化學液集中供應系統設計論文
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在半導體生產工廠中使用的中央化學藥液供應系統可以根據機臺的不同有兩種分類，一種是單純的藥液供應系統（SupplySystem）：將化學液自儲存設備，利用供酸機臺及管路供應給制程機臺使用。另一種是具有混合、加熱或者攪拌等功能的功能系統(FunctionalSystem)：將藥液從儲存設備，先經過稀釋混合、加熱、冷卻或者攪拌沉淀的功能之后，再供應給制程機臺使用。具體使用哪種供液方式，取決于機臺的功能以及工藝上的要求。
1.1中央供藥液基本要求
不同系統會有不同的要求，但是大部分的供液系統有相同基本的要求：
（1）操作安全性，能耐腐蝕、耐壓力、防爆等；
（2）化學液零污染，要求系統中與化學液接觸部分完全與化學液兼容，不會產生反應或者溶解；
（3）微粒子控制，藥液因為溫度壓力可能會產生微粒，需要用過濾器循環過濾；
（4）流量要求，各個機臺需要的流量不同，整個供液系統需要滿足最高的流量要求；
（5）泄露報警，如果系統中有泄露的地方，需要立即發出警報，在界面中顯示出泄露大概區域，并且暫停這一部分的供液功能，關閉相關部分的閥門和動力系統，使得故障能迅速恢復，將損失降到最低。把信息結果匯入故障診斷系統；
（6）取樣分析，各段供應的化學液需要進行自動取樣分析，根據需要分析系統和管路中帶入的粒子以及金屬離子。把結果匯入故障診斷系統；
（7）自動控制運轉，系統和各個機臺的交互運行能夠進行自動控制，提供運行監控界面，顯示實時系統狀態，其中包括泵、過濾系統、壓力容器等的各種參數，如果一旦有參數超出正常范圍，進行自動調節之后將進行報警，將信息匯入故障診斷系統；
（8）自動的維護保養系統功能，能夠在系統閑時，根據具體情況，定期對系統管路進行保養維護以及清潔，延長整個系統的使用，提高系統的安全性；
（9）化學液用量的統計，能根據人為控制或者自動結算監控，及時調整藥液供應時間和頻率，使得藥液供應能及時補充生產，不成為整個生產的瓶頸；
（10）系統自動故障診斷，根據前面提及的各個控制系統匯總的故障信息，自動診斷故障點或者可能發生故障點的相關度，最大化的縮短故障排除時間。
1.2系統設備使用材料
系統中設備容器及管路使用的材料。
1.3中央集中供藥液方式
首先根據藥液使用量的大小選擇藥液的供應容器，如果使用量很大，比如在多個清洗步驟中都會使用到的強氧化劑H2O2以及強酸濃硫酸H2SO4，就使用槽車供應先到化學液充填站，再使用氮氣加壓輸送至大于10m3的存儲罐中。使用量中等或者少量的化學液例如HF以及顯影液等，則使用便攜式可移動的容器來輸送到主管路。經過過濾系統的化學液則通過N2或者泵分別輸入各個三通閥箱。化學液的驅動方式有兩種，一種是泵傳輸，另一種是使用N2產生壓力輸送。其中常用于半導體中央供藥液的泵也有很多種類，其中因為驅動方式的不同可以分為氣動泵、電動泵和磁力泵等，其中氣動泵成本經濟，并且可使用耐腐蝕材料制造，輸送一些酸性藥液。磁力泵密封性很好，可以做到完全不泄露，動力輸入和輸出可以完全零摩擦，降低能耗。電機驅動的泵可以做到很精確的閉環控制，已達到最終的高精度輸出。而N2壓力輸送，常用在一些藥液黏度大，用量精度高、揮發性強以及燃點低的情況下。
1.4化學液集中供應系統控制流程
是中央集中供液的總體流程示意圖。藥液會根據使用量的大小采取不同的供應容器，通過化學液過濾系統CDU過濾不符合要求的微粒子，再通過三通閥箱TeeBox閥箱以及分支閥箱VMB供應到各個機臺，其中在各段不同點需要有化學液采樣分析盒SamplingBox，最終的分析信息需要匯總到總控制臺的故障診斷系統。為單路多反饋控制流程圖。具體到單路的控制流程里，主管路將溶液供應到CDU過濾系統，當化學液中的微粒尺寸和數量滿足要求之后，會將電信號反饋給OCP即運算處理器。當機臺發出需求信號時，OCP判斷CDU信號，如果滿足要求OCP將控制信號通過HUB放大信號之后發送給VMB分支閥箱，這時過濾好的藥液就會通過三通閥箱以及分支閥箱供應給機臺。如果機臺、閥箱以及過濾系統有漏液、堵塞以及完成等狀態，信號會被反饋給OCP，OCP將處理當前狀態，關閉執行單元，并且將信號通過HUB發送到系統數據監控和采集系統SCADASystem，相應發出警示或者警報。在一些清洗或者刻蝕工藝中，有些機臺使用的是不同化學液的混合物，需要根據一定的體積或者質量比例進行配液。機臺可能會在工藝槽中直接配液，或者有配液槽進行提前配液以及其它的預備功能，比如加熱、攪拌反應或者冷卻降溫等。現在通常使用的都是將質量比例換算成體積比例進行配比。精度要求不高的，并且混合后體積不會有很大變化的混液過程，可以通過混液槽里使用液位傳感器進行體積控制。精度要求高的使用流量傳感器來測量流過的液體體積。為了達到較高的精度要求，傳感器則需要安裝在距離配液容器進口處。
1.5化學液集中供應安全防護系統
化學液輸送系統需要以下安全裝置：
（1）設置溢出流量閥或者開關（ExcessValve/Switch）以及相應排放管道，用于在系統中由于某些故障造成的輸送無法停止、泄露以及腐蝕等等緊急情況下，化學液的排放溢出。
（2）泄露相關安全保護，其中包括檢測化學液泄露的傳感器。這類傳感器有耐腐蝕性，能夠保證長時間的檢測壽命。可根據具體化學液的性質進行類型選擇，如果有導電性，可選擇導線式傳感器，可根據不同點之間電阻值得變化檢測到泄露以及泄露位置。如果無導電性，可選擇光電式傳感器，可避免化學液接觸導致的腐蝕。除了選擇檢測傳感器，還需要有泄露二次圍堵和排放功能，以免泄露造成污染腐蝕等引起的二次危險與損失。
（3）各段化學液供應源處安裝手動開關，在遇有緊急情況時可切斷化學液供應或者分流，以保證需要保護的裝備切斷或者減少化學液進入。
（4）化學液桶、槽和柜進行填充時，需要有液位傳感器或者壓力傳感器，實時監測化學液液位及壓力，如果超過一定值時供應必須自動停止。
（5）易燃易爆化學液輸送系統應該配有滅火裝置，使用火焰、溫度或者煙霧傳感器監測，一旦發生險情，必須能進行有效的滅火并且有聲光報警，以及遠程報警信號傳輸。
2結束語
半導體生產廠房化學液供應系統，向來是半導體生產的重要環節，其設計結果是否正確關系到整個生產環境的安全，所以在設計規劃時，需要有完整而細致的目的要求，以及嚴謹而全面的解決方案。本文根據半導體生產的目的、化學液特性與用途，提出了常用化學液集中供應的基本要求，從而得出半導體廠房中央化學液集中供應的系統設計。
作者：孫敏 單位：中國電子科技集團公司第四十五研究所
