自動化儀器儀表在半導體行業的應用趨勢

摘 要：本文針對現階段自動化儀器儀表的技術狀況，結合半導體行業中的應用需求，淺議未來自動化儀器儀表在集成技術、人機對話技術以及可靠性方面的發展趨勢。

關鍵詞：自動化測試儀表 可靠性 人機對話

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0000-01

科學技術的飛速發展促使社會意識形態發生轉變，使得人們對生活的追求更加富有人文主義特色，社會各領域對環境的要求更加嚴格，對產品的現代化程度要求更高，其中節能減排戰略促使新型能源產業風靡全球，帶動了全球半導體技術的進一步發展，比如太陽能行業逐漸成為新時期的朝陽產業，該行業中對儀器儀表提出了新的要求。作為現代化儀器儀表的制造商，間接地為現代化科技的發展創造了基礎科研平臺，通過提供先進的儀表，可以提高用戶的生產效率，提升產品質量，監控排放，為低碳經濟做出更大的貢獻。

1 半導體行業對自動化儀器儀表需求分析

1.1 自動化儀器儀表現狀

全球科技創新的日新月異帶動了我國制造業的飛速發展，進入新世紀以來，我國半導體行業對自動化儀表的需求明顯加強，無論從技術特點還是市場數量上都呈現遞增趨勢，從技術含量上分析，我國科研、量產中所使用的自動化儀表已經處于世界領先水平。

上世紀初，國內儀器儀表穩步發展，主要源于工業半導體行業的需求增加，從技術層面上拉動了整個行業技術水平的提升，尤其在新產品開發上取得了顯著成效，比如說擁有自主知識產權的電磁流量計、智能化電動機執行系統等。

1.2 半導體行業對自動化儀器儀表的需求分析

目前，我國半導體行業使用較多的儀器儀表主要是小型檢測單元，比如在集成電路、液晶顯示、半導體薄膜、太陽能電池制備等領域的使用較為頻繁。自動化儀器儀表的使用往往依賴于半導體設備的發展程度，現階段該行業中使用較多的是各種薄膜沉積系統、成分檢測系統等，涵蓋面較廣的是PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）、HWCVD（Hot wire chemical vapor deposition）、MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）系統以及相關檢測設備等。半導體設備中對壓力計、傳感器、流量計、溫度計等元器件的使用較多，尤其在半導體行業制備薄膜材料的工藝中對以上元器件的要求相對較高。

（1）壓力表

由于半導體技術具有相對較高的精密性，在半導體薄膜的制備工藝中，要求對工藝參數精確控制，反應腔室內部工藝氣體的壓力大小，成為該行業工藝技術中的核心參數。對工藝氣體壓力的檢測通常采用壓力計以及相關的各種真空檢測設備。半導體設備的正常運行必須以廠務設施作為保證，包括水、電、氣等條件，其中“水”主要用于設備冷卻或者恒溫加熱，因此需要采用壓力表對水壓、CDA（condensed air）等進行嚴格控制方可保證工藝正常運行。

（2）流量計

流量計一般應用在化學沉積系統中，對氣體流量起到監測、控制作用。對于半導體工藝來說，產品制備工藝參數是決定器件性能的關鍵因素，其中化學氣相沉積系統中反應氣體的流量對最終產品質量起到直接的決定性作用，對氣體流量的控制不僅要體現動態時效性，更重要的是要在量的控制上具備較高的精確度，目前國內制備MFC的技術已相對成熟，為我國半導體行業的發展奠定了基礎。

（3）傳感器

傳感器在現代工業時代的使用極為廣泛，半導體設備中對傳感器的使用大多體現在設備機械傳動部分。在半導體產品制造中，要實現設備的流水線運行，離不開高可靠型的傳感器元件，通過傳感器協調不同工序、設備不同部位的聯動，進而保證整個工藝的流水線運行。

（4）溫度計

隨著科學技術的發展和現代工業技術的進步，測溫技術也不斷地改進和提高，其中金屬溫度計是利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的，在半導體緊密制造中通常用來檢測液體、氣體的溫度，測試溫度偏中低水平，適合工藝流程中在線、動態、實時監測。

半導體工藝中對金屬溫度及的使用大多是用來檢測特殊反應氣體的溫度，由于普通加熱器很難通過熱電偶檢測襯底溫度，通常在反應腔室特殊部門安裝金屬溫度計監測生長基元的溫度，從測量精度和實際可操作性上提高了半導體工藝的可行性。

2 自動化儀器儀表在半導體行業的發展趨勢

自動化測試儀表技術未來發展趨勢主要體現在高智能化、高可靠性、高精密度、優良的響應性能等方面，半導體行業儀器儀表技術主要針對具體應用特性而體現出以下幾個發展方向：

2.1 人機對話智能化發展

人機對話技術是自動化儀器儀表發展的核心方向，也是未來信息化社會的主流技術，半導體行業對儀器儀表的使用目的是為了便于更好的控制工藝流程，提高對設備的可控性，如果自動化測試儀表具有強大的人機對話特性，能夠快速、準確的體現設備運行狀態，在半導體制造工業中無疑起到了舉足輕重的作用。自動化儀表的人機對話性能是通過設備控制端和儀器之間的對話界面實現，通過人類可以識別的界面端口，讀取儀表對設備狀態的檢測數據，從而對工藝過程起到指導作用。

2.2 集成技術的標準化發展

自動化儀表的應用直接依賴于其能否與其他設備形成對話流暢的有機整體，隨著人類科學技術的不斷進步，半導體行業對自動化儀表的使用需求逐漸增多，不同設備具有不同的邏輯控制系統，如何將自動化測試儀表的接口、通信、軟件控制單元和半導體設備邏輯控制語言相融合成為該行業技術發展的瓶頸，如果實現測試儀表在不同半導體設備上的集成標準化，將大幅度提升自動化測試技術的進步。

2.3 可靠性技術的提高

自動化儀表在工業生產中起到“中樞神經”的作用，對其可靠性不容忽視，尤其對于大型復雜的工業系統中，自動化儀器的可靠性關系到整個企業、乃至行業的發展命脈。對于半導體企業檢測與過程控制儀表，大部分安裝在工藝管道、工序過渡段，甚至多數環境存在有毒、易燃、易爆等特種氣體，這些特殊環境對自動化儀表的維護增加了很多困難。因此，在使用特種氣體的半導體行業中對自動化檢測儀表的可靠性具有較高的要求，盡可能降低其維修頻率，為工業安全生產提供必要保證。

3 結語

當今世界已經進入信息時代，自動化技術成為推動科學技術和國民經濟高速發展的關鍵因素，其中自動化測試儀表作為科研、工業化生產的基礎硬件設施而不斷發展成熟，在半導體行業中的應用逐漸廣泛深入。隨著行業科研水平的提高，對自動化儀器儀表有了更好的要求，可靠性、集成技術、智能對話特性成為自動化測試技術發展的首要任務，對自動化測試技術以及測試儀表的使用起到舉足輕重的作用。

參考文獻

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