Anschlußpin durch einen einen be kannten Widerstandswert aufweisenden Strommeßwider stand ein Versorgungsstrom zugeführt wird; einen Spannungsverstärker zur Verstärkung einer Spannung, die für die dem Bauteilprüfling zugeführte Versor gungsstrommenge charakteristisch ist; eine Integra tionsschaltung, die für einen bestimmten Integrati onszeitraum eine Integration eines Ausgangssignals des Spannungsverstärkers durchführt; und einen A/D- Wandler zur Umwandlung eines Ausgangssignals der In tegrationsschaltung nach Ablauf des Integrations zeitraums.

5. Halbleiterprüfsystem nach Anspruch 4, wobei vom Halbleiterprüfsystem ein Taktsignal für den Bauteil prüfling bereitgestellt wird, um eine Operation des Bauteilprüflings zu aktivieren, und wobei in der Versorgungsstrommessung ein Durchschnittswert des auf das Taktsignal zurückgehenden Versorgungsstroms ermittelt wird.

6. Halbleiterprüfsystem nach Anspruch 4, weiterhin ent haltend eine Skalierfunktion, die eine Modifizierung der in den Ereignisdaten enthaltenen Zeitsteuerungs daten durch einen beliebigen Faktor ermöglicht, wo bei das Taktsignal so geregelt wird, daß seine Wie derholungsfrequenz der Operationsgeschwindigkeit der Versorgungsstrom-Meßeinheit entspricht, indem mit Hilfe der Skalierfunktion eine Einstellung der Wie derholungsfrequenz des vom Halbleiterprüfsystem dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals erfolgt.

7. Halbleiterprüfsystem nach Anspruch 4, weiterhin ent haltend eine Skalierfunktion, die eine Modifizierung der in den Ereignisdaten enthaltenen Zeitsteuerungs daten durch einen beliebigen Faktor ermöglicht, wo bei das Taktsignal so geregelt wird, daß seine Wie derholungsfrequenz der Operationsgeschwindigkeit der Versorgungsstrom-Meßeinheit entspricht, indem mit Hilfe der Skalierfunktion eine Einstellung der Wie derholungsfrequenz des vom Halbleiterprüfsystem dem Bauteilprüfling zugeführten Taktsignals erfolgt, die es ermöglicht, den Taktsignalzyklus mit Öffnungs- und Schließoperationen des Umschalters in der Inte grationsschaltung der Versorgungsstrom-Meßeinheit zu synchronisieren und so eine Messung des einem be stimmten Taktsignalzyklus entsprechenden Versor gungsstroms durchzuführen.

8. Halbleiterprüfsystem nach Anspruch 4, weiterhin ent haltend einen Ereignisspeicher zur Speicherung der Ereignisdaten, die die Zeitsteuerung für jedes Er eignis angeben, sowie eine Adreßfolge-Steuereinheit zur Zuführung von Adreßdaten an den Ereignisspeicher und Mittel zur Erzeugung eines Prüfsignals auf der Grundlage der vom Ereignisspeicher gelieferten Er eignisdaten.