摘 要：?介紹了幾種常用泵的原理及在濕法腐蝕清洗設(shè)備中的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 泵；濕法腐蝕清洗；自動(dòng)供液系統(tǒng)

? 濕法腐蝕清洗設(shè)備是集成電路、LED、太陽(yáng)能、MEMS 等芯片制造中必不可少的工藝設(shè)備之一，泵作為其常用的關(guān)鍵部件有著廣泛的應(yīng)用。泵是輸送液體或使液體增壓的通用機(jī)械，濕法腐蝕清洗設(shè)備中泵主要用來(lái)輸送水、酸、堿、有機(jī)等化學(xué)藥液。隨著芯片制造特征尺寸的縮小，工藝水平的不斷提高，對(duì)晶片腐蝕的均勻性，晶片表面顆粒及金屬污染等潔凈度指標(biāo)提出了更高的要求，為之， 濕法腐蝕清洗設(shè)備在采取其它措施（如晶片旋轉(zhuǎn)、抖動(dòng)、超聲清洗、兆聲清洗等）的同時(shí)，業(yè)內(nèi)普遍采用以泵為動(dòng)力源的工藝槽循環(huán)過(guò)濾方式，用以凈化槽內(nèi)藥液、均勻流場(chǎng)保證藥液濃度和溫度的均勻性，這也是泵的最典型應(yīng)用；泵的另一應(yīng)用是用于化學(xué)藥液的自動(dòng)供給及廢液的輸送。濕法腐蝕清洗設(shè)備使用的化學(xué)藥液很多，有酸性腐蝕劑，堿性腐蝕劑以及有機(jī)腐蝕劑等，這些化學(xué)藥液通常具有較強(qiáng)的腐蝕性，特別是有機(jī)藥液還具有易燃、易爆特性，同時(shí)它們的使用溫度也不盡相同，有常溫也有高溫，依據(jù)不同使用要求， 選擇相適應(yīng)的泵的類型，是保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。目前，濕法腐蝕清洗設(shè)備中常使用的泵有氣動(dòng)隔膜泵、風(fēng)囊泵、磁力泵等。

1?氣動(dòng)隔膜泵

1.1?氣動(dòng)隔膜泵工作原理

? 氣動(dòng)隔膜泵的工作原理見(jiàn)圖 1 所示。壓縮空氣通過(guò)氣閥進(jìn)入中間腔體，其中有兩個(gè)導(dǎo)氣口將空氣導(dǎo)向左氣室或右氣室。泵有兩個(gè)液體腔室，兩個(gè)氣體腔室和兩個(gè)隔膜片。每一個(gè)氣室和液室被柔軟的隔膜分隔開(kāi)。在氣室中，當(dāng)氣壓作用在一個(gè)膜片的背側(cè)時(shí)，就會(huì)迫使液體腔室中的液體進(jìn)入出料口管。由于兩塊膜片被中心軸桿連接著，另一個(gè)膜片就會(huì)被拉向泵中間，這就導(dǎo)致另一邊吸料。球閥通過(guò)交替的開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)充滿腔室并阻止回流。當(dāng)中心軸桿行程結(jié)束時(shí)，空氣裝置（氣閥活塞）自動(dòng)轉(zhuǎn)換氣壓到相反側(cè)，從而改變泵的運(yùn)動(dòng)方向，使泵 1:1 地往復(fù)動(dòng)作。

1.2?氣動(dòng)隔膜泵的特點(diǎn)

? 氣動(dòng)隔膜泵采用壓縮空氣為動(dòng)力源，對(duì)于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高黏度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，均能可靠輸送。這種泵的主要特點(diǎn)是：具有自吸的功能，可空轉(zhuǎn)運(yùn)行 ；無(wú)機(jī)械密封，不會(huì)產(chǎn)生顆粒及污染；適用于中高黏度的流體；接地后不產(chǎn)生火花，工作中無(wú)熱量產(chǎn)生，可在易燃易爆的環(huán)境中使用；可通過(guò)含顆粒液體；通過(guò)調(diào)整進(jìn)氣壓力和流量可調(diào)整液體輸出壓力；液體脈動(dòng)較大；成本較低。

1.3?氣動(dòng)隔膜泵的應(yīng)用

? 氣動(dòng)隔膜泵在濕法腐蝕清洗設(shè)備中主要有以下三方面的應(yīng)用：用于超純水及化學(xué)藥液的供給。作為動(dòng)力源，與閥門、管道、流量計(jì)等組成自動(dòng)供液系統(tǒng)， 用于化學(xué)液配、補(bǔ)液，通?；瘜W(xué)藥液為常溫強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)等溶液。與 DI?水加熱儲(chǔ)液槽、閥門、管道等組成設(shè)備熱 DI?水供應(yīng)系統(tǒng)，以滿足機(jī)臺(tái)對(duì)熱水的需求。廢液回收。藥液溫度不高或通過(guò)降溫槽降溫后，利用隔膜泵、閥門、管道組成廢液回收系統(tǒng)， 將廢液收集至廢液桶或直接排入廠務(wù)排酸管道中。

? 藥液循環(huán)。與循環(huán)溢流槽、閥門、管件、過(guò)器等組成過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)過(guò)濾， 均勻流場(chǎng)。由于隔膜泵在連續(xù)不間斷工作時(shí)膜片使用壽命較短，更換膜片較頻繁，目前這種應(yīng)用方式逐漸被風(fēng)囊泵取代。

? 濕法腐蝕清洗設(shè)備中氣動(dòng)隔膜泵常用的流量為 20～50 L/min。根據(jù)使用的化學(xué)藥液不同，可選用泵體的材料為：不銹鋼（可用于有機(jī)溶液，濃度較低的弱堿，水等）；PP（水，使用溫度較低的酸堿液，部分有機(jī)溶液）；PVDF（溫度較高，較強(qiáng)的酸溶液，由于 PVDF 耐堿性相對(duì)較弱，一般不用于強(qiáng)堿溶液）。用于低溫溶液（如 5 ℃以下）的氣動(dòng)隔膜泵，不適宜采用 PP 材料的隔膜泵，可選用 PVDF 或其他材質(zhì)泵。

氣動(dòng)隔膜泵膜片材料有：TF（特氟龍）；SP（彈性體混合物）；BN（丁腈橡膠）；VT（氟橡膠）；HY（聚醚彈性體）； 彈性混合體 Santoprene 可替代EPDM?和部分?PTFE?膜片，PTFE?材質(zhì)的耐腐蝕性最好。表 1 是幾種常用膜片材料特性。在實(shí)際使用中，對(duì)于酸、堿液膜片一般選用 PTFE（特氟龍）材質(zhì)；對(duì)于 HCL 等滲透性較強(qiáng)的溶液，由于 PTFE 耐滲透性差，長(zhǎng)期使用時(shí)，HCL?溶液透過(guò)?PTFE?膜層將襯膜腐蝕，從而使整個(gè)膜片損壞，使用證明， SP 材質(zhì)的膜片較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

2 氣動(dòng)風(fēng)囊泵

? 風(fēng)囊泵中兩個(gè)風(fēng)囊將泵腔分為兩個(gè)工作腔，風(fēng)囊之間用連接軸連接，每個(gè)工作腔分為氣相工作腔和液相工作腔兩部分，壓縮空氣進(jìn)入泵的氣相工作腔后，壓縮風(fēng)囊變形移動(dòng)，通過(guò)換向閥控制壓縮空氣依次進(jìn)入兩個(gè)氣相工作腔工作，利用液相腔的交替吸液排液，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的輸送。與隔膜泵最大的區(qū)別是用風(fēng)囊替代了隔膜，更適用于連續(xù)不間斷運(yùn)行，輸送的液體脈動(dòng)較隔膜泵小，使用壽命長(zhǎng)。

1.4氣動(dòng)風(fēng)囊泵的特點(diǎn)

? 目前，濕法腐蝕清洗設(shè)備中常用的風(fēng)囊泵均為國(guó)外品牌，如美國(guó)的 White Knight 、日本的 I- WAKI 、日本 PILLAR、法國(guó)的 FURON 等等。雖然結(jié)構(gòu)形式有所不同，但原理是相同的。氣動(dòng)風(fēng)囊泵除具有氣動(dòng)隔膜泵的主要優(yōu)點(diǎn)外, 因采用全氟材料，無(wú)任何金屬，耐腐蝕性，耐高溫性更強(qiáng)，最高使用溫度可達(dá)到?210?℃；采用風(fēng)囊結(jié)構(gòu)使用壽命更長(zhǎng)，更適用于連續(xù)工作情況；液體脈動(dòng)較氣動(dòng)隔膜泵小，如在管路中加裝脈沖緩沖器，脈動(dòng)將會(huì)大幅度減??；在流體路徑中沒(méi)有任何葉輪部件,不會(huì)產(chǎn)生微型氣泡、粒子和離子污染，而且產(chǎn)品都是在 class 100 級(jí)的潔凈室內(nèi)完成測(cè)試包裝，非常適合半導(dǎo)體等潔凈度要求較高的行業(yè)使用。

1.5氣動(dòng)風(fēng)囊泵的應(yīng)用

氣動(dòng)風(fēng)囊泵在濕法腐蝕清洗設(shè)備中主要有以下應(yīng)用：

? （1）藥液恒溫控制：由風(fēng)囊泵、循環(huán)溢流槽、閥門、過(guò)濾器、管件、熱交換器，制冷機(jī)或加熱器等組成溫度控制系統(tǒng)。通過(guò)泵使藥液循環(huán)并在熱交換器內(nèi)進(jìn)行熱交換用以實(shí)現(xiàn)藥液的恒溫控制。藥液的循環(huán)過(guò)濾：由風(fēng)囊泵、循環(huán)溢流槽、閥門、過(guò)濾器、管件等組成藥液的循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)過(guò)濾，均勻流場(chǎng)。保證工藝槽藥液溫度和濃度的均勻性廢液回收和再利用：120?℃以上強(qiáng)腐蝕性藥液（如 SPM）使用后廢液如直接從工藝槽排至廢液管道，由于溫度高，將導(dǎo)致排液管道的損壞， 引起安全事故，采用工藝槽內(nèi)自然冷卻的方法又耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。一般采用高溫風(fēng)囊泵將槽內(nèi)藥液輸送至降溫槽，在降溫槽內(nèi)降溫后再排入排廢管道，這種方法即節(jié)省了時(shí)間，又保證了生產(chǎn)的安全性，被業(yè)界所廣泛采用。濕法腐蝕清洗設(shè)備中經(jīng)常配置多個(gè)功能相同的工藝槽體（如有機(jī)去膠槽），工藝流程為晶圓片依次通過(guò)各工藝槽進(jìn)行相同工藝處理，先處理的工藝槽藥液較臟，后處理的較干凈，為了節(jié)省藥液，降低生產(chǎn)使用成本，換液時(shí)，一般將前槽較臟的藥液排掉，利用風(fēng)囊泵和過(guò)濾器將后槽的藥液輸送到前槽再利用，最后將新藥液注入到后槽使用。

? 氣動(dòng)風(fēng)囊泵一般有普通系列和高溫系列之分， 泵的風(fēng)囊及接液部分均為 PTFE 或 PFA 材質(zhì)。普通系列的一般工作溫度在 100 ℃以內(nèi)，高溫系列使用溫度介于 100?℃和 200?℃之間，隨著使用溫度的提高，泵的耐壓下降，供氣壓力和出液壓力都相應(yīng)降低。常用的流量為 20～50?L/min。雙 150?mm（6?英寸）以下標(biāo)準(zhǔn)工藝槽，用于化學(xué)液循環(huán)（包括帶制冷功能），一般采用最大流量為 20?L/min?的風(fēng)囊泵。雙 150?mm?以下標(biāo)準(zhǔn)槽，當(dāng)對(duì)流量有一定要求時(shí)， 如刻蝕槽，使用最大流量為 40?L/min?或更大流量的風(fēng)囊泵，以保證刻蝕速率.需要熱 DI?水噴淋沖洗。一般先將 DI?水注入至預(yù)熱槽，通過(guò)加熱器加熱到所需供液溫度后，再通過(guò)磁力泵加壓輸送至噴淋裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片的清洗。由于磁力泵軸承滑動(dòng)摩擦?xí)a(chǎn)生顆粒， 不適用于顆粒要求高的清洗。

? 目前經(jīng)常使用的磁力泵泵體材料主要有：PP、 PVDF、ETFE 三種。根據(jù)不同的溶液選擇相適應(yīng)的泵體材料、軸承材料以及密封圈材料。PP、PVDF、ETFE 三種塑料泵體材質(zhì)的磁力泵最高使用溫度為 80 ℃，特殊型號(hào)最高使用溫度為 100 ℃（臺(tái)灣ASSOMA AMXI 系列）。介質(zhì)的黏度對(duì)泵的性能影響很大，當(dāng)黏度增加時(shí)，泵的揚(yáng)程曲線下降，最佳工況的揚(yáng)程和流量均隨之下降，而功率則隨之上升，因而效率降低。對(duì)于黏度較大的介質(zhì)，較小揚(yáng)程的磁力泵可能無(wú)法工作。用于噴淋沖洗的磁力泵，在滿足流量要求的前提下，選用揚(yáng)程在 20 m 以上的能達(dá)到較佳的清洗效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

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近幾年來(lái)，工業(yè)泵在性能及使用壽命等方面都有了較大的提高。隨著技術(shù)的發(fā)展，高性能泵的不斷出現(xiàn)，工業(yè)泵在濕法腐蝕清洗設(shè)備中必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

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