一、引言：制程升級(jí)，正在重新定義高純流體系統(tǒng)

當(dāng)晶圓制程從7nm邁向3nm、2nm，半導(dǎo)體制造對(duì)高純流體系統(tǒng)提出了更高要求。隨著多重圖案化、沉積工藝（如ALD）等步驟增加，關(guān)鍵制程中化學(xué)品的使用頻率和輸送復(fù)雜度持續(xù)提升。

與此同時(shí)，AI芯片和封裝對(duì)良率的要求更加嚴(yán)苛。任何由顆粒污染、離子析出或泄漏導(dǎo)致的異常，都可能影響晶圓良率，甚至造成整批產(chǎn)品損失。

在這一背景下，PFA（全氟烷氧基烷烴）憑借優(yōu)異的耐腐蝕性、高純潔凈特性和低析出性能，成為半導(dǎo)體高純化學(xué)品輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵材料。它不僅是一段管路，更是保障流體純凈度和系統(tǒng)可靠性的重要基礎(chǔ)。

然而，一個(gè)長(zhǎng)期被忽視的問(wèn)題正在出現(xiàn)：

當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)都在追求更高潔凈度和可靠性時(shí)，為安裝傳統(tǒng)流量計(jì)而切斷PFA管路、增加連接點(diǎn)，是否反而破壞了原有高純系統(tǒng)的完整性？

本文將分析傳統(tǒng)侵入式流量計(jì)在PFA管路中安裝時(shí)面臨的實(shí)際工程問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上，給出一種無(wú)需破壞管路完整性的替代方案——外夾式超聲波流量測(cè)量。

二、傳統(tǒng)流量計(jì)安裝方式對(duì)PFA管路完整性的影響

PFA管路是維持高純流體系統(tǒng)潔凈度的基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)流量計(jì)的安裝方式恰恰需要切斷這段管路、增加新的連接點(diǎn)——這一安裝方式可能改變?cè)辛髀方Y(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)復(fù)雜度。

2.1 傳統(tǒng)侵入式流量測(cè)量方案及其局限

以PFA襯里渦街流量計(jì)為例。其流體接觸部分采用PFA材質(zhì)，在耐腐蝕性能方面能夠滿足高純化學(xué)品輸送要求，因此曾在部分設(shè)備中得到應(yīng)用。

安裝方式

典型的侵入式流量計(jì)需要串聯(lián)安裝于PFA管路中。安裝時(shí)，需要在管路上選取合適位置，將原有PFA管路切斷，再通過(guò)擴(kuò)口接頭、熔接或其他符合高純流體系統(tǒng)要求的連接方式，將流量計(jì)接入現(xiàn)有管路。

安裝完成后，還需進(jìn)行密封性檢查，并根據(jù)設(shè)備和工藝要求完成管路沖洗、潔凈度驗(yàn)證等工作，確認(rèn)系統(tǒng)滿足運(yùn)行條件后方可投入使用。

工程應(yīng)用中的局限

隨著制程對(duì)設(shè)備潔凈度和可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)侵入式流量測(cè)量方案也逐漸暴露出一些局限。

① 新增接頭增加潛在泄漏風(fēng)險(xiǎn)：每增加一個(gè)卡套或擴(kuò)口接頭，就增加一個(gè)潛在密封點(diǎn)。相比連續(xù)無(wú)縫的PFA管路，連接節(jié)點(diǎn)更容易受到長(zhǎng)期壓力、溫度變化及化學(xué)介質(zhì)的影響。

② 振動(dòng)可能影響測(cè)量穩(wěn)定性：渦街流量計(jì)通過(guò)檢測(cè)卡門渦街頻率進(jìn)行測(cè)量，對(duì)機(jī)械振動(dòng)較為敏感。設(shè)備內(nèi)部泵組、閥組等產(chǎn)生的振動(dòng)可能干擾測(cè)量信號(hào)，影響數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

③ 維護(hù)流程相對(duì)復(fù)雜：當(dāng)流量計(jì)需要更換或維護(hù)時(shí)，通常需要重新排空管路、拆卸接頭、重新安裝，并再次完成泄漏測(cè)試和潔凈度驗(yàn)證，增加了設(shè)備停機(jī)時(shí)間。

④ 多測(cè)點(diǎn)部署成本較高：現(xiàn)代Wet Bench、Coater等設(shè)備通常需要同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)供液回路。采用侵入式方案時(shí)，每增加一個(gè)測(cè)點(diǎn)，都意味著新增切管、安裝、驗(yàn)證等工作，安裝工時(shí)和維護(hù)成本隨之增加。

2.2 半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)流量監(jiān)測(cè)提出了新的要求

上述局限并非今天才出現(xiàn)。在過(guò)去，行業(yè)對(duì)流路完整性的關(guān)注度不如現(xiàn)在這么高，精度和可靠性是選擇流量計(jì)的首要標(biāo)準(zhǔn)，安裝方式的影響被認(rèn)為在可接受范圍內(nèi)。

但隨著制程線寬從微米級(jí)進(jìn)入納米級(jí)，再到如今的3nm、2nm，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)正在發(fā)生位移。

潔凈度權(quán)重上升。 在微米級(jí)制程中，微量的顆粒污染或許可以容忍。但在制程中，PFA管路的完整性直接等同于系統(tǒng)的潔凈度。任何新增的接頭、任何一次切斷后的熔接操作，都增加了潔凈控制和驗(yàn)證管理的要求——這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)在今天的制程精度下，已經(jīng)變得不可忽視。

可靠性要求提高。 傳統(tǒng)侵入式方案的泄漏風(fēng)險(xiǎn)、振動(dòng)干擾、維護(hù)復(fù)雜性，在成熟制程中或許是可以接受的工程成本。但在7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行、停機(jī)成本高的產(chǎn)線中，每一個(gè)新增的潛在失效點(diǎn)都意味著良率損失的風(fēng)險(xiǎn)。

多測(cè)點(diǎn)部署成為常態(tài)。 隨著AI芯片和封裝對(duì)工藝控制精度的要求不斷提升，一臺(tái)設(shè)備需要監(jiān)測(cè)的供液回路數(shù)量顯著增加。當(dāng)測(cè)點(diǎn)從一兩個(gè)擴(kuò)展到十幾個(gè)甚至更多時(shí)，侵入式方案的安裝和維護(hù)成本不再是線性的，而是以更快的速度攀升。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)正在從“能否測(cè)準(zhǔn)"轉(zhuǎn)向“能否在測(cè)準(zhǔn)的同時(shí)，不破壞系統(tǒng)的完整性"。因此，不需要切斷管路、不接觸介質(zhì)、不新增接頭的外夾式超聲波流量測(cè)量提供了一種與之完匹配的解決方案。

三、外夾式超聲波流量測(cè)量：兼顧精度與流路完整性

3.1 外夾式測(cè)量如何改變流量監(jiān)測(cè)方式

半導(dǎo)體設(shè)備中常使用的主流流量測(cè)量技術(shù)，各有其適用場(chǎng)景，也各有其局限：

這些技術(shù)各有其適用場(chǎng)景，但都有一個(gè)共同點(diǎn)：傳感器或結(jié)構(gòu)件需要與介質(zhì)直接接觸，安裝時(shí)往往需要對(duì)流路進(jìn)行改造。 這正是它們與“保持流路完整性"這一新要求之間的根本沖突。

外夾式（Clamp-on）超聲波流量測(cè)量提供了一種不同的思路：傳感器安裝于PFA管路外壁，無(wú)需與介質(zhì)直接接觸，也無(wú)需改變?cè)辛髀方Y(jié)構(gòu)。

CPD系列采用高精度時(shí)差法超聲波測(cè)量原理，在典型PFA管路（外徑1/4英寸~1英寸）條件下，重復(fù)性可達(dá)±0.1% of F.S.，能夠滿足大多數(shù)半導(dǎo)體濕法工藝對(duì)流量監(jiān)測(cè)的精度要求。

這種設(shè)計(jì)不僅滿足了流量監(jiān)測(cè)需求，也更加符合高純流體系統(tǒng)對(duì)潔凈性和完整性的要求。

3.2 外夾式測(cè)量帶來(lái)的六大工程優(yōu)勢(shì)

外夾式超聲波流量測(cè)量采用時(shí)差法超聲波原理，通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中的傳播時(shí)間差計(jì)算流速。測(cè)量過(guò)程中，超聲波信號(hào)穿過(guò)PFA管壁進(jìn)入流體，再返回傳感器，整個(gè)過(guò)程無(wú)需與介質(zhì)直接接觸。

基于這一測(cè)量方式，迅音科技推出了CPD系列外夾式超聲波流量傳感器，為半導(dǎo)體高純流體系統(tǒng)提供了一種更加適合工程應(yīng)用的流量監(jiān)測(cè)方案。

相較于傳統(tǒng)侵入式安裝方式，外夾式測(cè)量具有以下工程優(yōu)勢(shì)：

? 保持高純流路完整性

傳感器安裝于PFA管路外壁，不新增任何接液點(diǎn)，無(wú)需切斷管路或改造原有流路，在實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的同時(shí)，大程度保持高純流體系統(tǒng)的完整性。

? 無(wú)新增壓損，保持工藝穩(wěn)定性

測(cè)量過(guò)程中無(wú)需在流路內(nèi)部增加節(jié)流件、旋渦發(fā)生體等結(jié)構(gòu)，不改變?cè)辛鞯?，也不?huì)產(chǎn)生額外壓降，有助于保持工藝流量的穩(wěn)定性。

? 快速安裝，即裝即測(cè)

無(wú)需切管、排液或焊接，安裝通常僅需約1分鐘。產(chǎn)品出廠前已完成參數(shù)匹配，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需復(fù)雜調(diào)試，可快速投入使用，有助于縮短設(shè)備裝配和交付周期。

? 維護(hù)便捷，降低停機(jī)成本

當(dāng)設(shè)備需要維護(hù)或更換傳感器時(shí)，無(wú)需拆卸液路，也無(wú)需重新進(jìn)行潔凈度驗(yàn)證，可有效減少停機(jī)時(shí)間，降低維護(hù)工作量。

? 更適合設(shè)備集成與自動(dòng)化控制

CPD采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)需外置控制器，可有效節(jié)省設(shè)備安裝空間，簡(jiǎn)化布線。同時(shí)支持RS485 Modbus等工業(yè)通信接口，可方便接入PLC及設(shè)備控制系統(tǒng)，滿足半導(dǎo)體設(shè)備自動(dòng)化集成需求。

? 適用于多種高純工藝介質(zhì)

CPD適用于PFA管路中的多種高純工藝介質(zhì)，包括酸、堿、H?O?、UPW以及Slurry等，可滿足濕法清洗、涂膠顯影等不同工藝環(huán)節(jié)的流量監(jiān)測(cè)需求。

3.3 半導(dǎo)體設(shè)備中的典型應(yīng)用

目前，CPD系列超聲波流量傳感器已在多種半導(dǎo)體設(shè)備中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

在濕法清洗設(shè)備（Wet Bench）中，可用于監(jiān)測(cè)化學(xué)品供液管路及DI水漂洗管路的實(shí)時(shí)流量，實(shí)現(xiàn)化學(xué)品輸送狀態(tài)監(jiān)控、流量異常報(bào)警及工藝一致性管理。

在涂膠/顯影設(shè)備（Coater / Developer）中，可用于監(jiān)測(cè)光刻相關(guān)化學(xué)液供液、顯影液等工藝介質(zhì)的供液流量，為供液穩(wěn)定性及工藝重復(fù)性提供數(shù)據(jù)支持。

在CMP工藝中，可用于監(jiān)測(cè)Slurry供液管路中的流量狀態(tài)，幫助設(shè)備實(shí)時(shí)掌握研磨液輸送情況。

在化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)（CDS）中，CPD可用于監(jiān)測(cè)酸、堿、有機(jī)溶劑以及其他高純化學(xué)品輸送過(guò)程中的流量變化。

對(duì)于這些應(yīng)用而言，CPD帶來(lái)的價(jià)值不僅體現(xiàn)在測(cè)量精度上，更重要的是能夠在不改變PFA流路結(jié)構(gòu)、不接觸介質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的流量監(jiān)測(cè)。

結(jié)語(yǔ)：為半導(dǎo)體高純流體系統(tǒng)提供一種更優(yōu)的流量監(jiān)測(cè)方案

高純PFA管路的價(jià)值，不應(yīng)因?yàn)榘惭b一臺(tái)流量計(jì)而被削弱。

基于外夾式超聲波測(cè)量技術(shù)，迅音科技CPD系列旨在為半導(dǎo)體設(shè)備制造商提供一種更簡(jiǎn)單、更可靠的流量監(jiān)測(cè)方式——在不改變高純流路的前提下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、穩(wěn)定的流量測(cè)量。