自動測試設備的系統性能有效性的校準方法

2023-06-01 22:52:36 1

專利名稱：自動測試設備的系統性能有效性的校準方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體測試系統，其用於對半導體器件如集成電路(ICs)進行測試，特別是涉及一種不需要外部測試設備對半導體測試系統中的單個測試機插針進行校準。
本申請與2003年1月10日提出的題為「Semiconductor Test SystemStoring Pin Calibration Data In Non-volatile Memory」的美國專利申請案10/340,349有關，該申請的全部內容基於一切目的併入本申請。
背景技術：
在使用測試機等測試系統對IC等半導體器件進行測試的過程中，測試系統如自動測試設備(ATE)在特定的功能測試插針向被測元件(DUT)提供測試信號或測試圖案(test pattern)。利用驅動器將測試信號傳送到DUT，驅動器可生成對振幅、阻抗、電流、轉換速率等可以進行選擇的測試信號。測試系統接收DUT響應測試信號而產生的輸出信號，並且模擬比較器在接收到按預定周期生成的選通信號時，對該輸出信號進行選通或採樣。捕捉到的輸出數據與預期的輸出數據進行比較，以便確定該DUT是否工作正常。
圖1是一示例性測試系統環境100。來自插針卡104上的插針單元102的測試向量(test vector)可能需要經過驅動器106、電線108、功能「彈簧插針」110(「pogo pin」)、負載板114上的跡線112(trace)、插座116(socket)、並最終進入DUT 118。輸出信號必需經由幾乎相同的路徑返回到插針卡104，不同之處在於輸出信號要經過一個或多個比較器120而非經過驅動器106。驅動器106和比較器120典型地被組裝在被稱為插針單元或插針電子儀122(pin electronics)的組塊中。
插針卡供貨商提供的安裝在測試系統100內的每一個插針卡104在設計上都是完全相同的。但是，已安裝的插針卡104被置於測試系統100內不同插槽(slot)中，因此具有唯一的物理信號路徑。過長的信號路徑可能會含有寄生電阻和電容(RCs)，使信號的傳播以及上升和下降時間變慢。而且，儘管經過每個插針卡104上的每個插針單元102的信號路徑都採用相同的電路設計和相同類型的部件，部件間變異(part-to-partvariations)仍可導致傳播延遲、電壓和電流位準及上升和下降時間的差異。因為DUT的測試要求對輸入測試信號的交流(AC)和直流(DC)特性的精確控制及輸出信號計時和參數的精確測量，因此需要對插針單元102中的測試信號和輸出信號進行校準，以便解決測量誤差和信號退化，從而確保精確的測量結果。
校準數據可被看作是為了提供最為精確的結果用來調節元件測量或刺激物(stimulus)的補償數據。可以採用幾種方式來使用校準數據。例如，它可以是一個硬體校正寄存器參數或一個用於校正測量結果的調節參數。在測試系統中每個插針可能都需要使用校準數據補償參考驅動電壓、參考比較電壓、驅動電流負載、連接到測試插針的參數測量電路、用來觸發比較的計時選通(timing strobe)、用來驅動測試插針刺激物的計時觸發器，等等。
傳統上，功能測試插針的校準一直是利用測試系統外部的測試設備進行的，例如，示波器、電壓表、電流表等等。這些傳統方法可能是非常消耗時間的。每個測試機插針的DC和AC特性都被測量後才能得到補償數據。對於DC測量來說，需要測試設備具有電壓源、電流測量(VSIM)和電流源、電壓測量(ISVM)的能力。這種方法提供的DC測量具有與測量設備的誤差有關的誤差因素。對於AC測量(即，與計時相關的特性，如邊緣布置、波形上升時間和波形下降時間)，可使用高速示波器。同樣，對於這些測量，誤差因素就是測量儀器的誤差。外部測量儀器的局限性之一就在於這些儀器典型地是由響應時間較慢的通用接口總線(GPIB)協議控制的。由於所有的測量都是通過GPIB並且經由外部測試設備所進行的，因此無論在何時或在何地需要進行補償時，為了獲取所有測量數據並進行計算補償值的計算，當前ATE系統上龐大的測試機插針數量便會造成一個非常耗時的處理程序。
因此，有必要提供一種不要求使用外部測試設備對單個測試機插針進行校準的ATE校準方法，並提供插針卡之間均衡的時序錯位(timing skew)。

發明內容
本發明實施例的旨在提供一種不需要外部測試設備就能夠對對單個功能插針進行校準並在功能插針和插針卡之間提供均衡時序錯位的ATE校準方法和系統。
總體上適用於本發明實施例的測試系統環境包括多個插針卡，每個插針卡都藉由電線(cabling)耦接到一個DUT接口，如負載板。這些插針卡還藉由底板(backplane)上的測試機總線連接到這些插針卡共用的測試系統組件，如測試機控制器。每個插針卡可具有多個功能插針和一個或多個精密測量單元(PMU，precision measurement unit)。PMU可由兩個或多個功能插針之間共享，或者為某單一功能插針所專用。測試系統中所有插針卡上的PMU一起組成一個通用DC單元(UDC，universal DU unit)(也稱中央測量單元或中央DC參考單元)。在本發明的實施例中，UDC還具有能夠對測試機插針自身進行DC測量並由此能夠替代外部測試設備的分布式測量電路的功效。當測試系統處於正常測試(不是校準)模式時，UDC被連接到功能插針以便對DUT進行測量。
本發明的實施例專門為了校準的目的在測試系統中將至少一個功能插針指定為參考或「黃金」插針。此外，還將一個PMU指定為參考PMU。在一個實現(implementation)中，該參考PMU置於與參考插針相同的插針卡上。或者，可以將其置於底板或另一插針卡上。因為參考插針是由功能測試插針中選出的，所以該參考插針具有與其他任何功能測試插針相同的特性。但是，一旦某個功能插針被指定為參考插針，在優選實施例中，該插針就被禁止作為功能插針使用。但是，在另一實施例中，該參考插針可以作為功能插針使用。
一但指定了參考插針和參考PMU，就使用外部測試設備來測量參考插針的AC和DC特性。參考PMU也被用於測量參考插針的AC和DC特性。注意在參考插針上有可能為兩種不同的操作模式測量和存儲數據。由於測試設備參考插針的測量結果成為了測量所有功能插針和PMU所依據的標準，所以測試機控制器將PMU參考插針的測量與測試參考插針的測量進行比較。在使用參考PMU測量和校準功能插針的過程中，任何偏差都表示參考PMU中被注意到的誤差。一旦確定了參考插針和參考PMU的參數和特性，測試系統中其他所有的功能插針都能夠利用參考PMU被連接到該參考插針並以該參考插針為基準進行測量，不再需要外部測試設備。
每個功能插針和參考插針都包含驅動器和比較器。為了測量功能插針的輸出驅動器特性，使用轉換開關將參考插針的比較器耦接到功能插針的驅動器。此時尚未連接任何DUT。然後參考PMU進行功能插針驅動器的DC測量。然後這些DC測量可被任何已知的參考PMU誤差補償(offset)。類似地，為了測量功能插針的輸入比較器特性(例如，輸入電壓和電流位準)，使用轉換開關將參考插針的驅動器耦接到功能插針的比較器。然後參考PMU進行功能插針比較器的DC測量，然後同樣這些DC測量可被任何已知的參考PMU誤差補償(offset)。由於使了用參考插針和校準後的參考PMU作為測量工具，就沒有必要利用外部測試設備測量單個功能插針參數，從而減少了整體的校準時間。將測出的參考插針數據與測出的功能插針數據進行比較，就可以確定每個功能插針的校準數據。
為了儘可能確保所有插針中的錯位(skew)都得到均衡，在本發明的一實施例中，將參考插針的位置儘可能選擇在靠近功能插針範圍的中點(midpoint)。然而，即使將參考插針安置於中點位置，對於錯位中較大的不同的補償仍然是困難的。因此，在本發明另一實施例中，可以指定超過一個參考插針以便限制錯位變化。測試機控制器能夠依據存儲的功能插針校準數據確定需要多少個參考插針，以及在測試系統中何處將其指定，從而限制最大錯位。
在本發明的實施例中，每個插針卡以及可選地在底板中採用非易失性存儲器如快閃記憶體(flash memory)存儲校準數據。該非易失性存儲器以本機形式安置於每個插針卡上，因此即使從系統中移除一個插針卡或發生斷電時，校準數據也不會丟失。
經由上述可知，本發明是有關於一種ATE校準方法和系統，不需要使用外部測試設備為單個功能插針進行校正，並且提供功能插針和插針之間均衡的時序錯位(timing skew)。在測試系統中選取一個功能插針作為參考插針或「黃金」插針，並且另外選取一個功能插針作為精確測量單元(PMU)。外部測試設備和參考PMU被用來測量參考插針的AC和DC特性，任何偏差都表示參考PMU中的測量誤差。測試系統中的所有功能插針都可以使用參考PMU相對於參考插針進行測量，將測量誤差考慮在內，並且不需要外部測量設備。為了確保所有插針間的錯位得到均衡，將參考插針的位置選擇在儘量靠近功能插針範圍內的中點。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。


圖1繪示一示例性測試系統環境。
圖2繪示一可通用於本發明實施例的示例性測試系統環境。
圖3繪示一根據本發明實施例在一插針卡和一底板上功能插針和一精密測量單元(PMU)之間的示例性連接路徑。
圖4繪示一根據本發明實施例插針卡上參考插針的DC和AC測量的示例性電路圖。
圖5繪示一根據本發明實施例用於VSIM測量的PMU的示例性電路圖。
圖6繪示一根據本發明實施例PMU測量的程序文件實例。
圖7繪示一根據本發明實施例在功能插針的測量期間功能插針和參考插針之間連接的示例性簡化示意圖。
圖8繪示一根據本發明實施例由PMU對一功能插針進行的基礎DC測量程序的流程圖。
圖9繪示一根據本發明實施例在功能插針測量期間插針卡之上的功能插針與插針上的參考插針之間藉由底板連接的示例性詳圖。
圖10繪示一根據本發明實施例一參考插針與(1)位於同一插針卡上作為參考插針的功能插針；和(2)藉由系統底板在另一插針卡上的功能插針之間的示例性連接性。
圖11繪示一根據本發明實施例說明對功能性插針時序錯位的測量的示例性方塊圖。
圖12繪示一根據本發明實施例對參考插針示例性的任意選擇。
圖13a繪示一根據本發明一實施例具有1024功能插針和被分配為中點功能插針的一參考針的測試系統實例。
圖13b繪示一根據本發明一實施例中為了將錯位降低到圖13a的最大錯位的一半，在插針組0-512(插針256)和插針組513-1025(插針769)內的中點指定兩個參考插針的測試系統實例。
圖13c繪示一根據本發明實施例為了將錯位降低到圖13a的最大錯位的三分之一，而具有三個參考插針的測試系統實例。。
圖14繪示一根據本發明實施例使用本機非易失性存儲器，如EEPROM或快閃記憶體的插針卡實例。
圖15繪示一根據本發明實施例使用非易失性存儲器作儲存參考插針位置的底板實例。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的自動測試設備的系統性能有效性的校準方法其具體實施方式
、結構、方法、步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。
系統環境。本發明的實施例目的在於提供一種不要求外部測試設備就能夠校準單個功能插針並在功能插針和插針卡之間提供均衡的時序錯位的ATE校準方法和系統。
圖2繪示一可通用於本發明實施例的示例性測試系統環境200。測試系統包括多個插針卡202，每個插針卡都藉由電線206耦接到一個DUT接口204，如負載板。插針卡202還藉由底板212上的測試機總線214連接到插針卡共用的測試系統組件，如測試機控制器208。注意儘管在圖2測試機控制器208位於底板212之上，在本發明的實施例中，測試機控制器即可以置於底板之上也可以與底板分開設置。其他與插針卡共用的測試系統組件包括電源210和其他本領域技術人員易於想到的元件。
圖3繪示一根據本發明實施例功能插針300、302和底板308之上的插針卡306和精密測量單元(PMU)304之間的示例性連接。應該能夠理解，儘管圖3中只示出了兩個代表性的功能插針和一個PMU，實際上插針卡306上具有多個功能插針和一或多個PMU 304。PMU即可由兩個或多個功能插針共享，也可專用於某一個功能插針。測試系統中所有插針卡306上的PMU304共同構成一通用DC單元(UDC)(也稱中央測量單元或中央DC參考單元)。UDC還具有替代外部測試設備能夠進行DC測量的分布式測量電路的功效。UDC還具有能夠替代伏特表、電流表等外部測試設備的功效。因此，UDC具有與外部測試設務等同的執行VSIM和ISVM功能的能力。此外，當測試系統處於正常測試(非校準)模式時，UDC還可連接到功能插針用來測量DUT。
功能插針300、302和PMU 304都可以藉由UDC強制開關310(forceswitch)和總線UDC傳感開關312(sense switch)連接到底板308，其較佳地位於插針卡306上，以及藉由總線UDC強制開關314和總線UDC傳感開關316連接到底板308，這兩個開關既可置於插針卡306上，也可置於底板308上。注意I/O Even Pin Addr(I/O偶數插針地址)和I/O Odd Pin Addr(I/O奇數插針地址)塊318和320分別是僅當需要將PMU映射到多於一個功能插針而編址時才需要的塊。例如，如果每個PMU有8個功能插針，那麼就需要一個地址來指定在任何時間哪一個功能插針正在被連接到PMU。
參考插針和參考PMU的設計。本發明的實施例在測試系統中至少指定一個功能插針作為專門用於校準的參考或「黃金」插針。此外，還將一個PMU指定為參考PMU。在一較佳實施例中，參考PMU置於與參考插針相同的插針卡上。為討論方便，假定圖3的實例中的功能插針302和PMU304被指定為整個測試系統的參考插針和參考PMU。由於參考插針302是由功能測試插針中選擇的，因此參考插針302具有與其他任何一功能測試插針相同的特性。但是，一旦某功能插針被指定為參考插針，在較佳實施例中該插針被禁止作為功能插針使用。但是，在替代實施例中，參考插針可以被用作功能插針。
參考插針和參考PMU測量。一旦參考插針和參考PMU已經被指定，就使用外部測試設備對參考插針和參考PMU進行測量，從而建立參考插針和參考PMU的特性。首先，使用外部測試設備如用於DC測量的伏特計和電流計、用於AC測量的示波器測量參考插針的性能。
圖4是根據本發明實施例對插針卡402上的參考插針400進行DC和AC測量的示例性電路圖。在圖4的實例中，通過將伏特計或示波器測試探針連接到參考插針驅動器406的輸出408並將電流探針連接到插針卡電源的電源線410或412獲得對參考插針驅動器的測量。參考插針驅動器的輸出408這時可以不連接到DUT或任何功能插針，因此可以進行非負載測量。在一替換實施例中，可在參考插針驅動器的輸出加上一個阻抗負載，這樣可以進行阻抗負載測量。參考插針驅動器406可由本機插針卡控制器414控制，以便生成用於進行AC測量的轉換輸出。注意可使用示波器進行AC測量，如上升和下降時間。或者，可以離散時間間隔進行多個DC測量(例如電壓)，並可對這些測量進行計算推導出上升和下降時間。然後由外部測試設備進行的參考插針驅動器測量結果可在測試機控制器的控制下存入測試系統存儲器。此外，在參考插針輸入比較器上也可以進行DC和AC測量。注意有可能為兩種不同的模式在參考插針上測量和存儲數據。為討論方便，存儲的參考插針的外部測試設備測量結果在這裡可通稱為R_PINEXT在本發明的實施例中，不論是正在使用外部測試設備對參考插針進行測量時，或是在不同的時間，參考PMU 404還對參考插針驅動器和比較器進行DC測量。這些測量結果還可在測試機控制器的控制下存儲於測試系統存儲器中。注意參考PMU 404能夠藉由反覆的DC測量進行AC測量。例如，可藉由對輸出波形的反覆DC測量得到上升和下降時間，確定10％和90％電壓位準，並執行部分計算。為了便於討論，這裡可將參考插針的已存儲參考PMU測量結果通稱為R_PINPMU.
圖5所示為VSIM測量配置的PMU的電路圖實例。測試機控制器啟用或停用PMU，以便對插針卡上的功能插針進行測試並獲得每個功能插針的測量結果(例如電流、電壓)。
圖6所示為PMU測量例程的程序文件實例。下面的表1中顯示了由測量數據得出的校準數據集的實例。
增益調節(％對於正常值的偏差(1.0))

偏移調節(mV)

表1.由測量數據得出的校準數據實例請注意表1中的校準數據實例是由多個插針的測量結果導出的。Min和Max行表示不同PMU參數的數據範圍，而平均行給出了由所有插針的測量導出的平均校準值。在表1的實例中，四項DC測量值pmVINP、pmIVIN、pmIVMAX和pmIVMIN代表PMU的四個DC位準，並且每個DC測量結果都包括用於校準的一增益寄存器(倍增係數)和一偏移寄存器(移位)。請注意，pmVINP＝PMU的輸入電壓、pmiVIN＝PMU的輸入電流、pmIVMAX＝PMU上位比較器的電壓輸入、並且pmIVMIN＝PMU下位比較器的電壓輸入。
由於測試設備參考插針測量是對於所有經過測量的測功能插針和PMU的標準，因此測試機控制器將參考PMU參考插針測量與測試設備參考插針測量結果進行比較。任何偏差都表示在使用參考PMU對功能插針進行測量和校準時被考慮的參考PMU中的誤差。這些偏差還可在測試機控制器的控制下被存入測試系統存儲器。例如，如果外部測試設備測量的參考插針的輸出低電壓(Vol)為0.1伏特，但是參考PMU測量的參考插針的Vol為0.0伏特，那麼就會假定參考PMU測量的所有輸出低電壓測量結結果的誤差為-0.1伏特(即，任何參考PMU Vol測量結果都必需加+0.1伏特)。為了便於討論，參考插針上存儲的參考PMU測量結果和參考插針上存儲的外部測試設備測量結果可被計算並通稱為PMUERR＝P_PINPMU-R_PINEXT功能插針測量。參考插針和參考PMU的參數和特性一經確認，使用參考PMU，就能夠將測試系統中所有其他功能插針都連接到參考插針並相對於參考插針對功能插針進行測量，而無需外部測試設備。
圖7是根據本發明實施例在功能插針的校準期間功能插針700與參考插針702之間的連接的示例性簡化圖。如圖7所示，每個功能插針和參考插針都包含驅動器和比較器電路。為了測量功能插針700的輸出驅動器特性，開關704被配置為將參考插針702的比較器706與功能插針700的驅動器708耦接。此時尚未連接任何DUT。然後參考PMU 710對功能插針驅動器708進行DC測量，測量結果可存儲於測試系統存儲器。然後這些DC測量結果可被任何已知的參考PMU誤差補償，並且結果被存入測試系統存儲器。類似地，為了測量功能插針700的輸入比較器特性(例如，輸入電壓和電流位準)，開關704被配置為將參考插針702的驅動器712與功能插針700的比較器714耦接。然後參考PMU 710對功能插針比較器714進行測量，並由任何已知的參考PMU誤差補償。
圖8是根據本發明實施例由PMU進行的功能插針基礎DC測量程序。
請注意儘管圖7為具有兩個比較器的功能和參考插針，但是本發明的實施例中兩個比較器並非必要。例如，如果採用兩個比較器，在測試機控制器的控制下，在參考插針比較器(參見圖7中的輸入716和718)上設置的參考電壓建立一個預期電壓窗口。當待測電壓施加到比較器的另外兩個輸入時，比較器的輸出提供關於該電壓是否在窗口內、是否高於或低窗口的指示。但是，還可以僅使用一個比較器測量電壓範圍(例如，高於或低於某一閾值)。應該理解，儘管能夠使用參考PMU 710測量電壓，在較佳實施例中使用比較器，因為比較器使電壓測量的效率更高。例如，使用比較器可將獲得上升和下降時間所需要的重複參考PMU測量的次數降到最低。
為了便於討論，功能插針X上存儲的被已知參考PMU誤差補償的參考PMU測量結果可以被計算並通稱為F_PIN_XPMU_CORR＝F_PIN_XPMU-PMUERR，其中F_PIN_XPMU代表在使用已知參考PMU誤差進行校正前已經存儲的關於功能插針X的參考PMU測量結果。
圖9為根據本發明實施例在功能插針測量期間藉由底板的插針卡902上功能插針900與插針906上參考插針904之間示例性連接的詳圖。應該理解，參考插針904還可被用於對位於同一插針卡上的功能插針900進行校準。即使在這種配置中，參考插針904和功能插針900是藉由底板連接的。每個插針卡都包括一本機控制器908，其控制該插針卡上哪一個功能插針是活動的(active)，並且，對於每個活動的插針卡，或者對施加信號到功能插針驅動器進行控制，或者對感測功能插針比較器的接收信號進行控制。
圖10是根據本發明實施例藉由開關1008和系統底板1006，在同一插針卡1004上參考插針1000和功能插針1002之間的連接性的實例。還應注意，根據本發明的實施例，位於插針卡1012而非參考插針卡1004上的功能插針1010還可藉由開關1014和系統底板1006連接到參考插針1000。圖10是能夠使功能插針和不同插針卡上的參考插針每次進行一個連接的繼電器(開關)的實例。由於每次只能對一個插針卡進行校準，必需對圖10的開關組進行控制，從而僅使與正在測試中的插針卡對應的開關被閉合。
功能插針校準數據的計算。從上文描述的已存儲測量結果能夠為每個功能插針確定校準數據。該校準數據還可在測試機控制器的控制下被存儲於測試系統存儲器中。例如，如果參考插針驅動器被測量出具有+0.1伏特的Vol，並且功能插針驅動器被參考PMU測量出具有+0.1伏特的Vol，但是參考PMU的Vol誤差為-0.1伏特(即，必需向任何參考PMU Vol測量結果增加+0.1伏特)，那麼功能插針驅動器的真實Vol為+0.2伏特。將參考插針和經過校準的參考PMU作為測量工具使用，就沒有必要利用外部測試設備對單個功能插針參數進行測量，從而減少了整體校準時間。每個功能插針的校準數據可以採用CD或其他永久性存儲介質的方式提供給測試系統。為便於討論，已經存儲的功能插針X的校準數據可以被計算並通稱為F_PIN_XCAL＝F_PIN_XPMU_CORR_-R_PINIEXT組寫(Group write)。本發明實施例採用組寫計算和存儲技術，其能夠使測試系統存儲對每個功能插針都是獨一的增益和偏移校準數據，但卻又在一個總線周期內計算和存儲多個功能插針的校準後的測試數據，從而減少測試時間。為了將其實現，首先將功能插針組織成插針組(例如，一個插針卡上的所有插針)。然後為某一特定插針組發出組寫命令，從而設置插針電子儀DC參數，如Vih(計算並存儲校準的測試數據)。僅僅出於說明的目的，下面繼續對本實例進行描述，從存儲設備中揀出屬於該插針組的每一個功能插針的原始Vih數據，並將該數據乘以該插針已經存儲的增益校正，並將結果加入到該插針已經存儲的偏移校正中。最終結果就是校準後的測試數據，其被寫入一寄存器。因此一個組寫就能夠為一個組中的所有插針甚至於測試系統中的所有插針設置Vih。淨結果就是測試機中每個功能插針的參數都依照該插針的校準數據被校準。為了執行校準計算，每個功能插針僅需要一個乘法器和一個加法器。同一乘法器和加法器可被用於校準該插針的所有參數。
更新旗標(Update flag)。本發明實施例還利用了更新旗標。一個更新旗標包括為每個功能插針分配給一個寄存器的一個字位。例如，插針A的每個Vih、Vil、Iih和Iil寄存器都被分配一個更新旗標，並且插針B的每個Vih、Vil、Iih和Iil寄存器都被分配一個更新旗標。表2是與某一特定功能插針相關的寄存器的完整列表。


表2.功能插針的寄存器列表實例在表2的實例中，使用23個寄存器存儲各種數值。表2中的寄存器包括預定值和測量值的存儲寄存器，以及PMU校準操作的所有控制寄存器。
與某一特定參數相關的寄存器的更新旗標在發生此特定參數的組寫時被設定，並且只有在適當的寄存器被更新後才會被清空。例如，對Vih的組寫可能首先導致功能插針A和B的Vih寄存器的更新旗標被設定。這些設定的更新旗標首先會導致功能插針A的Vih寄存器被寫入適當的寄存器，其後是功能插針B的Vih寄存器，假定這兩個插針屬於同一組。即使對所有參數的組定被儘快地發出，更新旗標確保所有的寄存器都被更新。
錯位(skew)校準實例。圖11是根據本發明實施例說明功能插針時序錯位測量的示例性方塊圖。表3-表6說明了根據本發明實施例的錯位校正程序的實例。表3說明錯位校正程序。表4中提供了錯位測量數據實例。在該例中，使用多個寄存器按逐個插針存儲數據，這些寄存器的列表見表5。測試機控制器中使用的寄存器列表見表6。






表3.錯位校準程序實例

表4.錯位測量數據實例


表5.校準過程與功能插針相關的寄存器實例


表6.校準過程中與測試機控制器相關的寄存器實例參考插針的位置。如上如述，測試系統中指定一個或更多功能插針為參考插針。圖12繪示為任意選擇參考插針的示例。由於每個功能插針與參考插針之間的距離不同，造成信號路徑的變化，並由此產生時序錯位。如果被指定的參考插針導致功能插針錯位的廣泛變化，對這些錯位進行補償可能就比較困難。在圖12的實例中，功能插針1200和1202具有經過平衡的錯位，但是其它功能插針1204可能具有具巨大的錯位，使得測試機對其進行補償變得困難。為了確保所有插針之間的錯位在可能的最大範圍內被平衡，在本發明實施例中，參考插針的位置被選擇在儘可能靠近功能插針範圍的中點。該中點位置依照參考插針自動平衡功能插針的錯位。參考插針的位置存儲在指定寄存器中。該寄存器的長度被選擇為大到足夠保留代表測試系統中允許的最大功能插針插槽數量的二進位位的數量。
圖13a是根據本發明實施例具有1024根功能插針和一個作為中點功能插針被指定的參考插針的測試系統實例。在圖13a的實例中，功能插針由0到1024編號。在這種配置結構中，插針512，即所有插針的中點，被選為參考插針。存儲該位置的寄存器被編程為200h(即十位制的512，如圖13a所示)。如上所述，這樣的位置將參考插針兩側的功能插針錯位進行平衡。
應該注意到在上述實例中，插針0或插針1024與參考插針之間的錯位明顯高於插針511或插針513與參考插針之間的錯位。即使參考插針位於中點位置，巨大的錯位差異仍然使得補償非常困難。因此在本發明的一個實施例中，為了限制錯位差異，可以指定多於一個參考插針。依據功能插針的已經存儲的校準數據，測試機控制器能夠確定需要多少個參考插針，以及將其指定在哪裡在。例如，如圖13b所示，在插針組0-512(插針256)和插針組513-1025(插針769)內的中點位置指定兩個參考插針，與圖13a相比，最大時序錯位可以減少一半。
在本發明的其它實施例中，測試機控制器能夠精確地計算出需要多少個參考插針，以及參考插針的位置，從而限制測試系統中的最大錯位。如果最大允許錯位為Sk，n為插針組中插針的數目，並且兩個連續插針之間的錯位為τ，那麼n*τ≤Sk，並且參考插針數量#＝{(全部插針數量#/2n)取整}+1注意在該方法中每兩個插針組分配一個參考插針，其位於兩個插針組的公共邊界。
如果參考插針的位置需要改變，只需要將保留有該參考插針位置的寄存器中的值改變即可。由於所有的插針都具有相同的特性，依照寄存器中的新值，新的插針就可以成為參考插針。作為說明，在圖13a的實例中，如果參考插針寄存器值由512變為256，那麼插針256變為參考插針。如果一個值(例如512)變為多個值(例如256和768)，那麼系統配置由一個參考插針變為兩個參考插針。該方法允許對測試系統中最大時序錯位的動態控制。採用傳統的方法無法實現對最大時序錯位的修改和控制。
測量值的存儲。可存儲於插針卡或測試系統底板上的非易失性存儲器中的校準數據實例包括，但不限於(i)參考驅動電壓補償；(ii)參考比較電壓補償；(iii)驅動電流負載補償；(iv)連接到測試插針的參數測量電路的補償；(v)用於觸發比較的時序選通補償；和(vi)用於驅動測試插針刺激物的時序觸發器補償。
在所有上述討論和實例中，寄存器被用來存儲測量值、校準數據、參考插針位置等等。儘管這一方法已經足夠，當發生電源中斷時或者為了進行維護將插針卡由測試系統取出時仍存在問題。這兩種情況都會導致對系統操作至關重要的校準數據的丟失。當插針卡被移除時，只有該插針卡的校準數據丟失。但是，如果出現斷電，包括參考插針位置在內的所有校準數據都會丟失。因此，包括參考插針的分配在內的全面系統校準變得有必要，但費用高昂且耗時。
為了克服這一問題，本發明的實施例在每個插針卡中並且有選擇地在底板中採用非易失性存儲器如快閃記憶體，以便存儲校準數據。使用本機非易失性存儲器，如EEPROM或快閃記憶體的插針卡設計的基本概念在圖14中繪示，並在2003年1月10提出的名為「Semiconductor Test SystemStoring Pin Calibration Data In Non-Volatile Memory」的美國專利申請號10/340,349中詳細描述。非易失性存儲器1400位於本機插針卡1402中，並且如果插針卡由系統中移出或發生電源中斷，校準數據不會丟失。在變化實施例中可在插針卡上採用只讀存儲器(ROM)，但是使用ROM導致某些局限性。當插針卡上使用ROM存儲特定插槽的負載板和插座校準數據時，該插針卡的使用會被限制到固定插槽。換言之，由於ROM數據不能改變，如果ROM存儲插槽A特定的負載板和插座校準數據，例如，那麼該插針卡就只能用於插槽A。如果插針卡被插入插槽B，ROM校準數據變為無效。使用RAM(如DRAM或SRAM)還導致某些限制。現有的系統中使用DRAM或SRAM，要求外部存儲，因為DRAM/SRAM中的內容在插針卡由測試系統中移除時丟失。
如圖14所示，每個插針卡1402都具有一本機控制器1404，如能夠由非易失性存儲器1400中讀取校準數據並寫入特定寄存器的嵌入式微處理器，如果這些寄存器類似於上述使用的實例。不論是嵌入式微處理器還是藉由插針總線外部主處理器都可以訪問內部地址/數據總線。
應該注意到在本發明的較佳實施例中，參考插針的位置不應從插針卡非易失性存儲器中存儲或取用。在本發明的實施例中，參考插針的位置存儲在位於底板1502上的另一非易失性存儲器1500中，如圖15所示。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.在用來測試半導體被測裝置(DUT)的測試系統中，所述測試系統具有多個功能插針和一個或多個精密測量單元(PMU)，為所述測試系統的功能插針確定校準數據的方法，包括在所述測試系統中指定一個功能插針作為參考插針(R_PIN)並指定一個PMU作為參考PMU；使用外部測試設備(R_PINEXT)和參考PMU(R_PINPMU)對所述參考插針進行一次特定的測量；藉由計算R_PINPMU-R_PINEXT確定PMU誤差(PMU_ERR)；並且對於每個待校準的功能插針X都要，將功能插針X連接到所述參考插針，使用所述參考PMU進行功能插針X的特定測量(F_PIN_XPMU)，藉由計算F_PIN_XPMU-PMU_ERR確定功能插針X(F_PIN_XPMU_CORR)的校正後特定測量結果，和藉由計算F_PIN_XPMU_CORR-R_PINEXT確定功能插針X特定測量結果的校準數據。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的特定測量結果包括交流電(AC)或直流電(DC)測量結果。
3.根據權利要求1所述的系統，每個功能插針包括一驅動器和至少一比較器，根據權利要求1所述的方法，其中將功能插針X連接到參考插針的步驟還包括將功能插針X的驅動器連接到參考插針的至少一個比較器；並且將所述功能插針的至少一個比較器連接到所述參考插針的驅動器。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於其中利用所述參考插針的至少一個比較器替代參考PMU對功能插針X(F_PIN_XPMU)電壓進行特定測量。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於其中功能插針X(F_PIN_XPMU)的AC測量是藉由參考PMU進行並處理多個DC測量進行的。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括將兩個或更多功能插針組織為一插針組；將所述插針組中的功能插針連接到DUT；使用參考PMU為插針組中每個功能插針進行一個特定測量的未校準測量；和藉由利用所述特定測量類型的校準數據修改所述未校準測量結果並藉由在一個總線周期內存儲所述校準的測量結果，來執行組寫以便對所述未校準的測量結果進行校準。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於還包括為所述插針組中每個功能插針的每種測量類型都分配一個更新旗標；當啟動某一測量類型的組寫時，設定與所述特定測量類型關聯的更新旗標；當特定功能插針上特定測量類型的組寫已經完成時，重新設定所述特定測量類型與功能插針的更新旗標；及僅在所有設定的更新旗標都已經被重新設定後才終止組寫。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括選擇所述參考插針的一個位置，使所述參考插針與所述多個功能插針之間的時序錯位得到均衡。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括選擇所述參考插針的一個位置，該位置大約在所述多個功能插針範圍的中點。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於還包括存儲所述參考插針的位置到一參考插針寄存器中，該寄存器大到足夠從所述多個功能插針中唯一地識別出所述參考插針的位置。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於還包括藉由指定多個功能插針作為參考插針，將所述參考插針與所述多個功能插針之間的時間序錯位減到最小；並將每個參考插針的位置存儲到所述參考插針寄存器中。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於其中所述的測試系統在多個插針組中的每個插針組中都具有n個功能插針並在兩個相鄰插針之間具有錯位τ，所述方法還包括藉由{(所有插針數#/2n)取整}+1，自動計算出為了限制所述測試系統中的最大錯位Sk需要多少個參考插針，其中n*τ≤Sk；及自動指定相鄰兩個插針組交界處的功能插針作為參考插針。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的測試系統具有多個插針卡，每個插針卡包含多個功能插針，所述方法還包括將每個插針卡上的所述功能插針的校準數據存儲到該插針卡上的非易失性存儲器中。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於其中所述的存儲在每個插針卡上非易失性存儲器中的校準數據可藉由本機插針卡控制器尋址。
15.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於其中所述的存儲在每個插針卡非易失性存儲器中的校準數據可藉由本機插針卡控制器或測試機控制器尋址並被格式化。
16.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括將每個功能插針的校準數據作為一增益值和一偏移值存儲。
17.在用來測試半導體被測裝置(DUT)的測試系統中，所述測試系統具有多個功能插針和一個或多個精密測量單元(PMU)，一種為所述測試系統的功能插針進行內部測量的方法，包括在所述測試系統中指定一個功能插針作為參考插針並指定一個PMU作為參考PMU；對於每個待測功能插針，將功能插針連接到所述參考插針，並且使用所述參考PMU對功能插針進行內部測量。
18.根據權利要求17所述的系統，每個功能插針都包括一個驅動器和至少一個比較器，根據權利要求17所述的方法，其中將所述功能插針連接到所述參考插針的步驟還包括將所述功能插針的驅動器連接到所述參考插針的至少一個比較器；及將所述功能插針的至少一個比較器連接到所述參考插針的驅動器。
19.一種為了測試半導體被測裝置(DUT)能夠被校準的測試裝置，其特徵在於其包括一底板；多個插針卡，藉由所述底板耦接，每個插針卡都包括多個功能插針和一個或多個精密測量單元(PMU)；所述測試裝置中的一個功能插針，其被指定為參考插針(R_PIN)，能夠使用外部測試設備或一個或多個PMU對其進行測量；所述測試裝置中的一個PMU，其被指定為參考PMU，用以測量所述參考插針和所述多個功能插針；和一測試機控制器，其藉由所述底板被耦接到所述多個插針卡上，所述測試機控制器被編程為藉由以下方式確定所述測試裝置功能插針的校準數據利用外部測試設備(R_PINEXT)和所述參考PMU(R_PINPMU)存儲所述參考插針的某一特定測量結果，藉由計算R_PINPMU-R_PINEXT確定所述特定測量結果的PMU誤差(PMU_ERR)，並且對於所有待校功能插針X，將功能插針X連接到所述參考插針，利用所述參考PMU進行功能插針的所述特定測量X(F_PIN_XPMU)，藉由計算F_PIN_XPMU-PMU_ERR確定功能插針X的校正特定測量結果，並且藉由計算F_PIN_XPMU_CORR-R_PINEXT確定所述功能插針X的所述特定測量結果的校準數據。
20.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的特定測量結果包括AC或DC測量結果。
21.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於還包括一驅動器和至少一個比較器於每個功能插針內；和所述測試機控制器還被編程為藉由以下方式將功能插針X連接到所述參考插針，將功能插針X的驅動器連接到所述參考插針的至少一個比較器，並將功能插針X的所述至少一個比較器連接到所述參考插針的驅動器。
22.根據權利要求21所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為利用所述參考插針的至少一個比較器代替所述參考PMU對功能插針X電壓進行所述特定測量(F_PIN_XPMU)。
23.根據權利要求20所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為藉由利用參考PMU進行並處理多個DC測量從而進行功能插針X的AC測量(F_PIN_XPMU)。
24.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於兩個或更多的所述多個功能插針被組織成一插針組，所述測試機控制器還被編程為將所述插針組中的功能插針連接到所述DUT；利用所述參考PMU對所述插針組中每個功能插針進行某一特定測量類型的未校準的測量；和藉由利用所述特定測量類型的校準數據修改所述未校準測量結果並藉由在一個總線周期內存儲所述校準的測量結果執行組寫，以便對所述未校準的測量結果進行校準。
25.根據權利要求24所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為為所述插針組中每個功能插針的每個測量類型指定一更新旗標；當一測量類型的組寫啟動時，設定與所述特定測量類型相關的更新旗標；當某一特定功能插針上的某一特定測量類型的組寫已經完成時，將所述特定測量類型和功能插針的更新旗標重新設定；和僅在所述設定的更新旗標都被重新設定後終止所述組寫。
26.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為選定所述參考插針的一個位置，從而使所述參考插針和所述多個功能插針之間的時序錯位得到均衡。
27.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為選定所述參考插針的一個位置，該位置大約在所述多個功能插針範圍的中點。
28.根據權利要求26所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為存儲所述參考插針的位置到一參考插針寄存器中，該寄存器大到足夠從所述多個功能插針中唯一地識別出所述參考插針的所述位置。
29.根據權利要求28所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為藉由指定多個功能插針作為參考插針將所述參考插針和所述多個功能插針之間的時序錯位最小化；並在所述參考插針寄存器中存儲每個參考插針的所述位置。
30.根據權利要求29所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的多個功能插針被組織為每一個多個插針組中具有的功能插針為n個，並在兩個連續插針之間具有的錯位為τ，所述測試機控制器還被編程為藉由計算{(插針總數#/2n)取整}+1，自動地計算出在測試系統中需要多少個參考插針，以便限制最大錯位Sk，其中n*τ≤Sk；及自動奪指定在兩個相鄰插針組的交界處的功能插針作為參考插針。
31.根據權利要求19所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為將每個插針卡上的功能插針的校準數據存儲到該插針卡上的非易失性存儲器中。
32.根據權利要求31所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的存儲於每個插針卡上的非易失性存儲器中的校準數據可藉由一本機插針卡控制器尋址。
33.根據權利要求31所述的測試裝置，其特徵在於其中所述的存儲於每個插針卡上的非易失性存儲器中的校準數據可藉由一本機插針卡控制器或一測試機控制器尋址和被格式化。
34.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於其中所述的測試機控制器還被編程為將每個功能插針的校準數據作為一增益值和一偏移值存儲。
35.一種用來測試半導體被測裝置(DUT)並在測試裝置內進行功能插針內部測試的測試裝置，其特徵在於其包括一底板；多個藉由所述底板耦接的多個插針卡，每個插針卡包括多個功能插針和一個或多個精密測量單元(PMU)；所述測試裝置內被指定為參考插針的功能插針；所述測試裝置內被指定為參考PMU以便對所述多個功能插針進行測量的PMU；和一測試機控制器，其藉由底板被耦接到所述多個插針卡，所述測試機控制器被編程為藉由以下方式對所述測試裝置內的功能插針進行內部測試將所述功能插針連接到所述參考插針，和利用所述參考PMU對所述功能插針進行所述內部測量。
36.根據權利要求35所述的測試裝置，其特徵在於還包括一驅動器和至少一個比較器於每個功能插針內；和所述測試機控制器還被編程為藉由以下方式將所述功能插針連接到所述參考插針；將功能插針的所述驅動器連接到所述參考插針的至少一個比較器，並將所述功能插針的至少一個比較器連接到所述參考插針的所述驅動器。
全文摘要
本發明是有關於一種ATE校準方法和系統，不需要使用外部測試設備為單個功能插針進行校正，並且提供功能插針和插針之間均衡的時序錯位(timing skew)。在測試系統中選取一個功能插針作為參考插針或「黃金」插針，並且另外選取一個功能插針作為精確測量單元(PMU)。外部測試設備和參考PMU被用來測量參考插針的AC和DC特性，任何偏差都表示參考PMU中的測量誤差。測試系統中的所有功能插針都可以使用參考PMU相對於參考插針進行測量，將測量誤差考慮在內，並且不需要外部測量設備。為了確保所有插針間的錯位得到均衡，將參考插針的位置選擇在儘量靠近功能插針範圍內的中點。
文檔編號G01R31/319GK1761886SQ20048000706
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月22日 優先權日2003年3月21日
發明者道格拉斯·拉爾森, 安夫尼·裡, 凱洛·奎歐·東, 若企特·雷吉蘇曼 申請人:愛德萬測試株式會社