JP5161878B2 - 雑音測定装置及び試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、雑音測定装置及び試験装置に関する。特に本発明は、回路基板等の被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置、及び半導体チップ等の被試験デバイスを試験する試験装置に関する。

半導体チップ等の被試験デバイスの試験・解析において、被試験デバイスで生じる雑音を測定することが考えられる。例えば、試験装置のプローブピン（例えば、特許文献１参照）を、被試験デバイス内の被測定素子に接触させることにより、被測定素子の出力に印加された雑音を測定する手法が考えられる。また、このような手法で、半導体チップ、ウェハ内の多数の被測定箇所における雑音の分布を測定して、被試験デバイスの試験・解析を行うことも考えられる。

また、半導体チップ等に対する高精度化の要求に伴い、被試験デバイスで生じる微弱な雑音をも測定することが望まれる。例えば、半導体基板における結晶構造中の不純物、欠陥等に起因して生じる１／ｆ雑音（フリッカー雑音）等の微弱な低周波雑音を精度よく測定することが望まれる。
特開平１１−３４４５１０号公報

しかし、微弱な雑音を精度よく測定することは困難である。例えば、上述したようにプローブピンを用いて雑音を測定する場合、プローブピン等の伝送路においても雑音が生じてしまう。このため、被測定箇所で生じている微弱な低周波雑音を精度よく分離して測定することができない。

このため、本発明の一つの側面においては、上記の課題を解決する雑音測定装置及び試験装置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。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置であって、被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する自励発振器と、自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送した発振信号に印加された雑音を測定する測定器とを備える雑音測定装置を提供する。

本発明の第２の形態においては、回路基板における雑音分布を測定する雑音測定装置であって、回路基板のそれぞれ異なる被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する複数の自励発振器と、それぞれの自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送したそれぞれの発振信号に印加された雑音を測定する測定器と、測定器が測定したそれぞれの雑音に基づいて、回路基板における雑音分布を算出する分布算出器とを備える雑音測定装置を提供する。

本発明の第３の形態においては、被試験デバイスの雑音を測定する雑音測定装置であって、被試験デバイスの被測定箇所に設けられた自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送した発振信号に印加された雑音を微分して、被測定箇所における雑音を測定する測定器とを備える雑音測定装置を提供する。

本発明の第４の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスの予め定められた被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置と、雑音測定装置が測定した雑音に基づいて、被試験デバイスの良否を判定する判定部とを備え、雑音測定装置は、被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する自励発振器と、自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送した発振信号に印加された雑音を測定する測定器とを有する試験装置を提供する。

本発明の第５の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスの回路基板における雑音分布を測定する雑音測定装置と、雑音測定装置が測定した雑音分布に基づいて、被試験デバイスの良否を判定する判定部とを備え、雑音測定装置は、回路基板のそれぞれ異なる被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する複数の自励発振器と、それぞれの自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送したそれぞれの発振信号に印加された雑音を測定する測定器と、測定器が測定したそれぞれの雑音に基づいて、回路基板における雑音分布を算出する分布算出器とを有する試験装置を提供する。

被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスの予め定められた被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置と、雑音測定装置が測定した雑音に基づいて、被試験デバイスの良否を判定する判定部とを備え、雑音測定装置は、被試験デバイスの被測定箇所に設けられた自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、伝送路が伝送した発振信号に印加された雑音を微分して、被測定箇所における雑音を測定する測定器とを有する試験装置を提供する。

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また、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る雑音測定装置１００の構成の一例を示す図である。 自励発振器１０が出力する発振信号の波形の一例を示す図である。 雑音の周波数スペクトルの一例を示す図である。図３（ａ）は、被測定箇所で生じる１／ｆ雑音の周波数スペクトル、及び、伝送路２０で生じる白色雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図３（ｂ）は、自励発振器１０において積分された１／ｆ雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図３（ｃ）は、雑音算出部３６において微分された雑音の周波数スペクトルの一例を示す。 雑音の他の周波数スペクトル例を示す図である。図４（ａ）は、被測定箇所（及び自励発振器１０の内部）で生じる雑音αの周波数スペクトルの一例を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す雑音を受けた自励発振器１０が出力する発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図４（ｃ）は、測定器３０に入力される発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図４（ｄ）は、位相比較器３４が出力する信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。 雑音算出部３６の構成の一例を示す図である。 測定器３０の他の構成例を示す図である。 位相比較器３４が出力する電圧信号の波形の一例を示す図である。 雑音測定装置１００の他の構成例を示す図である。 図８に示した雑音測定装置１００の一つの使用例を示す図である。 図８に示した雑音測定装置１００の他の使用例を示す図である。 雑音測定装置１００の他の構成例を示す図である。 本発明の一つの実施形態に係る試験装置２００の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０・・・自励発振器、２０・・・伝送路、２２・・・個別配線、２３・・・直列配線、２４・・・選択部、２６・・・分布算出器、２８・・・回路制御部、３０・・・測定器、３２・・・遅延回路、３４・・・位相比較器、３６・・・雑音算出部、３８・・・スペクトル算出部、４０・・・抽出部、４２・・・算出部、４４・・・調整部、５０・・・個別切替部、１００・・・雑音測定装置、２００・・・試験装置、２１０・・・判定部、３００・・・半導体ウェハ、４００・・・半導体チップ、４１０・・・電源部、４２０・・・動作回路、５００・・・被試験デバイス

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、また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、本発明の一つの実施形態に係る雑音測定装置１００の構成の一例を示す図である。雑音測定装置１００は、被測定箇所における雑音を測定する装置であって、自励発振器１０、伝送路２０、及び測定器３０を備える。

自励発振器１０は、例えば自己の出力信号に基づいて、次の出力信号を生成する発振器であってよい。例えば、自己の出力信号が帰還入力されて、帰還入力された出力信号に基づいて、次の出力信号を生成する発振器であってよい。より具体的には、自励発振器１０は、例えばＶＣＯ（電圧制御発振器）等のリング発振器であってよく、ＬＣ発振器等であってもよい。

また、自励発振器１０は、雑音を測定すべき被測定箇所に設けられる。被測定箇所は、例えば測定対象の回路基板等における箇所であってよい。自励発振器１０が出力する発振信号には、自励発振器１０を構成する素子が発生する雑音の影響、及び被測定箇所で生じた雑音の影響を受ける。例えば、自励発振器１０に与えられる電源の雑音、自励発振器１０を構成する素子並びに被測定箇所の近傍に設けられた能動素子から生じる１／ｆ雑音等の影響を受け、自励発振器１０が生成する発振信号には雑音が印加される。

上述したように、自励発振器１０は、自己の出力信号に基づいて次の出力信号を生成する。このため、出力信号に印加されていた雑音が次の出力信号にも蓄積される。例えば自励発振器１０がループ発振を行う場合、出力信号の各サイクルのパルスには、前サイクルのパルスに印加されていた雑音と、当該サイクルで与えられる雑音との和の雑音が印加される。つまり、自励発振器１０は、被測定箇所において生じた雑音を、発振周期に応じて積分する。

伝送路２０は、自励発振器１０が出力する発振信号を、測定器３０に伝送する。伝送路２０は、回路基板等に形成された配線を含んでよい。発振信号が伝送路２０を伝送することにより、伝送路２０で生じた雑音が更に発振信号に印加される。例えば発振信号には、伝送路２０で生じた白色雑音等が印加される。

測定器３０は、伝送路２０が伝送した発振信号に印加された雑音を測定する。また、測定器３０は、伝送路２０が伝送した発振信号に印加された雑音を微分することにより、自励発振器１０が設けられた被測定箇所で生じた雑音を測定する。ここで雑音の微分とは、例えば上述した自励発振器１０における雑音の積分の逆の処理を指してよい。上述したように、雑音の積分は、例えば発振周期毎に雑音を加算していく処理であるので、雑音の微分は、例えば発振周期毎に雑音の差分を求める処理であってよい。

このような処理により、被測定箇所で生じた雑音を、測定器３０において再現して測定することができる。また、伝送路２０で生じた白色雑音等も、測定器３０で微分される。上述したように、雑音の微分は、例えば発振周期毎の雑音の差分である。伝送路２０で生じた雑音のうち、比較的大きい周期（小さい周波数）の雑音については、発振周期毎に差分を求めることによりキャンセルされる。このため、伝送路２０で生じた雑音の影響を低減して、被測定箇所で生じた雑音を精度よく測定することができる。

本例の測定器３０は、遅延回路３２、位相比較器３４、及び雑音算出部３６を有する。遅延回路３２は、伝送路２０が伝送した発振信号を分岐して受け取り、所定の遅延量で遅延させた遅延信号を出力する。例えば遅延回路３２は、受け取った発振信号を、発振信号の平均周期の整数倍の遅延量で遅延させた遅延信号を生成してよい。以下では、当該整数倍が１倍の場合を説明する。

また、遅延回路３２の遅延量は、自励発振器１０の設計値等に基づいて使用者等が設定してよい。また、自励発振器１０が出力する発振信号の平均周期を測定して、測定値に基づいて遅延回路３２の遅延量を設定する測定部を、雑音測定装置１００に更に設けてもよい。

位相比較器３４は、伝送路２０が伝送した発振信号と、遅延回路３２が出力する遅延信号との位相差を検出する。例えば位相比較器３４は、発振信号の各パルスのエッジと、遅延信号の各パルスのエッジとの位相差を検出してよい。本例の遅延回路３２は、発振信号の平均周期の１倍の遅延量で発振信号を遅延させるので、位相比較器３４は、発振信号の各パルスのエッジと、前サイクルのパルスのエッジとの位相差を検出する。これにより、上述した発振周期毎に雑音の差分を求める微分処理を行うことができる。

また、位相比較器３４は、検出した位相差に応じたレベルの電圧を出力してよい。本例の位相比較器３４は、発振信号の各パルスのエッジ毎に位相差を検出して、順次検出した位相差に応じた電圧信号を出力する。

雑音算出部３６は、位相比較器３４が検出した位相差に基づいて、被測定箇所における雑音を算出する。例えば雑音算出部３６は、位相比較器３４が順次検出した位相差の２乗平均を求めることにより、被測定箇所で生じた雑音の実効値を算出してよい。また、位相比較器３４が順次検出した位相差のピークツゥピーク値を算出してもよい。

図２は、自励発振器１０が出力する発振信号の波形の一例を示す図である。本例の自励発振器１０は、被測定箇所で生じた雑音が印加された、平均発振周期Ｔの発振信号を生成する。発振信号は、理想的には時刻０、Ｔ、２Ｔ、３Ｔ、・・・でエッジを有するが、雑音により、各エッジのタイミングは、理想的なタイミングに対してジッタＪ（Ｔ）有する。

例えば、第１サイクルのエッジのタイミングは、時刻Ｔに対して、ジッタＪ（１）の誤差を有する。また、第２サイクルのエッジのタイミングは、時刻２Ｔに対してジッタＪ（２）の誤差を有するが、ジッタＪ（２）は、被測定箇所で生じた雑音に、前サイクルにおけるジッタＪ（１）を加えたものとなる。同様に、第３サイクルのエッジのジッタＪ（３）は、被測定箇所で生じた雑音に、前サイクルにおけるジッタＪ（２）を加えたものとなる。このようにして、自励発振器１０の発振信号には、被測定箇所で生じた雑音が蓄積される。

即ち、自励発振器１０が出力する発振信号のジッタＪ（Ｔ）は、下式で表される。
Ｊ（Ｔ）＝Ｎ（Ｔ）＋Ｊ（Ｔ−１） ・・・式（１）
但しＮ（Ｔ）は、被測定箇所で生じた雑音を示す。

そして、雑音算出部３６の微分処理において、発振周期毎の雑音の差分、即ちＪ（Ｔ）−Ｊ（Ｔ−１）を算出するので、式（１）から、被測定箇所で生じた雑音Ｎ（Ｔ）が再現される。このような処理により、被測定箇所で生じた雑音を測定することができる。

図３は、雑音の周波数スペクトルの一例を示す図である。図３（ａ）は、被測定箇所（及び自励発振器１０の内部）で生じる雑音αの周波数スペクトルの一例を示す。本例では、被測定箇所で１／ｆ雑音が生じておらず、図３（ａ）に示すようなホワイトノイズが生じている場合を説明する。図３（ａ）に示す雑音は、例えば被測定箇所で生じる振幅雑音のスペクトルであってよい。なお、図３（ａ）及び図３（ｄ）における横軸は、雑音の周波数を対数で示しており、縦軸は、雑音の電力を対数で示す。

図３（ｂ）は、自励発振器１０が出力する発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図３（ａ）に示した雑音のうち、発振信号のキャリア周波数、及びその高調波の近傍の成分が、発振信号の位相雑音に変換される。但し以下においては、説明を簡略にすべく、高調波近傍から変換される雑音成分を考慮しない。

上述したように、被測定箇所で生じた雑音αは、自励発振器１０により積分されて、発振信号の位相雑音として観測される。このため、発振信号の位相雑音は、図３（ｂ）に示すような積分特性を有する。例えば、積分された雑音αのスペクトルは、所定の周波数範囲において、−２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有する。なお、図３（ｂ）及び図３（ｃ）における横軸は、発振信号のキャリア周波数に対する、雑音のオフセット周波数を対数で示しており、縦軸は、キャリア周波数の成分と、各周波数における雑音成分との電力比を示す。

図３（ｃ）は、測定器３０に入力される発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。上述したように、測定部３０に入力される発振信号には、図３（ｂ）に示した位相雑音に加え、伝送経路２０で生じた位相雑音βが更に印加される。伝送経路２０で生じた位相雑音βは、例えば図３（ｃ）に示すようにホワイトノイズである。

図３（ｄ）は、位相比較器３４が出力する信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。位相比較器３４は、検出した位相差に応じた電圧信号を出力してよい。上述したように、位相比較器３４が検出する位相差は、測定器３０に入力される発振信号の位相雑音を微分したものに相当する。この結果、図３（ｂ）に示した雑音αの積分特性がキャンセルされる。このため、雑音αのスペクトルは、図３（ａ）に示した被測定箇所で生じた雑音のスペクトルと略同一となる。また、伝送経路２０で生じた雑音βのスペクトルは、当該微分処理により抑圧される。

係る処理により、伝送路２０において生じた雑音βの影響を低減して、被測定箇所において生じた雑音αを精度よく測定することができる。また、雑音算出部３６は、位相比較器３４が検出した位相差のうち、予め定められた基準周波数より小さい周波数成分を抽出してから、上述した被測定箇所における雑音を算出してもよい。当該基準周波数は、伝送路２０において生じる雑音を微分したときに、基準周波数より小さい周波数の成分のレベルが、所定の基準値より小さくなる周波数であってよい。

図４は、雑音の他の周波数スペクトル例を示す図である。図４（ａ）は、被測定箇所（及び自励発振器１０の内部）で生じる雑音αの周波数スペクトルの一例を示す。本例では、被測定箇所で１／ｆ雑音及びホワイトノイズが生じている場合を説明する。なお、図４における縦軸及び横軸は、図３において対応する図における縦軸及び横軸と同一である。また、図４におけるコーナー周波数ｆｃｏｒｎｅｒは、周波数に依存する１／ｆ雑音のスペクトル波形が立ち上がる周波数を指してよい。１／ｆ雑音の成分は、コーナー周波数より小さい周波数範囲において、例えば−１０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す雑音を受けた自励発振器１０が出力する発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。図３（ｂ）において説明したように、被測定箇所で生じた雑音αは、自励発振器１０により積分される。この結果、積分された雑音αのスペクトルは、コーナー周波数より小さい周波数範囲において、例えば−３０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有する。また、コーナー周波数より大きい周波数範囲において、例えば−２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有する。

図４（ｃ）は、測定器３０に入力される発振信号の位相雑音の周波数スペクトルの一例を示す。測定部３０に入力される発振信号には、図４（ｂ）に示した位相雑音に加え、伝送経路２０で生じた位相雑音βが更に印加される。伝送経路２０で生じた位相雑音βは、例えば図４（ｃ）に示すようにホワイトノイズである。

図４（ｄ）は、位相比較器３４が出力する信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。上述したように、位相比較器３４が検出する位相差は、測定器３０に入力される発振信号の位相雑音を微分したものに相当する。この結果、図４（ｂ）に示した雑音αの積分特性（−２０ｄＢ／ｄｅｃの傾き）がキャンセルされる。このため、雑音αのスペクトルは、図４（ａ）に示した被測定箇所で生じた雑音のスペクトルと略同一となる。また、伝送経路２０で生じた雑音βのスペクトルは、当該微分処理により抑圧される。

係る処理により、伝送路２０において生じた雑音βの影響を低減して、被測定箇所において生じた１／ｆ雑音を含む雑音αを精度よく測定することができる。例えば、雑音βのスペクトルは、当該微分処理により、コーナー周波数より小さい周波数領域では、ほぼ観測されない。このため、コーナー周波数より小さい領域における、微弱な１／ｆノイズを精度よく観測することができる。雑音算出部３６は、位相比較器３４が検出した位相差のうち、コーナー周波数より小さい周波数成分を抽出してから、上述した被測定箇所における１／ｆ雑音を算出してもよい。

図５は、雑音算出部３６の構成の一例を示す図である。雑音算出部３６は、スペクトル算出部３８、抽出部４０、及び算出部４２を有する。スペクトル算出部３８は、発振信号の各サイクルに対して位相比較器３４が検出したそれぞれの位相差に基づいて、位相比較器３４が検出した雑音の周波数スペクトルを算出する。例えばスペクトル算出部３８は、発振信号のエッジ毎に位相比較器３４が検出した位相差の値を離散フーリエ変換することにより、周波数スペクトルを算出してよい。

抽出部４０は、抽出部４０が抽出した周波数スペクトルの、予め定められた周波数より小さい周波数の成分を抽出する。当該周波数は、上述した基準周波数である。算出部４２は、抽出部４０が抽出した周波数スペクトルの成分に基づいて、被測定箇所で生じた雑音を算出する。例えば算出部４２は、抽出部４０が抽出した周波数スペクトルの成分をフーリエ逆変換することにより、被測定箇所で生じた雑音の時間波形を算出してよい。抽出部４０は、算出した時間波形に基づいて、被測定箇所で生じた雑音の実効値、最大値、最小値、最大値と最小値との差分等を算出してよい。

また、雑音算出部３６は、スペクトル算出部３８及び抽出部４０に代えて、位相比較器３４が出力する電圧信号のうち、例えばコーナー周波数等の基準周波数より小さい周波数成分を通過させて算出部４２に供給するフィルタを有してもよい。このような構成により、例えば被測定箇所において生じた１／ｆ雑音を精度よく測定することができる。

図６は、測定器３０の他の構成例を示す図である。本例における測定器３０は、図１から図５に関連して説明した測定器３０の構成に加え、調整部４４を更に有する。他の構成は、図１に示した構成と同一であってよい。

図７は、位相比較器３４が出力する電圧信号の波形の一例を示す図である。調整部４４は、位相比較器３４が出力する位相差の直流成分が略零となるように、位相比較器３４が出力する位相差に基づいて、遅延回路３２における遅延量を調整する。

例えば調整部４４は、予め定められた期間毎に、当該期間内において位相比較器３４が出力する位相差の平均値を算出して、当該平均値が略零となるように、遅延回路３２における遅延量を調整してよい。このような構成により、遅延回路３２における遅延量を、発振信号の周期の整数倍に精度よく設定することができる。

図８は、雑音測定装置１００の他の構成例を示す図である。本例における雑音測定装置１００は、複数の自励発振器１０、伝送路２０、選択部２４、測定器３０、分布算出器２６、及び回路制御部２８を備える。それぞれの自励発振器１０は、図１から図７に関連して説明した自励発振器１０と同一であってよい。それぞれの自励発振器１０は、例えば測定対象の回路基板上において、それぞれ異なる被測定箇所に設けられる。

伝送路２０は、それぞれの自励発振器１０が出力する発振信号を伝送する。本例の伝送路２０は、複数の個別配線２２を有する。複数の個別配線２２は、複数の自励発振器１０と一対一に対応して設けられ、対応する自励発振器１０が出力する発振信号を伝送する。それぞれの個別配線２２は、図１から図７において説明した伝送路２０と同一であってよい。

選択部２４は、複数の個別配線２２が伝送する発振信号を受け取り、それぞれの発振信号を順次選択して測定器３０に入力する。選択部２４は、例えば複数の個別配線２２と一対一に対応する複数の入力ポートを有しており、回路制御部２８からの制御信号に応じた入力ポートに入力される発振信号を選択して、測定器３０に入力してよい。

測定器３０は、複数の個別配線２２が伝送したそれぞれの発振信号に印加された雑音を測定する。測定器３０は、図１から図７に関連して説明した測定器３０と同一であってよい。但し、測定器３０の遅延回路３２は、選択部２４から入力される発振信号を分岐して受け取り、所定の遅延量で遅延させた遅延信号を出力する。また、位相比較器３４は、選択部２４から入力される発振信号と、遅延回路３２が出力する遅延信号との位相差を検出する。また、雑音算出部３６は、位相比較器３４が検出した位相差に基づいて、選択部２４により選択された被測定箇所における雑音を算出する。

また、測定器３０は、選択部２４により順次与えられる発振信号の雑音を、順次測定してよい。測定器３０は、一つの発振信号の測定が終了した場合に、その旨を回路制御部２８に通知してよい。回路制御部２８は、当該通知を受けた場合に、次に測定すべき発振信号を選択部２４に選択させてよい。雑音測定装置１００は、このような処理を、全ての発振信号を測定するまで繰り返してよい。

分布算出器２６は、測定器３０が測定した、それぞれの被測定箇所の雑音に基づいて、測定対象の回路基板における雑音分布を算出する。例えば分布算出器２６は、測定器３０が測定した雑音の実効値等を、被測定箇所に対応付けた分布を算出してよい。測定器３０は、それぞれの測定値を、被測定箇所の情報に対応付けて、分布算出器２６に供給してよい。測定器３０に入力された発振信号が、いずれの被測定箇所に対応するかは、回路制御部２８が測定器３０に通知してよい。

また、回路制御部２８は、選択部２４が選択する発振信号を出力する自励発振器１０以外の自励発振器１０における発振を停止させてよい。このような動作により、他の自励発振器１０の発振による雑音の影響を排除することができる。

図９は、図８に示した雑音測定装置１００の一つの使用例を示す図である。本例の雑音測定装置１００は、回路基板の一例である半導体ウェハ３００上の複数の被測定箇所に、それぞれ自励発振器１０を設ける。このような構成により、半導体ウェハ３００で生じる雑音の分布を精度よく測定することができる。尚、伝送路２０、選択部２４、回路制御部２８、測定器３０、及び分布算出器２６の全て又は一部も、半導体ウェハ３００上に形成されてよい。例えば、選択部２４が半導体ウェハ３００に形成され、測定器３０、回路制御部２８、及び分布算出器２６が半導体ウェハ３００外に設けられてよい。

図１０は、図８に示した雑音測定装置１００の他の使用例を示す図である。本例の雑音測定装置１００は、回路基板の一例である半導体チップ４００上の複数の被測定箇所に、それぞれ自励発振器１０を設ける。また本例では、選択部２４が半導体チップ４００に設けられる例を示す。このような構成により、半導体チップ４００上で生じる雑音の分布を精度よく測定することができる。

半導体チップ４００は、電源部４１０及び複数の動作回路４２０を有する。複数の動作回路４２０は、半導体チップ４００の実装時に動作する回路であってよい。動作回路４２０は、例えば演算回路等のデジタル回路、発振回路等のアナログ回路であってよい。電源部４１０は、それぞれの動作回路４２０に、電源電力を供給する。

複数の自励発振器１０は、複数の動作回路４２０と一対一に対応して設けられる。それぞれの自励発振器１０は、対応する動作回路４２０に応じた被測定箇所に設けられる。例えばそれぞれの自励発振器１０は、対応する動作回路４２０が生じる雑音の影響により、発振信号にジッタが印加される程度に、動作回路４２０の近傍に設けられてよい。また、それぞれの自励発振器１０は、対応する動作回路４２０からの雑音の影響によるジッタが、他の動作回路４２０からの雑音の影響によるジッタに対して、所定の割合以上大きくなるように、対応する動作回路４２０の近傍に設けられてよい。

上述したように、回路制御部２８は、選択部２４が選択している自励発振器１０以外の自励発振器１０の発振を停止させてよい。また、回路制御部２８は、電源部４１０及び動作回路４２０を動作させるか否かを更に制御してもよい。このような制御により、回路基板の動作状態毎に、各被測定箇所の雑音を測定することができる。

例えば、被測定箇所における雑音のうち、１／ｆ雑音の成分を測定する場合、回路制御部２８は、電源部４１０及び複数の動作回路４２０を停止させてから、測定器３０に雑音を測定させてよい。この場合、自励発振器１０の発振信号には、自励発振器１０が設けられた被測定箇所の結晶構造等により生じる１／ｆ雑音等が印加され、他の回路からの雑音の影響は小さくなる。そして、図３において説明したように、測定器３０において、基準周波数より小さい周波数の成分を抽出して測定することにより、１／ｆ雑音の成分を精度よく測定することができる。

また、被測定箇所における雑音のうち、周波数に依存しない雑音の成分を測定する場合、回路制御部２８は、電源部４１０及び複数の動作回路４２０を動作させてから、測定器３０に雑音を測定させてよい。この場合、自励発振器１０の発振信号には、上述した１／ｆ雑音に加え、他の回路からの雑音が印加される。測定器３０は、入力される発振信号に応じて測定した雑音の周波数スペクトルから、上述した方法等により測定した１／ｆ雑音の周波数スペクトルを減じることにより、被測定箇所における雑音のうち、周波数に依存しない雑音の成分を測定してよい。

図１１は、雑音測定装置１００の他の構成例を示す図である。本例の雑音測定装置１００は、図８から図１０に関連して説明した雑音測定装置１００の構成に対し、複数の個別切替部５０を更に備える点と、複数の自励発振器１０が伝送路２０により直列に接続される点で相違する。他の構成は、図８から図１０に関連して説明した雑音測定装置１００と同一の構成を有してよい。尚、図１１においては、回路制御部２８を省略した構成を示すが、本例の雑音測定装置１００も、回路制御部２８を備えてよい。

伝送路２０は、複数の自励発振器１０を、測定器３０に対して直列に接続する直列配線２３を有する。直列配線２３は、接続されるべき２つの自励発振器１０の間に、それぞれ設けられてよい。

複数の個別切替部５０は、複数の自励発振器１０と一対一に対応して設けられる。それぞれの個別切替部５０は、前段の自励発振器１０の出力と、対応する自励発振器１０の出力とを受け取り、いずれを当該段の出力として通過させるかを切り替える。

選択部２４は、複数の個別切替部５０を制御することにより、いずれの自励発振器１０の発振信号を、測定器３０に入力するかを選択する。例えば選択部２４は、いずれかの個別切替部５０を選択して、選択した個別切替部５０には、対応する自励発振器１０の出力を通過させ、且つ他の個別切替部５０には、前段の自励発振器１０の出力を通過させる。このような制御により、選択した自励発振器１０が生成する発振信号を、測定器３０に入力することができる。また、選択部２４は、選択する個別切替部５０を順次変更することにより、それぞれの自励発振器１０が出力する発振信号を順次選択して、測定器３０に入力する。

尚、図１から図１１において説明した自励発振器１０は、回路基板の実動作時に動作しない発振器であってよい。つまり、自励発振器１０は、回路基板における雑音を測定すべく設けられた発振器であってよい。また、自励発振器１０は、回路基板の実動作時に動作する発振器であってもよい。この場合、回路基板は、雑音測定時に、自励発振器１０の出力を測定器３０に伝送する伝送路を有してよい。

また、図１から図１１において説明した例では、雑音測定装置１００が自励発振器１０を備えているが、他の例では、測定対象の回路基板が自励発振器１０を備え、雑音測定装置１００は自励発振器１０を備えなくともよい。この場合、雑音測定装置１００は、回路基板の自励発振器１０の出力を、測定器３０に伝送する伝送路を有してよい。

図１２は、本発明の一つの実施形態に係る試験装置２００の構成の一例を示す図である。試験装置２００は、半導体チップ、半導体ウェハ等の被試験デバイス５００を試験する装置であって、雑音測定装置１００及び判定部２１０を備える。

雑音測定装置１００は、図１から図１１において説明したいずれかの雑音測定装置１００であってよい。判定部２１０は、雑音測定装置１００における測定結果に基づいて、被試験デバイス５００の良否を判定する。

例えば、雑音測定装置１００が、被試験デバイス５００の予め定められた被測定箇所における雑音を測定する場合、判定部２１０は、雑音測定装置１００が測定した雑音の実効値等の値が、所定の範囲内であるか否かにより、被試験デバイス５００の良否を判定してよい。

また、雑音測定装置１００が、被試験デバイス５００の回路基板における雑音分布を測定する場合、判定部２１０は、雑音測定装置１００が測定した雑音分布に基づいて、被試験デバイス５００の良否を判定する。例えば、判定部２１０は、雑音分布における各雑音の値が、所定の範囲内であるか否かにより、被試験デバイス５００の良否を判定してよい。また、判定部２１０は、雑音分布のバラツキの大きさ、標準偏差等が、所定の範囲内であるか否かにより、被試験デバイス５００の良否を判定してよい。上述したように、雑音測定装置１００は、精度よく雑音を測定することができる。このため、試験装置２００は、被試験デバイス５００の良否を精度よく判定することができる。

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。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

以上のように、本発明の実施形態によれば、測定系の伝送経路で生じる雑音の影響を低減することができる。このため、被測定箇所における微弱な雑音を精度よく測定することができる。また、複数の被測定箇所における雑音分布を精度よく測定することができる。

また、測定すべき雑音は、自励発振器１０により、発振周期の揺らぎ（発振信号のジッタ、位相雑音）に変換される。つまり、測定すべき雑音の情報は、発振信号のタイミング情報に変換される。そして、測定器３０は、発振信号のタイミング情報を測定して、雑音をもとめる。このため発振信号は、当該タイミング情報を保存して測定器３０に伝送されればよく、アナログの波形情報を必ずしも伝送せずとも、雑音を測定することができる。

従って、発振信号の伝送、選択を行う伝送路２０、選択部２４、個別切替部５０等は、論理回路等のデジタル回路を用いてよい。これにより、簡単な回路で、且つ、伝送路２０等における電圧誤差、伝送歪の影響を低減して、被測定箇所における雑音を測定することができる。

Claims (19)

1. 被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置であって、
   前記被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける前記被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する自励発振器と、
   前記自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する伝送路と、
   前記伝送路が伝送した前記発振信号に印加された雑音を測定する測定器と
   を備え、
   前記測定器は、前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置。
2. 前記測定器は、
   前記伝送路が伝送した前記発振信号を分岐して受け取り、所定の遅延量で遅延させた遅延信号を出力する遅延回路と、
   前記伝送路が伝送した前記発振信号と、前記遅延回路が出力する前記遅延信号との位相差を検出する位相比較器と、
   前記位相比較器が検出した位相差に基づいて、前記被測定箇所における雑音を算出する雑音算出部と
   を有する請求項１に記載の雑音測定装置。
3. 前記遅延回路は、受け取った前記発振信号を、前記発振信号の平均周期の整数倍の遅延量で遅延させた前記遅延信号を出力する
   請求項２に記載の雑音測定装置。
4. 前記雑音算出部は、
   前記発振信号の各サイクルに対して前記位相比較器が検出したそれぞれの位相差に基づいて、位相比較器が検出した雑音の周波数スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記周波数スペクトルの、予め定められた周波数より小さい周波数の成分を抽出する抽出部と、
   前記抽出部が抽出した前記周波数スペクトルの成分に基づいて、前記被測定箇所において生じた雑音を算出する算出部と
   を有する請求項３に記載の雑音測定装置。
5. 回路基板における雑音分布を測定する雑音測定装置であって、
   前記回路基板のそれぞれ異なる被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける前記被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する複数の自励発振器と、
   それぞれの前記自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する伝送路と、
   前記伝送路が伝送したそれぞれの前記発振信号に印加された雑音を測定する測定器と、
   前記測定器が測定したそれぞれの雑音に基づいて、前記回路基板における雑音分布を算出する分布算出器と
   を備え、
   前記測定器は、前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置。
6. 前記伝送路は、複数の前記自励発振器と一対一に対応して設けられ、対応する前記自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する複数の個別配線を有し、
   前記雑音測定装置は、複数の前記個別配線が伝送する前記発振信号を受け取り、それぞれの前記発振信号を順次選択して前記測定器に入力する選択部を更に備える
   請求項５に記載の雑音測定装置。
7. 前記伝送路は、
   複数の前記自励発振器を、前記測定器に対して直列に接続する直列配線と、
   複数の前記自励発振器と一対一に対応して設けられ、前段の個別切替部の出力と、対応する前記自励発振器の出力とを受け取り、いずれを当該段の出力として通過させるかを切り替える個別切替部と
   を有し、
   前記雑音測定装置は、いずれかの前記個別切替部を順次選択して、選択した前記個別切替部には、対応する前記自励発振器の出力を通過させ、且つ他の前記個別切替部には、前段の前記個別切替部の出力を通過させることにより、それぞれの前記自励発振器が出力する前記発振信号を順次選択して、前記測定器に入力する選択部を更に備える
   請求項５に記載の雑音測定装置。
8. 前記測定器は、
   前記選択部から入力される前記発振信号を分岐して受け取り、所定の遅延量で遅延させた遅延信号を出力する遅延回路と、
   前記選択部から入力される前記発振信号と、前記遅延回路が出力する前記遅延信号との位相差を検出する位相比較器と、
   前記位相比較器が検出した位相差に基づいて、前記選択部により選択された前記被測定箇所における雑音を算出する雑音算出部と
   を有する請求項７に記載の雑音測定装置。
9. 前記遅延回路は、受け取った前記発振信号を、前記発振信号の平均周期の整数倍の遅延量で遅延させた前記遅延信号を出力する
   請求項８に記載の雑音測定装置。
10. 前記測定器は、前記位相比較器が出力する位相差の直流成分が略零となるように、前記位相比較器が出力する位相差に基づいて、前記遅延回路における遅延量を調整する調整部を更に有する
    請求項８に記載の雑音測定装置。
11. 前記雑音算出部は、
    前記発振信号の各サイクルに対して前記位相比較器が検出したそれぞれの位相差に基づいて、前記被測定箇所における雑音の周波数スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
    前記周波数スペクトルの、予め定められた周波数より小さい周波数の成分を抽出する抽出部と、
    前記抽出部が抽出した前記周波数スペクトルの成分に基づいて、前記被測定箇所で生じた雑音を算出する算出部と
    を有する請求項８に記載の雑音測定装置。
12. 前記選択部が選択した前記自励発振器以外の前記自励発振器における発振を停止させる回路制御部を更に備える
    請求項６に記載の雑音測定装置。
13. 前記回路基板は、複数の動作回路を備え、
    それぞれの前記自励発振器は、対応する前記動作回路に応じた前記被測定箇所に設けられる
    請求項５に記載の雑音測定装置。
14. 前記回路基板は、前記動作回路に電源電力を供給する電源部を更に備え、
    前記雑音測定装置は、前記被測定箇所における雑音のうち、周波数に反比例する１／ｆ雑音の成分を測定する場合に、それぞれの前記動作回路及び前記電源部を停止させてから、前記測定器に雑音を測定させる回路制御部を更に備える
    請求項１３に記載の雑音測定装置。
15. 前記回路基板は、前記動作回路に電源電力を供給する電源部を更に備え、
    前記雑音測定装置は、前記被測定箇所における雑音のうち、周波数に依存しない雑音の成分を測定する場合に、それぞれの前記動作回路及び前記電源部を動作させてから、前記測定器に雑音を測定させる回路制御部を更に備える
    請求項１３に記載の雑音測定装置。
16. 被試験デバイスの雑音を測定する雑音測定装置であって、
    前記被試験デバイスの被測定箇所に設けられた自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、
    前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する測定器と
    を備える雑音測定装置。
17. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    前記被試験デバイスの予め定められた被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置と、
    前記雑音測定装置が測定した雑音に基づいて、前記被試験デバイスの良否を判定する判定部と
    を備え、
    前記雑音測定装置は、
    前記被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける前記被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する自励発振器と、
    前記自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する伝送路と、
    前記伝送路が伝送した前記発振信号に印加された雑音を測定する測定器と
    を有し、
    前記測定器は、前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する試験装置。
18. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    前記被試験デバイスの回路基板における雑音分布を測定する雑音測定装置と、
    前記雑音測定装置が測定した雑音分布に基づいて、前記被試験デバイスの良否を判定する判定部と
    を備え、
    前記雑音測定装置は、
    前記回路基板のそれぞれ異なる被測定箇所に設けられ、各サイクルにおける前記被測定箇所の雑音が順次蓄積された発振信号を出力する複数の自励発振器と、
    それぞれの前記自励発振器が出力する前記発振信号を伝送する伝送路と、
    前記伝送路が伝送したそれぞれの前記発振信号に印加された雑音を測定する測定器と、
    前記測定器が測定したそれぞれの雑音に基づいて、前記回路基板における雑音分布を算出する分布算出器と
    を有し、
    前記測定器は、前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する試験装置。
19. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    前記被試験デバイスの予め定められた被測定箇所における雑音を測定する雑音測定装置と、
    前記雑音測定装置が測定した雑音に基づいて、前記被試験デバイスの良否を判定する判定部と
    を備え、
    前記雑音測定装置は、
    前記被試験デバイスの被測定箇所に設けられた自励発振器が出力する発振信号を伝送する伝送路と、
    前記伝送路が伝送した前記発振信号の発振周期毎の雑音の差分を求める処理を行い、前記被測定箇所における雑音を測定する測定器と
    を有する試験装置。

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