Zwei Arten von Messung
Halbleiterfertigung und Testfeld machen zwei sehr verschiedene Arten von Messung. Die erste ist die elektrische Charakterisierung des Bauteils selbst: Strom-Spannungs-Kennlinien, Leckstrom, Schwellspannung, Kapazität, Timing. Das ist die Arbeit von Source-Measure-Units, Parameteranalysatoren und automatischen Testsystemen von Herstellern wie Keysight, Keithley, Advantest und Teradyne. Diese Geräte prägen eine Spannung oder einen Strom ein und messen die andere Größe, bis hinunter zu Femtoampere, und sie bringen ihre eigene Kalibrierung und Software mit. Für diese Arbeit gibt es auf dieser Website keinen allgemeinen Rechner.
Die zweite Art ist die Messung der Bedingungen rund um Wafer und Bauteil: Temperatur, Vakuum, Gasdruck, Feuchte und Schwingungen. Hier kommen dieselben Sensoren wie in jeder Prozessindustrie zum Einsatz, und hier werden Referenztabellen und Einheitenumrechnungen täglich gebraucht.
Temperatur: Chucks, Öfen und Burn-in
Prober und Thermochucks halten den Wafer während des Tests auf einer eingestellten Temperatur, häufig irgendwo zwischen −40 und 150 °C oder darüber hinaus. Die Chucktemperatur wird mit Platin-Widerstandsthermometern in Vierleiterschaltung gemessen, damit der Leitungswiderstand nicht ins Ergebnis eingeht. Ein PT100 zeigt bei 150 °C 157,325 Ω; der PT100-Rechner liefert den Wert und die Toleranz der Elementklasse bei jeder Temperatur, die erste Zahl, die man kennen muss, wenn zwei Chucks nicht übereinstimmen.
Diffusions- und Oxidationsöfen arbeiten um und über 1000 °C, wo Platin-Rhodium-Thermoelemente der Typen R, S und B verwendet werden. Ihr Signal ist klein: Ein Thermoelement Typ S liefert bei 1000 °C 9,587 mV und ändert sich nur um etwa 11,5 µV je Grad; ein Grad Fehler sind also wenige Mikrovolt an den Klemmen. Der Thermoelement-Rechner rechnet mit Vergleichsstellenkompensation, und die Seiten zu Typ S und Typ B nennen Bereiche und Toleranzklassen.
Burn-in- und HTOL-Prüfungen belasten betriebene Bauteile in einem Ofen. Eine verbreitete Qualifikationsbedingung nach JEDEC JESD22-A108 sind 1000 Stunden bei einer Sperrschichttemperatur von 125 °C oder mehr. Ofen- und Gehäusetemperaturen werden mit Thermoelementen Typ K oder T aufgezeichnet; Typ K liefert bei 125 °C 5,124 mV. Was die Prüfung braucht, ist die Sperrschichttemperatur, also die Gehäusetemperatur plus die Erwärmung durch die eigene Verlustleistung des Bauteils, und kein Temperatursensor misst diese direkt.
Vakuum und Druck: ein Einheitenproblem
Prozesskammern werden in großen Teilen der Branche in Torr und Millitorr angegeben, anderswo in Pascal und Millibar, Anlagengase in psi, bar oder kPa. Ein Torr sind 133,322 Pa oder 1,3332 mbar; ein Prozess bei 100 mTorr liegt also bei 13,33 Pa. Reinraum-Überdruck und Abluft sind kleine Differenzdrücke in Pascal oder Zoll Wassersäule: 25 Pa sind 0,1004 inH₂O. Der Druckeinheiten-Umrechner zeigt alle sechzehn Einheiten auf einmal.
Zwei Vorbehalte. Ein kapazitives Manometer misst den Druck direkt, Wärmeleitungs- und Ionisationsvakuummeter leiten ihn dagegen aus einer Gaseigenschaft ab und zeigen je nach Gas unterschiedlich an; das Umrechnen von Einheiten korrigiert das nicht. Und Vakuummeter messen absolut, während die meisten Transmitter für Leitungsdruck Relativdruckgeräte mit Bezug auf die Atmosphäre sind.
Feuchte und Schwingungen
Die Reinraumfeuchte wird in einem engen Band gehalten, weil sie elektrostatische Entladung, Lackprozesse und Korrosion beeinflusst. Ein Raum mit 22 °C und 45 % relativer Feuchte hat einen Taupunkt von 9,5 °C; jede kältere Fläche, etwa eine Kaltwasserleitung, beschlägt. Der Taupunktrechner rechnet zwischen relativer Feuchte, Taupunkt und absoluter Feuchte um.
Lithografie- und Messgeräte reagieren empfindlich auf Bodenschwingungen, die als Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit in Mikrometer je Sekunde in Terzbändern angegeben werden; die generischen VC-Kurven reichen von 50 µm/s (VC-A) bis etwa 3 µm/s (VC-E). Sensoren liefern Beschleunigung; der Schwingungsumrechner rechnet Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg bei einer gegebenen Frequenz ineinander um. Er arbeitet mit einer einzelnen Frequenz und hilft daher beim Lesen einer Spezifikation oder eines Sensordatenblatts, nicht bei der Bewertung eines gemessenen Spektrums gegen ein Kriterium.
Stand: 11. Oktober 2026