德魯克TERPS助力半導體行業(yè)真空壓力測量

德魯克Druck推出的 TERPS（Trench Etched Resonant Pressure Sensor）技術(shù)基于單晶硅諧振原理，通過(guò) 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(lái)，為行業(yè)提供一種新思路：同一個(gè)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(cháng)期穩定性上取得顯著(zhù)突破。

TERPS技術(shù)具備極佳的性能：精度可達±0.01%FS，長(cháng)期穩定性可達<±0.01%FS/年，溫度敏感度也可通過(guò)多點(diǎn)補償顯著(zhù)降低，且量程極寬。對于真空應用來(lái)說(shuō)，TERPS可覆蓋真空應用中常見(jiàn)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(diǎn)復雜性：

寬量程連續覆蓋：從粗抽階段（10^2–10^4?Pa）到工藝穩壓階段（1–100?Pa），甚至到正壓通氣階段，傳統需多只真空計分段搭配，系統復雜。

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(diǎn)穩定性，增加維護頻率。

精度與控制耦合緊密：壓力測量的穩定性直接影響刻蝕深度、沉積速率等關(guān)鍵參數，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可連續覆蓋常見(jiàn)的10Pa至常壓的真空段量程，且具備如下特性：

- 低遲滯、高線(xiàn)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

- 數字或頻率輸出，易于集成

10Pa至常壓的連續量程

在該量程區間內，以TERPS為代表的硅諧振式傳感器在測量精度、溫度依賴(lài)性、長(cháng)期穩定度等方面顯著(zhù)優(yōu)于皮拉尼規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測，這將顯著(zhù)降低用戶(hù)的使用成本。

低遲滯與高線(xiàn)性度

單晶硅諧振梁在0至100kPa區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間更穩定可靠。與高精度分段或樣條補償結合，可將非線(xiàn)性誤差控制在極小范圍。

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(shí)刻的絕對數值，還包括長(cháng)期重復測量的一致性。TERPS 以硅諧振式原理為核心，零點(diǎn)漂移通常小于 0.01%FS/年，在低量程時(shí)可通過(guò)周期性歸零或抽空再次校正的方法讓漂移進(jìn)一步減小。如下圖所示，TERPS的4年漂移量小于20ppm。

數字或頻率輸出，易于集成

相較于多數真空規采用模擬電壓或熱導測量，TERPS 可選擇頻率或數字信號輸出，易于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)或自動(dòng)化集成，無(wú)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(chǎng)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(xué)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～數百Pa之間。若壓力過(guò)高，則可能導致蝕刻副產(chǎn)物累積、刻蝕速度不穩定；壓力過(guò)低則導致放電不穩定、蝕刻速率變慢。該應用中TERPS可對腔體內的氣壓進(jìn)行精細控制并實(shí)時(shí)反饋。

化學(xué)/物理氣相沉積：化學(xué)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(cháng)質(zhì)量，且通常在10Pa～數百Pa之間。使用 TERPS 實(shí)時(shí)監測并保持穩定氣壓，可以減少薄膜厚度不均、氣相沉積不充分或反應過(guò)度等問(wèn)題。

離子注入：注入機中，離子源腔和加速區通常維持在不同真空水平，若壓力過(guò)高，會(huì )產(chǎn)生離子束散射；若過(guò)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(jìn)行擴散或退火處理時(shí)，常抽空爐管至數百Pa乃至更低，并通入氫氣、氮氣等特種氣體保持低氧濃度。對爐管內壓力穩定度要求較高，壓差波動(dòng)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測同樣需要穩定且高分辨率。

腔體壓力閉環(huán)控制：半導體機臺普遍采用PID控制調節真空泵速度或進(jìn)氣閥門(mén)開(kāi)度。由于 TERPS 輸出是數字頻率，具有低噪聲、高動(dòng)態(tài)響應等特點(diǎn)，能使控制器更快、更準確地進(jìn)行調節。在等離子刻蝕中，這一點(diǎn)尤其關(guān)鍵——刻蝕速率與腔體壓強成正相關(guān)或逆相關(guān)，需要快速且準確的反饋信號來(lái)調節閥門(mén)與射頻功率。

晶圓級工藝質(zhì)量監控：在蝕刻機內，通過(guò)記錄 TERPS 的實(shí)時(shí)壓力曲線(xiàn)，可對工藝穩定性進(jìn)行在線(xiàn)診斷，偵測腔室內部的微漏、抽氣系統故障等。例如如果某段制程要求 50?Pa 而測量值出現無(wú)法穩定的隨機波動(dòng)，說(shuō)明真空泵或氣體流量存在異常。若長(cháng)期偏差過(guò)大，也可提示進(jìn)行清洗或檢漏操作，從而降低停機風(fēng)險。

多模塊/跨工藝段通用化：諸多半導體FAB廠(chǎng)或先進(jìn)封裝線(xiàn)配有多臺不同類(lèi)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(mǎn)足范圍1Pa～100kPa的需求。對廠(chǎng)商而言，既可降低備件庫存，也簡(jiǎn)化工程師在使用與維護過(guò)程中的學(xué)習成本。對于高端設備制造商（OEM），將 TERPS 集成到各類(lèi)機臺中成為統一的壓力測量標準，可提升自有機臺的一致性和競爭力。

真空故障預判與“零點(diǎn)”快速校驗：半導體工廠(chǎng)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(dòng)歸零功能糾正長(cháng)期漂移。如果在抽空時(shí)發(fā)現傳感器零點(diǎn)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。這種預判式監控可在生產(chǎn)損失前及時(shí)發(fā)現問(wèn)題。