Unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici per sistemi di distribuzione di prodotti chimici per semiconduttori

Unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici per sistemi di distribuzione di prodotti chimici per semiconduttori

L'industria della produzione di semiconduttori richiede un livello di controllo estremamente elevato sull'erogazione dei prodotti chimici, poiché anche piccole variazioni nella purezza, nella portata, nella pressione o nella contaminazione possono influire sulla lavorazione dei wafer e sulle prestazioni del dispositivo finale. Con l'avanzare dei nodi di processo dei semiconduttori, i sistemi di distribuzione dei prodotti chimici devono garantire un'erogazione stabile e ripetibile, riducendo al minimo la contaminazione, le perdite, gli sprechi chimici e l'esposizione degli operatori.

Un'unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici (CDU) è una soluzione importante per le applicazioni di distribuzione di prodotti chimici nel settore dei semiconduttori. Invece di installare apparecchiature di alimentazione e dosaggio di prodotti chimici indipendenti per ogni strumento di processo, una CDU centralizzata può ricevere i prodotti chimici da sistemi di stoccaggio o di fornitura all'ingrosso, eseguire filtrazione controllata, regolazione della pressione, pompaggio, monitoraggio e distribuzione, e quindi erogare i prodotti chimici attraverso linee di processo dedicate a molteplici punti di utilizzo.

Un'unità centralizzata di dosaggio chimico, progettata correttamente, integra componenti per la gestione dei fluidi, tubazioni ad alta purezza, valvole, pompe, sensori, sistemi di filtrazione, sistemi di controllo e funzioni di sicurezza in un'unica piattaforma. Se progettata a regola d'arte, può migliorare la uniformità del dosaggio chimico, semplificare la gestione degli impianti, ridurre la duplicazione delle apparecchiature e soddisfare i rigorosi requisiti delle moderne fabbriche di semiconduttori.


Apparecchiature automatiche per la fornitura di liquidi chimici
Che cos'è un'unità centralizzata di erogazione di prodotti chimici?
Un'unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici è un sistema integrato di gestione dei prodotti chimici progettato per preparare e distribuire i prodotti chimici di processo da una fonte di approvvigionamento centrale a molteplici strumenti di produzione di semiconduttori.

A seconda dell'applicazione, il sistema può gestire sostanze chimiche come acidi, basi, solventi, ossidanti, detergenti e altri fluidi di processo. I materiali di costruzione, la tecnologia di filtrazione, la configurazione delle pompe, la strumentazione e l'architettura di controllo devono essere selezionati in base alle proprietà chimiche e ai requisiti del processo di produzione dei semiconduttori.

Un'unità di analisi clinica (CDU) centralizzata tipica può includere:

Connessioni di ingresso e alimentazione dei prodotti chimici
Serbatoi di stoccaggio o di accumulo di sostanze chimiche ad elevata purezza
Pompe chimiche
valvole UHP e valvole a membrana
Regolatori di pressione e valvole di controllo
Filtri ad alta purezza
Misuratori di portata e sensori di pressione
Sensori di rilevamento perdite
monitoraggio della concentrazione chimica o della temperatura
Funzioni automatiche di scarico e spurgo
Sistema di controllo basato su PLC
Interfaccia operativa HMI
Sistema di arresto di emergenza
Contenimento secondario
Interfacce di scarico e ventilazione
La CDU può quindi fungere da interfaccia centrale tra il sistema di approvvigionamento di prodotti chimici dell'impianto e gli strumenti di processo a valle.

Perché la distribuzione centralizzata dei prodotti chimici è importante
Gli impianti di produzione di semiconduttori spesso utilizzano centinaia di strumenti di processo, ognuno dei quali richiede un'erogazione di sostanze chimiche altamente controllata. Un'architettura decentralizzata può richiedere più armadi chimici, pompe, filtri, sistemi di controllo e punti di manutenzione locali. Con l'aumentare del numero di strumenti di processo, aumentano anche la complessità del sistema e le esigenze di manutenzione.

Un'unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici offre un'architettura diversa. Un unico sistema progettato può servire più punti di processo, mantenendo al contempo condizioni chimiche controllate lungo tutta la rete di distribuzione.

Uno dei principali vantaggi è la costanza nell'erogazione . Un sistema centralizzato può monitorare continuamente parametri quali pressione, portata, temperatura e stato di fornitura dei prodotti chimici. Il controllo basato su PLC può regolare automaticamente le condizioni operative per mantenere i parametri di processo predefiniti.

Un altro vantaggio è l'ottimizzazione dello spazio . Centralizzare le apparecchiature per la manipolazione dei prodotti chimici può ridurre il numero di apparecchiature installate intorno ai singoli strumenti di processo. Ciò può essere particolarmente utile negli impianti di semiconduttori, dove lo spazio nelle camere bianche è costoso e soggetto a rigidi controlli.

La centralizzazione può anche semplificare la manutenzione. Pompe, filtri, strumenti e componenti di controllo possono essere organizzati in aree di servizio dedicate, consentendo ai tecnici di eseguire ispezioni o sostituzioni senza interrompere inutilmente il funzionamento delle apparecchiature di processo.

Progettazione per la gestione di fluidi ad elevata purezza
La purezza chimica è uno degli aspetti più importanti da considerare nella progettazione di un'unità CDU per semiconduttori. La contaminazione può derivare da fonti chimiche, materiali delle tubazioni, valvole, guarnizioni, pompe, filtri, tratti di linea non funzionanti o procedure di manutenzione non correttamente controllate.

Per applicazioni ad alta purezza, i componenti a contatto con il fluido devono essere selezionati in base alla compatibilità chimica e al livello di purezza richiesto. I materiali comunemente utilizzati possono includere fluoropolimeri ad alta purezza e acciai inossidabili resistenti alla corrosione, a seconda della sostanza chimica.

Per applicazioni compatibili, l'acciaio inossidabile 316L offre un'eccellente resistenza meccanica e alla corrosione. Il trattamento superficiale e l'elettrolucidatura possono essere specificati laddove la movimentazione di fluidi ad elevata purezza richieda una bassa rugosità superficiale e una maggiore resistenza all'accumulo di particelle.

Per le sostanze chimiche aggressive, si possono prendere in considerazione materiali fluoropolimerici come PTFE, PFA o PVDF. La scelta del materiale deve sempre basarsi sulla concentrazione effettiva della sostanza chimica, sulla temperatura, sulla pressione, sul tempo di esposizione e sulle condizioni di processo, piuttosto che semplicemente sulla scelta di un materiale perché comunemente utilizzato nei sistemi a semiconduttore.

Anche la geometria interna dell'unità di trattamento delle acque reflue (CDU) è altrettanto importante. Gli ingegneri dovrebbero ridurre al minimo i tratti morti non necessari, le transizioni brusche, le zone di ristagno e le sezioni difficili da pulire. Percorsi di flusso uniformi possono contribuire a ridurre l'accumulo di particelle e a migliorare la pulibilità del sistema.

Pompe e controllo del flusso
La pompa è uno dei componenti più importanti in un'unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici. La sua funzione è quella di garantire un trasferimento stabile dei prodotti chimici e una pressione sufficiente per la distribuzione agli strumenti di processo a valle.

Applicazioni diverse possono richiedere tecnologie di pompaggio differenti. Pompe a membrana pneumatiche, pompe a trascinamento magnetico, pompe a cilindro chiuso o altre configurazioni di pompe compatibili con i prodotti chimici possono essere prese in considerazione a seconda delle proprietà del fluido e delle caratteristiche di flusso richieste.

Nella scelta della pompa è necessario considerare:

Portata richiesta
Pressione differenziale
Compatibilità chimica
La temperatura
Sensibilità alle particelle
Pulsazione
durata della pompa
Requisiti di manutenzione
Livello di pulizia richiesto
Il controllo del flusso si ottiene normalmente attraverso una combinazione di controllo della pompa, regolazione della pressione, valvole di controllo e misurazione del flusso.

Un sistema ben progettato dovrebbe prevenire fluttuazioni di pressione eccessive quando più strumenti di processo si avviano o si arrestano simultaneamente. Un dimensionamento idraulico adeguato e una logica di controllo appropriata sono quindi essenziali per mantenere un'erogazione stabile dei prodotti chimici.

Filtrazione e controllo delle particelle
La filtrazione è un'altra funzione critica di un'unità di dosaggio di prodotti chimici per semiconduttori. I prodotti chimici di processo devono spesso soddisfare rigorosi requisiti in termini di particelle, poiché queste possono causare difetti durante la lavorazione dei wafer.

L'unità di distribuzione del cloro (CDU) può includere sistemi di filtrazione al punto di alimentazione, a ricircolo o al punto di utilizzo, a seconda della composizione chimica e dell'architettura del processo.

La scelta del filtro non si limita alla selezione di un valore nominale in micron. Gli ingegneri devono valutare:

Compatibilità chimica
Materiale della membrana filtrante
Efficienza di ritenzione delle particelle
Calo di pressione
Capacità di flusso
estraibili
Durata del filtro
Procedura di sostituzione
Livello di pulizia richiesto
Un sistema centralizzato può anche includere il monitoraggio della pressione differenziale attraverso i filtri. Quando la caduta di pressione supera una soglia predefinita, il sistema di controllo può generare un allarme o una notifica di manutenzione.

Automazione e monitoraggio basati su PLC
Le moderne unità di distribuzione centralizzate (CDU) si affidano sempre più all'automazione basata su PLC per migliorare l'affidabilità e il controllo dei processi.

Il PLC è in grado di monitorare i segnali provenienti da trasmettitori di pressione, flussimetri, sensori di livello, sensori di temperatura, rilevatori di perdite, indicatori di stato della pompa, sensori di posizione delle valvole e altri dispositivi di campo.

Le funzioni automatizzate tipiche includono:

Monitoraggio dell'approvvigionamento di prodotti chimici
Controllo di avvio e arresto della pompa
Regolazione della pressione
Monitoraggio del flusso
Sequenziamento automatico delle valvole
Monitoraggio della pressione differenziale del filtro
Rilevamento delle perdite
Protezione di basso livello
Arresto di emergenza
Gestione degli allarmi
La registrazione dei dati
Notifiche di manutenzione preventiva
Un'interfaccia HMI può fornire agli operatori informazioni in tempo reale sullo stato del sistema. I parametri importanti possono essere visualizzati tramite grafici di processo, grafici di tendenza, schermate di allarme e indicatori di stato delle apparecchiature.

Per gli impianti di semiconduttori più avanzati, la CDU può essere integrata anche con i sistemi di monitoraggio a livello di fabbrica tramite protocolli di comunicazione industriale appropriati. Ciò consente di incorporare le informazioni operative e gli allarmi nell'architettura di gestione delle apparecchiature più ampia dell'impianto.

Sicurezza e prevenzione delle perdite
La sicurezza chimica deve essere integrata nella progettazione dell'unità di trattamento dei rifiuti chimici (CDU) fin dalle fasi iniziali, anziché essere aggiunta dopo l'installazione.

Un'unità di trattamento dei rifiuti (CDU) centralizzata dovrebbe prevedere un adeguato contenimento secondario per eventuali perdite di sostanze chimiche. I sensori di rilevamento delle perdite possono identificare accumuli anomali di liquidi e attivare allarmi o sequenze di arresto automatico.

È possibile progettare una logica di arresto di emergenza per isolare le linee di alimentazione dei prodotti chimici, arrestare le pompe e chiudere valvole selezionate quando vengono rilevate condizioni critiche.

I parametri tipici per il monitoraggio della sicurezza possono includere:

Perdita chimica
Pressione eccessiva
pressione anormalmente bassa
Guasto della pompa
Basso livello chimico
Alta temperatura
Errori di posizione della valvola
Perdita di scarico
Perdita del potere di controllo
L'architettura di sicurezza precisa dipende dai rischi chimici, dai requisiti dell'impianto, dalle normative applicabili e dal processo di fabbricazione dei semiconduttori.

Ricircolo e stabilità chimica
Per alcuni prodotti chimici per semiconduttori, il ricircolo può migliorare la stabilità dell'erogazione. Invece di lasciare che il prodotto chimico ristagni in una linea di distribuzione, il sistema può farlo circolare continuamente attraverso un circuito controllato.

Il ricircolo può contribuire a mantenere condizioni chimiche costanti e a ridurre i problemi legati alla stagnazione. Può inoltre fornire una pressione di alimentazione stabile per molteplici punti di utilizzo a valle.

Tuttavia, il ricircolo non è sempre necessario. L'architettura appropriata dipende dalle caratteristiche chimiche, dal consumo del processo, dalla purezza richiesta, dalla sensibilità alla temperatura e dalla distanza di distribuzione.

La progettazione del circuito di circolazione richiede un'attenta valutazione del dimensionamento della pompa, dell'equilibrio di pressione, della configurazione della linea di ritorno, della filtrazione e del controllo della temperatura.

Unità di distribuzione centralizzata dei prodotti chimici vs. fornitura di prodotti chimici al punto di utilizzo.
Sia un sistema centralizzato che un sistema decentralizzato a punto d'uso presentano vantaggi specifici.

Un'unità di distribuzione centralizzata dei prodotti chimici (CDU) è generalmente una soluzione interessante quando un impianto dispone di numerose apparecchiature di processo che richiedono prodotti chimici uguali o compatibili. Consente di consolidare le attrezzature e semplificare la gestione dei prodotti chimici.

Un'architettura a punto d'uso può essere più adatta quando diversi strumenti di processo richiedono condizioni chimiche significativamente diverse o quando l'isolamento chimico è particolarmente importante.

L'approccio corretto è quindi determinato dall'architettura di processo dello stabilimento, dal consumo di sostanze chimiche, dalla disposizione degli impianti, dai requisiti di sicurezza e dai piani di espansione futuri.

Per i grandi impianti di semiconduttori, si può anche prendere in considerazione un'architettura ibrida. Le apparecchiature centralizzate per l'approvvigionamento di prodotti chimici possono alimentare diverse unità di distribuzione chimica (CDU) indipendenti, mentre le singole aree di processo mantengono funzioni dedicate di dosaggio e monitoraggio.

Manutenzione e Affidabilità
L'affidabilità è essenziale perché un'interruzione nella fornitura di sostanze chimiche può influire sulle apparecchiature di produzione e sulla produttività dei wafer.

Un'unità di distribuzione centralizzata (CDU) dovrebbe essere progettata tenendo conto dell'accessibilità per la manutenzione. Componenti come filtri, pompe, valvole, sensori e moduli di controllo dovrebbero essere posizionati in modo che i tecnici possano ispezionarli e sostituirli in modo efficiente.

Laddove le esigenze di produzione lo giustifichino, è possibile integrare pompe o strumentazione critica ridondanti. Le valvole di intercettazione consentono di eseguire la manutenzione di componenti specifici senza arrestare l'intero sistema di distribuzione.

La manutenzione preventiva può essere supportata anche tramite il monitoraggio PLC. Ad esempio, è possibile registrare le ore di funzionamento della pompa, la pressione differenziale del filtro, i cicli delle valvole e la cronologia degli allarmi per aiutare i team di manutenzione a identificare potenziali problemi prima che causino un arresto imprevisto.

Progettazione di un CDU a semiconduttore personalizzato
Un'unità centralizzata di dosaggio di prodotti chimici non deve essere considerata un armadio per prodotti chimici standard. I sistemi di distribuzione di prodotti chimici per semiconduttori richiedono in genere una progettazione personalizzata in base alle esigenze di processo del cliente.

Tra gli elementi progettuali fondamentali figurano:

Tipo di sostanza chimica e concentrazione
Tasso di consumo di sostanze chimiche
Numero di strumenti di processo
Portata richiesta
pressione di alimentazione e di ritorno
Funzionamento
Livello di purezza richiesto
Livello di filtrazione richiesto
Materiale delle tubazioni
Configurazione della valvola
Tecnologia delle pompe
Architettura di controllo
Requisiti della camera bianca
Requisiti di scarico
Requisiti di sicurezza
Capacità di espansione futura
In base a questi parametri, gli ingegneri possono sviluppare il diagramma P&ID, la disposizione delle apparecchiature, la configurazione delle tubazioni, la logica di controllo, la matrice degli allarmi e l'architettura elettrica.


Conclusione
Un'unità centralizzata di dosaggio chimico (CDU) per i sistemi di distribuzione di prodotti chimici per semiconduttori offre un approccio integrato per fornire in modo sicuro, costante ed efficiente i prodotti chimici di processo a molteplici strumenti di produzione. Combinando componenti per la gestione di fluidi ad alta purezza, pompe, filtri, valvole, sensori, automazione PLC, rilevamento perdite e funzioni di sicurezza, una CDU centralizzata può diventare una parte importante di una moderna infrastruttura di fornitura di prodotti chimici per semiconduttori.

I fattori più importanti non sono semplicemente la capacità delle apparecchiature o il prezzo di acquisto iniziale. La compatibilità dei materiali, il controllo della contaminazione, la stabilità idraulica, l'affidabilità dell'automazione, l'accessibilità per la manutenzione, la sicurezza e la scalabilità del sistema hanno tutti un'influenza diretta sulle prestazioni a lungo termine.

Per i produttori di semiconduttori, un'unità di distribuzione chimica centralizzata (CDU) opportunamente progettata può ridurre la complessità del sistema, migliorando al contempo il monitoraggio e la uniformità dell'erogazione dei prodotti chimici. Poiché i processi di produzione dei semiconduttori continuano a richiedere un controllo più rigoroso e livelli di pulizia più elevati, la tecnologia di erogazione chimica personalizzata rimarrà una componente importante dei sistemi avanzati di distribuzione chimica.

Per ulteriori informazioni sulle unità centralizzate di dosaggio di prodotti chimici per sistemi di distribuzione di prodotti chimici per semiconduttori, è possibile visitare il sito web di Jewellok all'indirizzo https://www.specialtygasregulator.com/product-category/specialty-gas-cabinet/.