幾種類型的化學(xué)品傳輸供應(yīng)系統(tǒng)

馬東

摘要：目前國家大力發(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);移動式;氮壓式;泵抽式;重力式

在泛半導(dǎo)體行業(yè)（后文簡稱行業(yè)）中廣泛使用的化學(xué)品有很多是有毒性并且危險的。化學(xué)品安全、高純度和不間斷的從存儲罐中輸送到工藝機(jī)臺是至關(guān)重要的。對于液態(tài)化學(xué)品來說，這種輸送過程是通過化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)（Chemical Supply System）完成的。化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)是由化學(xué)品源（如一個存儲罐）、化學(xué)品輸送模塊（CDM）和管道系統(tǒng)所組成的。化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)常常建造在主要生產(chǎn)線的下方，輸送模塊用來過濾、混合和輸送化學(xué)品，然后通過管道將化學(xué)品輸送到對應(yīng)的工藝機(jī)臺。在此輸送過程中，配套的輔助動力系統(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)，泄漏偵測系統(tǒng)，共同作用，保障整個化學(xué)品輸送系統(tǒng)安全無污染的供應(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力或者重力來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸送。一般來說有三種輸送方式，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瘜W(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輸送化學(xué)品;第三種是將儲罐放置在高位（一般是屋頂）利用重力來傳輸化學(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)同時使用，例如高位儲罐里的化學(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，會導(dǎo)致?lián)Q桶次數(shù)過多。該配置主要就是直接將200LDrum桶中的化學(xué)品設(shè)備直接通過到閥門分配柜（VMB）后分配到用點(diǎn)機(jī)臺（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)過程中化學(xué)品的揮發(fā)物抽到設(shè)備外部進(jìn)行無害化處理，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)囊泵的動力源，也可用作氣動閥開啟的動力源

c） 高純氮?dú)庀到y(tǒng)，Drum桶經(jīng)過泵將化學(xué)品抽走，桶內(nèi)形成負(fù)壓，如果沒有補(bǔ)氣有可能會將桶吸癟，使用高純氮?dú)庋a(bǔ)氣，保證桶內(nèi)氣壓的同時，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（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，通過該系統(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)臺使用對金屬離子比較敏感，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，也會有偵測報警并在設(shè)備內(nèi)不會流出，造成房間污染或者人員傷亡

c） 動力單元，行業(yè)專用的全氟的無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)囊泵會有工藝的脈沖輸出，磁力泵和氮壓系統(tǒng)則沒有;泵一般使用二組并聯(lián)設(shè)計，以滿足一個使用一個備用的要求

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

e）氣液分離裝置，為了避免換桶時有氣泡進(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，因此對顆粒的要求非常高，一旦化學(xué)品中有顆粒，可能會使芯片短路，因此輸送系統(tǒng)需要配置過濾器組

g） 其他，對應(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題，目前廣泛用在電池板太陽能行業(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)襯儲罐中，用作儲存使用。此時如果工藝機(jī)臺需求使用的時候，再由供應(yīng)系統(tǒng)，通過泵或者氮壓將儲罐中的化學(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毫迌?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)中主要有兩個問題，一是泵的供應(yīng)是脈沖給液，在抽取-壓出的循環(huán)供應(yīng)過程中，壓力可能在抽取的時候到0-1Bar，壓出的時候到3-4Bar甚至更高，對于用點(diǎn)機(jī)臺的穩(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)臺發(fā)出需求信號后才啟動，這樣對于有的工藝機(jī)臺不能及時補(bǔ)液。用氮壓供應(yīng)系統(tǒng)可以同時解決這兩個問題，類似于民用的自來水管，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罐里，利用重力將化學(xué)品輸送到對應(yīng)用點(diǎn)。或者機(jī)臺產(chǎn)生的廢液，利用重力流到低層樓層的儲罐里。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. 移動式供應(yīng)系統(tǒng)

行業(yè)內(nèi)用的CDM供應(yīng)系統(tǒng)一般來說是固定式的，一次性投入成本大，交期久，有時候某些臨時試驗(yàn)線只是用一段時間，用CDM經(jīng)濟(jì)效益不高。這時就可以使用移動式供應(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時供應(yīng)或者調(diào)機(jī)使用。

7. 結(jié)束語

工程實(shí)踐中應(yīng)考慮各項(xiàng)優(yōu)劣選擇相對最優(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)：

1.《GB 50781-2012 電子工廠化學(xué)品系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中華人民共和國工業(yè)和信息化部主編

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