【ZiDongHua之“半导体产业链”收录关键词：德鲁克 传感器 TERPS技术】
 
　　白皮书|TERPS助力半导体行业真空压力测量
 
 
 
　　TERPS硅谐振压力传感器
 
　　德鲁克Druck推出的TERPS（Trench Etched Resonant Pressure Sensor）技术基于单晶硅谐振原理，通过MEMS工艺将谐振式压力传感器的小型化、批量化与高精度结合起来，为行业提供一种新思路：同一个传感器核心结构，即可覆盖真空到大气压的超宽量程，并在精度与长期稳定性上取得显著突破。
 
　　TERPS技术具备极佳的性能：精度可达±0.01%FS，长期稳定性可达<±0.01%FS/年，温度敏感度也可通过多点补偿显著降低，且量程极宽。对于真空应用来说，TERPS可覆盖真空应用中常见的中真空至大气压量程段。
 
 
　　TERPS结构
 
　　01
 
　　真空测量的复杂性
 
　　真空测量特别是半导体行业中的真空测量应用往往存在下述3点复杂性：
 
　　宽量程连续覆盖：从粗抽阶段（10^2–10^4 Pa）到工艺稳压阶段（1–100 Pa），甚至到正压通气阶段，传统需多只真空计分段搭配，系统复杂。
 
　　温度/工艺影响大：等离子体、CVD沉积副产物、腔体热流影响传感器漂移和零点稳定性，增加维护频率。
 
　　精度与控制耦合紧密：压力测量的稳定性直接影响刻蚀深度、沉积速率等关键参数，尤其在低压下，误差易被放大。
 
　　02
 
　　TERPS真空应用特性
 
　　针对上述真空测量的多种复杂特性，TERPS可连续覆盖常见的10Pa至常压的真空段量程，且具备如下特性：
 
　　-低迟滞、高线性度
 
　　-良好的重复性和年漂移量，重复性误差可达±0.1Pa
 
　　-精度优于±0.01%FS
 
　　-数字或频率输出，易于集成
 
　　下表为TERPS压力传感器与常见的电容规的对比：
 
 
　　10Pa至常压的连续量程
 
　　在该量程区间内，以TERPS为代表的硅谐振式传感器在测量精度、温度依赖性、长期稳定度等方面显著优于皮拉尼规真空计或电容式薄膜真空计等解决方案。一支TERPS传感器即可覆盖10Pa至大气压段的测量和监测，这将显著降低用户的使用成本。
 
　　低迟滞与高线性度
 
　　单晶硅谐振梁在0至100kPa区间内的迟滞完全可以忽略，相较于金属箔应变或电容式膜片在极低压区间更稳定可靠。与高精度分段或样条补偿结合，可将非线性误差控制在极小范围。
 
　　下图展示了一支典型的100kPa量程TERPS压力传感器的三次压力循环数据（单位均为Pa）。在低压段它具备极佳的线性度，在1Pa到1000Pa区间内正/负偏移量恒定于21至23Pa。该产品为标准绝压产品而未在真空下进行标定。若进行真空端的插值法或者三次样条拟合，可以把传感器整体误差控制到0.1到1Pa左右。
 
　　良好的重复性与年漂移量
 
　　在真空工艺中，测量精度要求不仅是某一时刻的绝对数值，还包括长期重复测量的一致性。TERPS以硅谐振式原理为核心，零点漂移通常小于0.01%FS/年，在低量程时可通过周期性归零或抽空再次校正的方法让漂移进一步减小。如下图所示，TERPS的4年漂移量小于20ppm。
 
　　数字或频率输出，易于集成
 
　　相较于多数真空规采用模拟电压或热导测量，TERPS可选择频率或数字信号输出，易于工业现场总线或自动化集成，无需繁琐的放大/AD转换电路，也避免对真空工艺内高频电磁场的敏感。
 
　　03
 
　　半导体行业真空测量应用
 
　　刻蚀
 
　　在刻蚀机内需完成使用等离子体或化学气体对晶圆表面的定向去除。工作压力影响刻蚀选择性、刻蚀速率与均匀性，且通常在1Pa～数百Pa之间。若压力过高，则可能导致蚀刻副产物累积、刻蚀速度不稳定；压力过低则导致放电不稳定、蚀刻速率变慢。该应用中TERPS可对腔体内的气压进行精细控制并实时反馈。
 
　　化学/物理气相沉积
 
　　化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)中，工作压力保证气体反应效率与膜层生长质量，且通常在10Pa～数百Pa之间。使用TERPS实时监测并保持稳定气压，可以减少薄膜厚度不均、气相沉积不充分或反应过度等问题。
 
　　离子注入
 
　　注入机中，离子源腔和加速区通常维持在不同真空水平，若压力过高，会产生离子束散射；若过低，离子源则难以维持足够的离子流。
 
　　扩散/退火炉
 
　　在高温下进行扩散或退火处理时，常抽空炉管至数百Pa乃至更低，并通入氢气、氮气等特种气体保持低氧浓度。对炉管内压力稳定度要求较高，压差波动可造成扩散深度不均或成膜缺陷。
 
　　封装测试
 
　　一些后道封装也需要真空环境，比如真空共晶焊接、真空保护封装等。这些步骤中的压力监测同样需要稳定且高分辨率。
 
　　腔体压力闭环控制
 
　　半导体机台普遍采用PID控制调节真空泵速度或进气阀门开度。由于TERPS输出是数字频率，具有低噪声、高动态响应等特点，能使控制器更快、更准确地进行调节。在等离子刻蚀中，这一点尤其关键——刻蚀速率与腔体压强成正相关或逆相关，需要快速且准确的反馈信号来调节阀门与射频功率。
 
　　晶圆级工艺质量监控
 
　　在蚀刻机内，通过记录TERPS的实时压力曲线，可对工艺稳定性进行在线诊断，侦测腔室内部的微漏、抽气系统故障等。例如如果某段制程要求50 Pa而测量值出现无法稳定的随机波动，说明真空泵或气体流量存在异常。若长期偏差过大，也可提示进行清洗或检漏操作，从而降低停机风险。
 
　　多模块/跨工艺段通用化
 
　　诸多半导体FAB厂或先进封装线配有多台不同类型设备，如蚀刻机、CVD、PVD、清洗机等。使用同一种TERPS核心模块可满足范围1Pa～100kPa的需求。对厂商而言，既可降低备件库存，也简化工程师在使用与维护过程中的学习成本。对于高端设备制造商（OEM），将TERPS集成到各类机台中成为统一的压力测量标准，可提升自有机台的一致性和竞争力。
 
　　真空故障预判与“零点”快速校验
 
　　半导体工厂中的腔体维护频率较高，如干式清洗、湿式清洗后可顺便让腔体抽至极限真空，利用TERPS的自动归零功能纠正长期漂移。如果在抽空时发现传感器零点与前一次差别甚大，则提示机台可能存在漏气或传感器异常。这种预判式监控可在生产损失前及时发现问题。
 
　　04
 
　　结论
 
　　综上所述，TERPS技术对半导体行业相关设备制造商(OEM)具备如下实际价值：
 
　　模块化传感器平台，简化产品结构设计
 
　　减少仪表种类与电路接口，降低BOM复杂度
 
　　提高整机长期一致性，减少售后返修/维护成本
 
　　对于晶圆厂的工程师与管理者(Fab)则可以：
 
　　延长传感器免维护周期，提高产线稼动率
 
　　保证真空工艺一致性，提升良品率
 
　　降低工艺调试与偏移风险，减少运行成本
 
　　因此，TERPS技术将为刻蚀、沉积、封装、退火等全流程注入“可控、可重复、可追踪”的核心能力，结合德鲁克大批量交付能力、短货期等供应链能力，业已服务中国工业市场逾30年的TERPS技术将助力客户赢得速度、品质与成本的三重竞争优势。
 
　　—作者简介—
 
　　王涛
 
　　德鲁克中国区压力传感器资深产品经理
 
　　于知名外资仪器仪表企业积累逾十年行业经验，长期致力于压力传感器、压力变送器等产品的研发、生产及推广工作。