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半导体制造与测试中的测量

电学测试备受关注,但晶圆厂与测试车间同样依赖温度、真空、湿度和振动测量。逐项说明测什么、用什么单位,以及计算工具能帮上什么忙。

测量图谱

被测量典型传感器信号本站计算器
热卡盘与探针台温度卡盘内的 PT100 或 PT1000,四线制电阻PT100 / PT1000 计算器
扩散炉与氧化炉的温度曲线R、S 或 B 型热电偶毫伏热电偶计算器
老化与 HTOL 试验炉、器件壳温K 或 T 型热电偶、铂电阻毫伏或电阻热电偶计算器
工艺腔室真空电容薄膜真空计、皮拉尼真空计、电离真空计0–10 V,以 Torr、mbar 或 Pa 读数压力单位换算器
气体管路、排气与洁净室压差压力与差压变送器4–20 mA,psi、kPa、Pa、inH₂O4–20 mA 换算器
洁净室温度与湿度温湿度变送器4–20 mA 或数字信号露点与湿度计算器
地面与设备振动地震式加速度传感器、地听器速度 µm/s RMS振动换算器
长距离布线下的工艺冷却水温度PT100,三线制或四线制电阻或 4–20 mARTD 引线误差计算器
数据记录仪上传感器通道的分辨率记录仪或控制器的模拟输入码值ADC 分辨率计算器
采样前对记录仪通道的滤波模拟输入端的 RC 滤波器模拟信号,经采样抗混叠 RC 滤波器计算器
器件电流–电压曲线、漏电流、阈值源测量单元、参数分析仪电压与电流,低至飞安级本站暂无
封装器件的功能与速度测试自动测试设备(ATE)数字图形、时序本站暂无

两类测量

半导体晶圆厂与测试车间做两类截然不同的测量。第一类是器件本身的电学表征:电流–电压曲线、漏电流、阈值电压、电容、时序。这是源测量单元、参数分析仪与自动测试设备的工作,厂家如 Keysight、Keithley、Advantest 与 Teradyne。这些仪器施加电压或电流并测量另一方,低至飞安级,且自带标定与软件。本站没有针对这类工作的通用计算器。

第二类是晶圆与器件周围条件的测量:温度、真空、气体压力、湿度与振动。这些使用与任何流程工业相同的传感器,正是在这里,每天都需要参考表与单位换算。

温度:卡盘、炉体与烘箱

探针台与热卡盘在测试期间把晶圆保持在设定温度,通常在 −40 至 150 °C 之间或更高。卡盘温度由四线制连接的铂电阻读取,使引线电阻不进入结果。PT100 在 150 °C 时读数为 157.325 Ω;PT100 计算器给出任意温度下的阻值与元件等级的允差,这是两台卡盘读数不一致时首先要知道的数字。

扩散炉与氧化炉在 1000 °C 附近及更高温度运行,使用 R、S、B 型铂铑热电偶。它们的输出很小:S 型热电偶在 1000 °C 时给出 9.587 mV,每摄氏度仅变化约 11.5 µV,因此一度误差在端子处不过是几微伏的事。热电偶计算器带冷端补偿进行换算,S 型与 B 型页面列出了量程与允差等级。

老化与高温工作寿命试验把通电的器件放在烘箱中加应力。一种常见的鉴定条件(见 JEDEC JESD22-A108)是结温 125 °C 或更高、持续 1000 小时。烘箱与器件壳温用 K 或 T 型热电偶记录;K 型在 125 °C 时给出 5.124 mV。试验真正需要的是结温,即壳温加上器件自身功耗引起的温升,没有任何温度传感器能直接读到它。

真空与压力:一个单位问题

工艺腔室在业内许多场合以 Torr 与毫托标注,在其他地方以帕斯卡与毫巴标注,设施气体则用 psi、bar 或 kPa。一个 Torr 等于 133.322 Pa 或 1.3332 mbar,因此 100 mTorr 的工艺就是 13.33 Pa。洁净室增压与排气是以帕斯卡或英寸水柱计的微小压差:25 Pa 等于 0.1004 inH₂O。压力单位换算器一次显示全部十六种单位。

两点提醒。电容薄膜真空计直接测量压力,但热传导与电离真空计由气体性质推断压力,对不同气体读数不同;换算单位纠正不了这一点。另外,真空计是绝压仪表,而大多数管路压力变送器是以大气为参考的表压仪表。

湿度与振动

洁净室湿度保持在窄带内,因为它影响静电放电、光刻胶工艺与腐蚀。22 °C、相对湿度 45 % 的房间露点为 9.5 °C;任何比这更冷的表面(例如冷冻水管路)都会结露。露点计算器在相对湿度、露点与绝对湿度之间换算。

光刻与量测设备对地面振动敏感,地面振动以三分之一倍频程频带内的 RMS 速度(微米每秒)标注,通用 VC 曲线从 50 µm/s(VC-A)到约 3 µm/s(VC-E)。传感器报告的是加速度;振动换算器在给定频率下把加速度、速度与位移互相换算。它只处理单一频率,因此适合用来读懂规格或传感器数据手册,不适合拿实测频谱对照判据评估。

更新于 2026年10月11日

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