化學(xué)液集中供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1化學(xué)液集中供應(yīng)系統(tǒng)的流程及構(gòu)成

在半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠中使用的中央化學(xué)藥液供應(yīng)系統(tǒng)可以根據(jù)機(jī)臺(tái)的不同有兩種分類，一種是單純的藥液供應(yīng)系統(tǒng)（SupplySystem）：將化學(xué)液自儲(chǔ)存設(shè)備，利用供酸機(jī)臺(tái)及管路供應(yīng)給制程機(jī)臺(tái)使用。另一種是具有混合、加熱或者攪拌等功能的功能系統(tǒng)(FunctionalSystem)：將藥液從儲(chǔ)存設(shè)備，先經(jīng)過稀釋混合、加熱、冷卻或者攪拌沉淀的功能之后，再供應(yīng)給制程機(jī)臺(tái)使用。具體使用哪種供液方式，取決于機(jī)臺(tái)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(tǒng)會(huì)有不同的要求，但是大部分的供液系統(tǒng)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(xué)液零污染，要求系統(tǒng)中與化學(xué)液接觸部分完全與化學(xué)液兼容，不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)或者溶解；

（3）微粒子控制，藥液因?yàn)闇囟葔毫赡軙?huì)產(chǎn)生微粒，需要用過濾器循環(huán)過濾；

（4）流量要求，各個(gè)機(jī)臺(tái)需要的流量不同，整個(gè)供液系統(tǒng)需要滿足最高的流量要求；

（5）泄露報(bào)警，如果系統(tǒng)中有泄露的地方，需要立即發(fā)出警報(bào)，在界面中顯示出泄露大概區(qū)域，并且暫停這一部分的供液功能，關(guān)閉相關(guān)部分的閥門和動(dòng)力系統(tǒng)，使得故障能迅速恢復(fù)，將損失降到最低。把信息結(jié)果匯入故障診斷系統(tǒng)；

（6）取樣分析，各段供應(yīng)的化學(xué)液需要進(jìn)行自動(dòng)取樣分析，根據(jù)需要分析系統(tǒng)和管路中帶入的粒子以及金屬離子。把結(jié)果匯入故障診斷系統(tǒng)；

（7）自動(dòng)控制運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)和各個(gè)機(jī)臺(tái)的交互運(yùn)行能夠進(jìn)行自動(dòng)控制，提供運(yùn)行監(jiān)控界面，顯示實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)，其中包括泵、過濾系統(tǒng)、壓力容器等的各種參數(shù)，如果一旦有參數(shù)超出正常范圍，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)之后將進(jìn)行報(bào)警，將信息匯入故障診斷系統(tǒng)；

（8）自動(dòng)的維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)功能，能夠在系統(tǒng)閑時(shí)，根據(jù)具體情況，定期對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)以及清潔，延長整個(gè)系統(tǒng)的使用，提高系統(tǒng)的安全性；

（9）化學(xué)液用量的統(tǒng)計(jì)，能根據(jù)人為控制或者自動(dòng)結(jié)算監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整藥液供應(yīng)時(shí)間和頻率，使得藥液供應(yīng)能及時(shí)補(bǔ)充生產(chǎn)，不成為整個(gè)生產(chǎn)的瓶頸；

（10）系統(tǒng)自動(dòng)故障診斷，根據(jù)前面提及的各個(gè)控制系統(tǒng)匯總的故障信息，自動(dòng)診斷故障點(diǎn)或者可能發(fā)生故障點(diǎn)的相關(guān)度，最大化的縮短故障排除時(shí)間。

1.2系統(tǒng)設(shè)備使用材料

系統(tǒng)中設(shè)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(jù)藥液使用量的大小選擇藥液的供應(yīng)容器，如果使用量很大，比如在多個(gè)清洗步驟中都會(huì)使用到的強(qiáng)氧化劑H2O2以及強(qiáng)酸濃硫酸H2SO4，就使用槽車供應(yīng)先到化學(xué)液充填站，再使用氮?dú)饧訅狠斔椭链笥?0m3的存儲(chǔ)罐中。使用量中等或者少量的化學(xué)液例如HF以及顯影液等，則使用便攜式可移動(dòng)的容器來輸送到主管路。經(jīng)過過濾系統(tǒng)的化學(xué)液則通過N2或者泵分別輸入各個(gè)三通閥箱?；瘜W(xué)液的驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是泵傳輸，另一種是使用N2產(chǎn)生壓力輸送。其中常用于半導(dǎo)體中央供藥液的泵也有很多種類，其中因?yàn)轵?qū)動(dòng)方式的不同可以分為氣動(dòng)泵、電動(dòng)泵和磁力泵等，其中氣動(dòng)泵成本經(jīng)濟(jì)，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(dòng)力輸入和輸出可以完全零摩擦，降低能耗。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵可以做到很精確的閉環(huán)控制，已達(dá)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(fā)性強(qiáng)以及燃點(diǎn)低的情況下。

1.4化學(xué)液集中供應(yīng)系統(tǒng)控制流程

是中央集中供液的總體流程示意圖。藥液會(huì)根據(jù)使用量的大小采取不同的供應(yīng)容器，通過化學(xué)液過濾系統(tǒng)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(yīng)到各個(gè)機(jī)臺(tái)，其中在各段不同點(diǎn)需要有化學(xué)液采樣分析盒SamplingBox，最終的分析信息需要匯總到總控制臺(tái)的故障診斷系統(tǒng)。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(yīng)到CDU過濾系統(tǒng)，當(dāng)化學(xué)液中的微粒尺寸和數(shù)量滿足要求之后，會(huì)將電信號(hào)反饋給OCP即運(yùn)算處理器。當(dāng)機(jī)臺(tái)發(fā)出需求信號(hào)時(shí)，OCP判斷CDU信號(hào)，如果滿足要求OCP將控制信號(hào)通過HUB放大信號(hào)之后發(fā)送給VMB分支閥箱，這時(shí)過濾好的藥液就會(huì)通過三通閥箱以及分支閥箱供應(yīng)給機(jī)臺(tái)。如果機(jī)臺(tái)、閥箱以及過濾系統(tǒng)有漏液、堵塞以及完成等狀態(tài)，信號(hào)會(huì)被反饋給OCP，OCP將處理當(dāng)前狀態(tài)，關(guān)閉執(zhí)行單元，并且將信號(hào)通過HUB發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)SCADASystem，相應(yīng)發(fā)出警示或者警報(bào)。在一些清洗或者刻蝕工藝中，有些機(jī)臺(tái)使用的是不同化學(xué)液的混合物，需要根據(jù)一定的體積或者質(zhì)量比例進(jìn)行配液。機(jī)臺(tái)可能會(huì)在工藝槽中直接配液，或者有配液槽進(jìn)行提前配液以及其它的預(yù)備功能，比如加熱、攪拌反應(yīng)或者冷卻降溫等。現(xiàn)在通常使用的都是將質(zhì)量比例換算成體積比例進(jìn)行配比。精度要求不高的，并且混合后體積不會(huì)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(jìn)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(dá)到較高的精度要求，傳感器則需要安裝在距離配液容器進(jìn)口處。

1.5化學(xué)液集中供應(yīng)安全防護(hù)系統(tǒng)

化學(xué)液輸送系統(tǒng)需要以下安全裝置：

（1）設(shè)置溢出流量閥或者開關(guān)（ExcessValve/Switch）以及相應(yīng)排放管道，用于在系統(tǒng)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(xué)液的排放溢出。

（2）泄露相關(guān)安全保護(hù)，其中包括檢測化學(xué)液泄露的傳感器。這類傳感器有耐腐蝕性，能夠保證長時(shí)間的檢測壽命?？筛鶕?jù)具體化學(xué)液的性質(zhì)進(jìn)行類型選擇，如果有導(dǎo)電性，可選擇導(dǎo)線式傳感器，可根據(jù)不同點(diǎn)之間電阻值得變化檢測到泄露以及泄露位置。如果無導(dǎo)電性，可選擇光電式傳感器，可避免化學(xué)液接觸導(dǎo)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(xiǎn)與損失。

（3）各段化學(xué)液供應(yīng)源處安裝手動(dòng)開關(guān)，在遇有緊急情況時(shí)可切斷化學(xué)液供應(yīng)或者分流，以保證需要保護(hù)的裝備切斷或者減少化學(xué)液進(jìn)入。

（4）化學(xué)液桶、槽和柜進(jìn)行填充時(shí)，需要有液位傳感器或者壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測化學(xué)液液位及壓力，如果超過一定值時(shí)供應(yīng)必須自動(dòng)停止。

（5）易燃易爆化學(xué)液輸送系統(tǒng)應(yīng)該配有滅火裝置，使用火焰、溫度或者煙霧傳感器監(jiān)測，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，必須能進(jìn)行有效的滅火并且有聲光報(bào)警，以及遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)傳輸。

2結(jié)束語

半導(dǎo)體生產(chǎn)廠房化學(xué)液供應(yīng)系統(tǒng)，向來是半導(dǎo)體生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的安全，所以在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，需要有完整而細(xì)致的目的要求，以及嚴(yán)謹(jǐn)而全面的解決方案。本文根據(jù)半導(dǎo)體生產(chǎn)的目的、化學(xué)液特性與用途，提出了常用化學(xué)液集中供應(yīng)的基本要求，從而得出半導(dǎo)體廠房中央化學(xué)液集中供應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者：孫敏 單位：中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所