【ZiDongHua之“半導體產(chǎn)業(yè)鏈”收錄關鍵詞：德魯克 傳感器 TERPS技術】
 
　　白皮書|TERPS助力半導體行業(yè)真空壓力測量
 
 
 
　　TERPS硅諧振壓力傳感器
 
　　德魯克Druck推出的TERPS（Trench Etched Resonant Pressure Sensor）技術基于單晶硅諧振原理，通過MEMS工藝將諧振式壓力傳感器的小型化、批量化與高精度結合起來，為行業(yè)提供一種新思路：同一個傳感器核心結構，即可覆蓋真空到大氣壓的超寬量程，并在精度與長期穩(wěn)定性上取得顯著突破。
 
　　TERPS技術具備極佳的性能：精度可達±0.01%FS，長期穩(wěn)定性可達<±0.01%FS/年，溫度敏感度也可通過多點補償顯著降低，且量程極寬。對于真空應用來說，TERPS可覆蓋真空應用中常見的中真空至大氣壓量程段。
 
 
　　TERPS結構
 
　　01
 
　　真空測量的復雜性
 
　　真空測量特別是半導體行業(yè)中的真空測量應用往往存在下述3點復雜性：
 
　　寬量程連續(xù)覆蓋：從粗抽階段（10^2–10^4 Pa）到工藝穩(wěn)壓階段（1–100 Pa），甚至到正壓通氣階段，傳統(tǒng)需多只真空計分段搭配，系統(tǒng)復雜。
 
　　溫度/工藝影響大：等離子體、CVD沉積副產(chǎn)物、腔體熱流影響傳感器漂移和零點穩(wěn)定性，增加維護頻率。
 
　　精度與控制耦合緊密：壓力測量的穩(wěn)定性直接影響刻蝕深度、沉積速率等關鍵參數(shù)，尤其在低壓下，誤差易被放大。
 
　　02
 
　　TERPS真空應用特性
 
　　針對上述真空測量的多種復雜特性，TERPS可連續(xù)覆蓋常見的10Pa至常壓的真空段量程，且具備如下特性：
 
　　-低遲滯、高線性度
 
　　-良好的重復性和年漂移量，重復性誤差可達±0.1Pa
 
　　-精度優(yōu)于±0.01%FS
 
　　-數(shù)字或頻率輸出，易于集成
 
　　下表為TERPS壓力傳感器與常見的電容規(guī)的對比：
 
 
　　10Pa至常壓的連續(xù)量程
 
　　在該量程區(qū)間內，以TERPS為代表的硅諧振式傳感器在測量精度、溫度依賴性、長期穩(wěn)定度等方面顯著優(yōu)于皮拉尼規(guī)真空計或電容式薄膜真空計等解決方案。一支TERPS傳感器即可覆蓋10Pa至大氣壓段的測量和監(jiān)測，這將顯著降低用戶的使用成本。
 
　　低遲滯與高線性度
 
　　單晶硅諧振梁在0至100kPa區(qū)間內的遲滯完全可以忽略，相較于金屬箔應變或電容式膜片在極低壓區(qū)間更穩(wěn)定可靠。與高精度分段或樣條補償結合，可將非線性誤差控制在極小范圍。
 
　　下圖展示了一支典型的100kPa量程TERPS壓力傳感器的三次壓力循環(huán)數(shù)據(jù)（單位均為Pa）。在低壓段它具備極佳的線性度，在1Pa到1000Pa區(qū)間內正/負偏移量恒定于21至23Pa。該產(chǎn)品為標準絕壓產(chǎn)品而未在真空下進行標定。若進行真空端的插值法或者三次樣條擬合，可以把傳感器整體誤差控制到0.1到1Pa左右。
 
　　良好的重復性與年漂移量
 
　　在真空工藝中，測量精度要求不僅是某一時刻的絕對數(shù)值，還包括長期重復測量的一致性。TERPS以硅諧振式原理為核心，零點漂移通常小于0.01%FS/年，在低量程時可通過周期性歸零或抽空再次校正的方法讓漂移進一步減小。如下圖所示，TERPS的4年漂移量小于20ppm。
 
　　數(shù)字或頻率輸出，易于集成
 
　　相較于多數(shù)真空規(guī)采用模擬電壓或熱導測量，TERPS可選擇頻率或數(shù)字信號輸出，易于工業(yè)現(xiàn)場總線或自動化集成，無需繁瑣的放大/AD轉換電路，也避免對真空工藝內高頻電磁場的敏感。
 
　　03
 
　　半導體行業(yè)真空測量應用
 
　　刻蝕
 
　　在刻蝕機內需完成使用等離子體或化學氣體對晶圓表面的定向去除。工作壓力影響刻蝕選擇性、刻蝕速率與均勻性，且通常在1Pa～數(shù)百Pa之間。若壓力過高，則可能導致蝕刻副產(chǎn)物累積、刻蝕速度不穩(wěn)定；壓力過低則導致放電不穩(wěn)定、蝕刻速率變慢。該應用中TERPS可對腔體內的氣壓進行精細控制并實時反饋。
 
　　化學/物理氣相沉積
 
　　化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)中，工作壓力保證氣體反應效率與膜層生長質量，且通常在10Pa～數(shù)百Pa之間。使用TERPS實時監(jiān)測并保持穩(wěn)定氣壓，可以減少薄膜厚度不均、氣相沉積不充分或反應過度等問題。
 
　　離子注入
 
　　注入機中，離子源腔和加速區(qū)通常維持在不同真空水平，若壓力過高，會產(chǎn)生離子束散射；若過低，離子源則難以維持足夠的離子流。
 
　　擴散/退火爐
 
　　在高溫下進行擴散或退火處理時，常抽空爐管至數(shù)百Pa乃至更低，并通入氫氣、氮氣等特種氣體保持低氧濃度。對爐管內壓力穩(wěn)定度要求較高，壓差波動可造成擴散深度不均或成膜缺陷。
 
　　封裝測試
 
　　一些后道封裝也需要真空環(huán)境，比如真空共晶焊接、真空保護封裝等。這些步驟中的壓力監(jiān)測同樣需要穩(wěn)定且高分辨率。
 
　　腔體壓力閉環(huán)控制
 
　　半導體機臺普遍采用PID控制調節(jié)真空泵速度或進氣閥門開度。由于TERPS輸出是數(shù)字頻率，具有低噪聲、高動態(tài)響應等特點，能使控制器更快、更準確地進行調節(jié)。在等離子刻蝕中，這一點尤其關鍵——刻蝕速率與腔體壓強成正相關或逆相關，需要快速且準確的反饋信號來調節(jié)閥門與射頻功率。
 
　　晶圓級工藝質量監(jiān)控
 
　　在蝕刻機內，通過記錄TERPS的實時壓力曲線，可對工藝穩(wěn)定性進行在線診斷，偵測腔室內部的微漏、抽氣系統(tǒng)故障等。例如如果某段制程要求50 Pa而測量值出現(xiàn)無法穩(wěn)定的隨機波動，說明真空泵或氣體流量存在異常。若長期偏差過大，也可提示進行清洗或檢漏操作，從而降低停機風險。
 
　　多模塊/跨工藝段通用化
 
　　諸多半導體FAB廠或先進封裝線配有多臺不同類型設備，如蝕刻機、CVD、PVD、清洗機等。使用同一種TERPS核心模塊可滿足范圍1Pa～100kPa的需求。對廠商而言，既可降低備件庫存，也簡化工程師在使用與維護過程中的學習成本。對于高端設備制造商（OEM），將TERPS集成到各類機臺中成為統(tǒng)一的壓力測量標準，可提升自有機臺的一致性和競爭力。
 
　　真空故障預判與“零點”快速校驗
 
　　半導體工廠中的腔體維護頻率較高，如干式清洗、濕式清洗后可順便讓腔體抽至極限真空，利用TERPS的自動歸零功能糾正長期漂移。如果在抽空時發(fā)現(xiàn)傳感器零點與前一次差別甚大，則提示機臺可能存在漏氣或傳感器異常。這種預判式監(jiān)控可在生產(chǎn)損失前及時發(fā)現(xiàn)問題。
 
　　04
 
　　結論
 
　　綜上所述，TERPS技術對半導體行業(yè)相關設備制造商(OEM)具備如下實際價值：
 
　　模塊化傳感器平臺，簡化產(chǎn)品結構設計
 
　　減少儀表種類與電路接口，降低BOM復雜度
 
　　提高整機長期一致性，減少售后返修/維護成本
 
　　對于晶圓廠的工程師與管理者(Fab)則可以：
 
　　延長傳感器免維護周期，提高產(chǎn)線稼動率
 
　　保證真空工藝一致性，提升良品率
 
　　降低工藝調試與偏移風險，減少運行成本
 
　　因此，TERPS技術將為刻蝕、沉積、封裝、退火等全流程注入“可控、可重復、可追蹤”的核心能力，結合德魯克大批量交付能力、短貨期等供應鏈能力，業(yè)已服務中國工業(yè)市場逾30年的TERPS技術將助力客戶贏得速度、品質與成本的三重競爭優(yōu)勢。
 
　　—作者簡介—
 
　　王濤
 
　　德魯克中國區(qū)壓力傳感器資深產(chǎn)品經(jīng)理
 
　　于知名外資儀器儀表企業(yè)積累逾十年行業(yè)經(jīng)驗，長期致力于壓力傳感器、壓力變送器等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及推廣工作。