化學液集中供應系統(tǒng)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(tǒng)可以根據(jù)機臺的不同有兩種分類，一種是單純的藥液供應系統(tǒng)（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(tǒng)(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(tǒng)會有不同的要求，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）化學液零污染，要求系統(tǒng)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(huán)過濾；
（4）流量要求，各個機臺需要的流量不同，整個供液系統(tǒng)需要滿足最高的流量要求；
（5）泄露報警，如果系統(tǒng)中有泄露的地方，需要立即發(fā)出警報，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，關閉相關部分的閥門和動力系統(tǒng)，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(tǒng)；
（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(jù)需要分析系統(tǒng)和管路中帶入的粒子以及金屬離子。把結果匯入故障診斷系統(tǒng)；
（7）自動控制運轉，系統(tǒng)和各個機臺的交互運行能夠進行自動控制，提供運行監(jiān)控界面，顯示實時系統(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，進行自動調節(jié)之后將進行報警，將信息匯入故障診斷系統(tǒng)；
（8）自動的維護保養(yǎng)系統(tǒng)功能，能夠在系統(tǒng)閑時，根據(jù)具體情況，定期對系統(tǒng)管路進行保養(yǎng)維護以及清潔，延長整個系統(tǒng)的使用，提高系統(tǒng)的安全性；
（9）化學液用量的統(tǒng)計，能根據(jù)人為控制或者自動結算監(jiān)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(tǒng)自動故障診斷，根據(jù)前面提及的各個控制系統(tǒng)匯總的故障信息，自動診斷故障點或者可能發(fā)生故障點的相關度，最大化的縮短故障排除時間。
1.2系統(tǒng)設備使用材料
系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)的化學液則通過N2或者泵分別輸入各個三通閥箱?；瘜W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(huán)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(fā)性強以及燃點低的情況下。
1.4化學液集中供應系統(tǒng)控制流程
是中央集中供液的總體流程示意圖。藥液會根據(jù)使用量的大小采取不同的供應容器，通過化學液過濾系統(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(tǒng)。為單路多反饋控制流程圖。具體到單路的控制流程里，主管路將溶液供應到CDU過濾系統(tǒng)，當化學液中的微粒尺寸和數(shù)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(fā)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(fā)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(tǒng)有漏液、堵塞以及完成等狀態(tài)，信號會被反饋給OCP，OCP將處理當前狀態(tài)，關閉執(zhí)行單元，并且將信號通過HUB發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)SCADASystem，相應發(fā)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(jù)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(xiàn)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(tǒng)
化學液輸送系統(tǒng)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(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?？筛鶕?jù)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(jù)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(jiān)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(tǒng)應該配有滅火裝置，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(tǒng)，向來是半導體生產的重要環(huán)節(jié)，其設計結果是否正確關系到整個生產環(huán)境的安全，所以在設計規(guī)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(jù)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(tǒng)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
