幾種類型的化學品傳輸供應系統

馬東

摘要：目前國家大力發展半導體產業，液態化學品被大量應用到工藝生產中，本文簡述了幾種行業常見的化學品輸送系統和其適用的條件。

關鍵詞：化學品傳輸供應;移動式;氮壓式;泵抽式;重力式

在泛半導體行業（后文簡稱行業）中廣泛使用的化學品有很多是有毒性并且危險的?；瘜W品安全、高純度和不間斷的從存儲罐中輸送到工藝機臺是至關重要的。對于液態化學品來說，這種輸送過程是通過化學品供應系統（Chemical Supply System）完成的?；瘜W品供應系統是由化學品源（如一個存儲罐）、化學品輸送模塊（CDM）和管道系統所組成的?；瘜W品供應系統常常建造在主要生產線的下方，輸送模塊用來過濾、混合和輸送化學品，然后通過管道將化學品輸送到對應的工藝機臺。在此輸送過程中，配套的輔助動力系統，含壓縮空氣系統，純水系統，高純氮氣系統，電力系統，排風系統，排廢系統，泄漏偵測系統，共同作用，保障整個化學品輸送系統安全無污染的供應。

化學品供應的介質是主要是液態的，和氣態介質靠自身擴散實現遠程輸送不同，化學品輸送只能靠外部動力或者重力來實現遠程輸送。一般來說有三種輸送方式，第一種是采用泵，行業主要使用隔膜泵、風囊泵、磁力泵;第二種是使用帶壓力高純氮氣對化學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品。這三種輸送方式可以在一套化學品的供應系統內同時使用，例如高位儲罐里的化學品，可能是用泵或者氮壓裝置將低位的化學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品傳輸供應系統及其相應的優缺點

1. 200L Drum 桶泵供應系統

行業最常用的化學品的包裝方式就是200L的，該包裝形式是行業里最常用的包裝形式。此種包裝形式便于運輸安裝，潔凈程度高，但是不適用于日用量太大的化學品，會導致換桶次數過多。該配置主要就是直接將200LDrum桶中的化學品設備直接通過到閥門分配柜（VMB）后分配到用點機臺（Tool），下面著重針闡述這款最基礎的供應系統的配置。

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

云線A內為輔助動力系統，包括

a） 排風系統，接廠務排氣，作用是將傳輸和供應過程中化學品的揮發物抽到設備外部進行無害化處理，避免揮發物累積，造成腐蝕，泄漏，人員傷害或者燃爆等情況發生

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

c） 高純氮氣系統，Drum桶經過泵將化學品抽走，桶內形成負壓，如果沒有補氣有可能會將桶吸癟，使用高純氮氣補氣，保證桶內氣壓的同時，可以保證系統的潔凈度

d）電力系統，為控制人機界面和可編程邏輯控制箱供電，接收設備的各類儀表信號（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，設備第一次調試沖洗和后期清洗更換部件使用

f）排廢系統，管道泄漏或者更換零部件時，通過該系統將有危害的化學品進行排放

g） 化學品監控系統，將CDM的各項運行狀態（供應，空桶，壓力，泄漏，閥門開關，泵開關）傳遞到監控室的的工控機中，實現一個終端電腦將所有不同介質的化學品的運行狀態，包括每種介質的CDM，VMB等

云線B內為化學品工藝系統，包括

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

b）殼體部分，因為化學品系統有多數有腐蝕性，而且用點機臺使用對金屬離子比較敏感，所以行業一般酸堿類化學品都采用PP或者PVC材質制造化學品系統的殼體，有機類殼體可以使用不銹鋼材質，殼體主要是將危險腐蝕的化學品放在密閉空間中，并加以抽風，即使有化學品泄漏，也會有偵測報警并在設備內不會流出，造成房間污染或者人員傷亡

c） 動力單元，行業專用的全氟的無金屬離子析出的隔膜泵或者風囊泵，利用干燥壓縮空氣進行抽取-壓出的循環供應，因此隔膜泵和風囊泵會有工藝的脈沖輸出，磁力泵和氮壓系統則沒有;泵一般使用二組并聯設計，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平緩一些，以減少對后端管道系統的沖擊，滿足工藝用點機臺的需求

e）氣液分離裝置，為了避免換桶時有氣泡進入后端管道系統，進而影響工藝設備流量和持續性，因此設置氣液分離裝置，可將氣泡去除，保證化學品全是液相

f） 過濾器組，行業里現在先進制程線寬已經到7納米甚至5納米，因此對顆粒的要求非常高，一旦化學品中有顆粒，可能會使芯片短路，因此輸送系統需要配置過濾器組

g） 其他，對應的開關閥門，各類傳感器，各類安全裝置，都是為了化學品工藝系統服務的

1000L IBC Tank泵供應系統

行業常用的化學品的大包裝方式就是1000L的，此種包裝形式便于運輸安裝，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，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。1000LIBCtank泵供應系統占地尺寸大于200LDrum桶泵供應系統。

3. Lorry槽車氮壓傳輸后用泵供應系統

大用量化學品的解決方案，槽車容積往往可以達到10M3以上，也就是相當于50桶200LDrum桶，或者10桶1000LIBCtank，該包裝純凈度高，雜質污染少。用槽車接頭盒（CCB）利用高純氮氣壓或者用泵將Lorry槽車中的液體抽到固定的防腐內襯儲罐中，用作儲存使用。此時如果工藝機臺需求使用的時候，再由供應系統，通過泵或者氮壓將儲罐中的化學品輸送到工藝用點。

4. 氮壓供應系統

行業里常用的穩壓供應解決方案，是用高純氮氣對壓力罐內化學品表面進行壓送?，F在泵供應系統在行業中主要有兩個問題，一是泵的供應是脈沖給液，在抽取-壓出的循環供應過程中，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，對于用點機臺的穩定控制流量和壓力都有不良影響;二是多數隔膜泵，磁力泵和風囊泵都是收到用點機臺發出需求信號后才啟動，這樣對于有的工藝機臺不能及時補液。用氮壓供應系統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，水管內就有一定的壓力，用點機臺可以即開即用，而且壓力流量穩定，是高端制程工藝用的比較多的輸送方式。

5. 重力流供應或回收系統

將化學品打入樓頂或者高層樓層的儲罐里，利用重力將化學品輸送到對應用點?；蛘邫C臺產生的廢液，利用重力流到低層樓層的儲罐里。此方式優點是安全壓力不高，不用泵系統或者氮壓罐，成本低;缺點是靠重力流速慢，流量小，流量不穩定，傳輸距離短，不太適合供應系統，更多用在行業的廢液系統中使用。

6. 移動式供應系統

行業內用的CDM供應系統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線只是用一段時間，用CDM經濟效益不高。這時就可以使用移動式供應小車，可以完成正常供應任務，任務完成后拆除管道可以推走繼續用于其他項目。該系統也常用在正式CDM因為交期原因臨時供應或者調機使用。

7. 結束語

工程實踐中應考慮各項優劣選擇相對最優策略，滿足相關應用。另外行業中常用的稀釋系統，有機系統，研磨液系統等也都屬于的化學品傳輸供應系統，都屬于上述論述系統中的一種或者幾種方式的組合，這里就不再贅述。

參考文獻：

1.《GB 50781-2012 電子工廠化學品系統工程技術規范》中華人民共和國工業和信息化部主編

2.《半導體制造技術》Michael Quirk ，Julian Serda 著，韓鄭生等譯