幾種類型的化學(xué)品傳輸供應(yīng)系統(tǒng)

馬東

摘要：目前國(guó)家大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，液態(tài)化學(xué)品被大量應(yīng)用到工藝生產(chǎn)中，本文簡(jiǎn)述了幾種行業(yè)常見的化學(xué)品輸送系統(tǒng)和其適用的條件。

關(guān)鍵詞：化學(xué)品傳輸供應(yīng);移動(dòng)式;氮壓式;泵抽式;重力式

在泛半導(dǎo)體行業(yè)（后文簡(jiǎn)稱行業(yè)）中廣泛使用的化學(xué)品有很多是有毒性并且危險(xiǎn)的?；瘜W(xué)品安全、高純度和不間斷的從存儲(chǔ)罐中輸送到工藝機(jī)臺(tái)是至關(guān)重要的。對(duì)于液態(tài)化學(xué)品來(lái)說(shuō)，這種輸送過(guò)程是通過(guò)化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)（Chemical Supply System）完成的?；瘜W(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)是由化學(xué)品源（如一個(gè)存儲(chǔ)罐）、化學(xué)品輸送模塊（CDM）和管道系統(tǒng)所組成的?；瘜W(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)常常建造在主要生產(chǎn)線的下方，輸送模塊用來(lái)過(guò)濾、混合和輸送化學(xué)品，然后通過(guò)管道將化學(xué)品輸送到對(duì)應(yīng)的工藝機(jī)臺(tái)。在此輸送過(guò)程中，配套的輔助動(dòng)力系統(tǒng)，含壓縮空氣系統(tǒng)，純水系統(tǒng)，高純氮?dú)庀到y(tǒng)，電力系統(tǒng)，排風(fēng)系統(tǒng)，排廢系統(tǒng)，泄漏偵測(cè)系統(tǒng)，共同作用，保障整個(gè)化學(xué)品輸送系統(tǒng)安全無(wú)污染的供應(yīng)。

化學(xué)品供應(yīng)的介質(zhì)是主要是液態(tài)的，和氣態(tài)介質(zhì)靠自身擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸送不同，化學(xué)品輸送只能靠外部動(dòng)力或者重力來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸送。一般來(lái)說(shuō)有三種輸送方式，第一種是采用泵，行業(yè)主要使用隔膜泵、風(fēng)囊泵、磁力泵;第二種是使用帶壓力高純氮?dú)鈱?duì)化學(xué)品表面施加氣壓保證源端有較高壓力，與后端低壓有一定的壓力差來(lái)輸送化學(xué)品;第三種是將儲(chǔ)罐放置在高位（一般是屋頂）利用重力來(lái)傳輸化學(xué)品。這三種輸送方式可以在一套化學(xué)品的供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)使用，例如高位儲(chǔ)罐里的化學(xué)品，可能是用泵或者氮壓裝置將低位的化學(xué)品打入到高位的儲(chǔ)罐中。

下面我們從包裝和傳輸方式論述一下幾種常見類型的化學(xué)品傳輸供應(yīng)系統(tǒng)及其相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)

1. 200L Drum 桶泵供應(yīng)系統(tǒng)

行業(yè)最常用的化學(xué)品的包裝方式就是200L的，該包裝形式是行業(yè)里最常用的包裝形式。此種包裝形式便于運(yùn)輸安裝，潔凈程度高，但是不適用于日用量太大的化學(xué)品，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q桶次數(shù)過(guò)多。該配置主要就是直接將200LDrum桶中的化學(xué)品設(shè)備直接通過(guò)到閥門分配柜（VMB）后分配到用點(diǎn)機(jī)臺(tái)（Tool），下面著重針闡述這款最基礎(chǔ)的供應(yīng)系統(tǒng)的配置。

基礎(chǔ)配置主要包括下圖中兩部分（以下所有常見類型的化學(xué)品傳輸供應(yīng)系統(tǒng)都有的配置）

云線A內(nèi)為輔助動(dòng)力系統(tǒng)，包括

a） 排風(fēng)系統(tǒng)，接廠務(wù)排氣，作用是將傳輸和供應(yīng)過(guò)程中化學(xué)品的揮發(fā)物抽到設(shè)備外部進(jìn)行無(wú)害化處理，避免揮發(fā)物累積，造成腐蝕，泄漏，人員傷害或者燃爆等情況發(fā)生

b）壓縮空氣系統(tǒng)，接干燥壓縮空氣，用作隔膜泵或者風(fēng)囊泵的動(dòng)力源，也可用作氣動(dòng)閥開啟的動(dòng)力源

c） 高純氮?dú)庀到y(tǒng)，Drum桶經(jīng)過(guò)泵將化學(xué)品抽走，桶內(nèi)形成負(fù)壓，如果沒(méi)有補(bǔ)氣有可能會(huì)將桶吸癟，使用高純氮?dú)庋a(bǔ)氣，保證桶內(nèi)氣壓的同時(shí)，可以保證系統(tǒng)的潔凈度

d）電力系統(tǒng)，為控制人機(jī)界面和可編程邏輯控制箱供電，接收設(shè)備的各類儀表信號(hào)（如泄漏傳感器，壓力傳感器），輸出各種指令（如開啟泵，開啟閥門）

e）純水系統(tǒng)，設(shè)備第一次調(diào)試沖洗和后期清洗更換部件使用

f）排廢系統(tǒng)，管道泄漏或者更換零部件時(shí)，通過(guò)該系統(tǒng)將有危害的化學(xué)品進(jìn)行排放

g） 化學(xué)品監(jiān)控系統(tǒng)，將CDM的各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)（供應(yīng)，空桶，壓力，泄漏，閥門開關(guān)，泵開關(guān)）傳遞到監(jiān)控室的的工控機(jī)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)終端電腦將所有不同介質(zhì)的化學(xué)品的運(yùn)行狀態(tài)，包括每種介質(zhì)的CDM，VMB等

云線B內(nèi)為化學(xué)品工藝系統(tǒng)，包括

a） 原液部分，本設(shè)備為200Ldrum桶，其他設(shè)備可能為1000LIBCTank或者Lorry槽車

b）殼體部分，因?yàn)榛瘜W(xué)品系統(tǒng)有多數(shù)有腐蝕性，而且用點(diǎn)機(jī)臺(tái)使用對(duì)金屬離子比較敏感，所以行業(yè)一般酸堿類化學(xué)品都采用PP或者PVC材質(zhì)制造化學(xué)品系統(tǒng)的殼體，有機(jī)類殼體可以使用不銹鋼材質(zhì)，殼體主要是將危險(xiǎn)腐蝕的化學(xué)品放在密閉空間中，并加以抽風(fēng)，即使有化學(xué)品泄漏，也會(huì)有偵測(cè)報(bào)警并在設(shè)備內(nèi)不會(huì)流出，造成房間污染或者人員傷亡

c） 動(dòng)力單元，行業(yè)專用的全氟的無(wú)金屬離子析出的隔膜泵或者風(fēng)囊泵，利用干燥壓縮空氣進(jìn)行抽取-壓出的循環(huán)供應(yīng)，因此隔膜泵和風(fēng)囊泵會(huì)有工藝的脈沖輸出，磁力泵和氮壓系統(tǒng)則沒(méi)有;泵一般使用二組并聯(lián)設(shè)計(jì)，以滿足一個(gè)使用一個(gè)備用的要求

d）緩沖器，針對(duì)泵抽取和壓出的過(guò)程，緩沖器可將此脈沖變的相應(yīng)平緩一些，以減少對(duì)后端管道系統(tǒng)的沖擊，滿足工藝用點(diǎn)機(jī)臺(tái)的需求

e）氣液分離裝置，為了避免換桶時(shí)有氣泡進(jìn)入后端管道系統(tǒng)，進(jìn)而影響工藝設(shè)備流量和持續(xù)性，因此設(shè)置氣液分離裝置，可將氣泡去除，保證化學(xué)品全是液相

f） 過(guò)濾器組，行業(yè)里現(xiàn)在先進(jìn)制程線寬已經(jīng)到7納米甚至5納米，因此對(duì)顆粒的要求非常高，一旦化學(xué)品中有顆粒，可能會(huì)使芯片短路，因此輸送系統(tǒng)需要配置過(guò)濾器組

g） 其他，對(duì)應(yīng)的開關(guān)閥門，各類傳感器，各類安全裝置，都是為了化學(xué)品工藝系統(tǒng)服務(wù)的

1000L IBC Tank泵供應(yīng)系統(tǒng)

行業(yè)常用的化學(xué)品的大包裝方式就是1000L的，此種包裝形式便于運(yùn)輸安裝，潔凈程度不高，包裝形式較大，單桶容積和5只Drum桶容積相當(dāng)，可以減緩用量大換桶頻繁的問(wèn)題，目前廣泛用在電池板太陽(yáng)能行業(yè)。1000LIBCtank泵供應(yīng)系統(tǒng)占地尺寸大于200LDrum桶泵供應(yīng)系統(tǒng)。

3. Lorry槽車氮壓傳輸后用泵供應(yīng)系統(tǒng)

大用量化學(xué)品的解決方案，槽車容積往往可以達(dá)到10M3以上，也就是相當(dāng)于50桶200LDrum桶，或者10桶1000LIBCtank，該包裝純凈度高，雜質(zhì)污染少。用槽車接頭盒（CCB）利用高純氮?dú)鈮夯蛘哂帽脤orry槽車中的液體抽到固定的防腐內(nèi)襯儲(chǔ)罐中，用作儲(chǔ)存使用。此時(shí)如果工藝機(jī)臺(tái)需求使用的時(shí)候，再由供應(yīng)系統(tǒng)，通過(guò)泵或者氮壓將儲(chǔ)罐中的化學(xué)品輸送到工藝用點(diǎn)。

4. 氮壓供應(yīng)系統(tǒng)

行業(yè)里常用的穩(wěn)壓供應(yīng)解決方案，是用高純氮?dú)鈱?duì)壓力罐內(nèi)化學(xué)品表面進(jìn)行壓送。現(xiàn)在泵供應(yīng)系統(tǒng)在行業(yè)中主要有兩個(gè)問(wèn)題，一是泵的供應(yīng)是脈沖給液，在抽取-壓出的循環(huán)供應(yīng)過(guò)程中，壓力可能在抽取的時(shí)候到0-1Bar，壓出的時(shí)候到3-4Bar甚至更高，對(duì)于用點(diǎn)機(jī)臺(tái)的穩(wěn)定控制流量和壓力都有不良影響;二是多數(shù)隔膜泵，磁力泵和風(fēng)囊泵都是收到用點(diǎn)機(jī)臺(tái)發(fā)出需求信號(hào)后才啟動(dòng)，這樣對(duì)于有的工藝機(jī)臺(tái)不能及時(shí)補(bǔ)液。用氮壓供應(yīng)系統(tǒng)可以同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題，類似于民用的自來(lái)水管，水龍頭打開前，水管內(nèi)就有一定的壓力，用點(diǎn)機(jī)臺(tái)可以即開即用，而且壓力流量穩(wěn)定，是高端制程工藝用的比較多的輸送方式。

5. 重力流供應(yīng)或回收系統(tǒng)

將化學(xué)品打入樓頂或者高層樓層的儲(chǔ)罐里，利用重力將化學(xué)品輸送到對(duì)應(yīng)用點(diǎn)?；蛘邫C(jī)臺(tái)產(chǎn)生的廢液，利用重力流到低層樓層的儲(chǔ)罐里。此方式優(yōu)點(diǎn)是安全壓力不高，不用泵系統(tǒng)或者氮壓罐，成本低;缺點(diǎn)是靠重力流速慢，流量小，流量不穩(wěn)定，傳輸距離短，不太適合供應(yīng)系統(tǒng)，更多用在行業(yè)的廢液系統(tǒng)中使用。

6. 移動(dòng)式供應(yīng)系統(tǒng)

行業(yè)內(nèi)用的CDM供應(yīng)系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)是固定式的，一次性投入成本大，交期久，有時(shí)候某些臨時(shí)試驗(yàn)線只是用一段時(shí)間，用CDM經(jīng)濟(jì)效益不高。這時(shí)就可以使用移動(dòng)式供應(yīng)小車，可以完成正常供應(yīng)任務(wù)，任務(wù)完成后拆除管道可以推走繼續(xù)用于其他項(xiàng)目。該系統(tǒng)也常用在正式CDM因?yàn)榻黄谠蚺R時(shí)供應(yīng)或者調(diào)機(jī)使用。

7. 結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)踐中應(yīng)考慮各項(xiàng)優(yōu)劣選擇相對(duì)最優(yōu)策略，滿足相關(guān)應(yīng)用。另外行業(yè)中常用的稀釋系統(tǒng)，有機(jī)系統(tǒng)，研磨液系統(tǒng)等也都屬于的化學(xué)品傳輸供應(yīng)系統(tǒng)，都屬于上述論述系統(tǒng)中的一種或者幾種方式的組合，這里就不再贅述。

參考文獻(xiàn)：

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2.《半導(dǎo)體制造技術(shù)》Michael Quirk ，Julian Serda 著，韓鄭生等譯