一、引言：制程升級，正在重新定義高純流體系統

當晶圓制程從7nm邁向3nm、2nm，半導體制造對高純流體系統提出了更高要求。隨著多重圖案化、沉積工藝（如ALD）等步驟增加，關鍵制程中化學品的使用頻率和輸送復雜度持續提升。

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

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

然而，一個長期被忽視的問題正在出現：

當整個系統都在追求更高潔凈度和可靠性時，為安裝傳統流量計而切斷PFA管路、增加連接點，是否反而破壞了原有高純系統的完整性？

本文將分析傳統侵入式流量計在PFA管路中安裝時面臨的實際工程問題，并在此基礎上，給出一種無需破壞管路完整性的替代方案——外夾式超聲波流量測量。

二、傳統流量計安裝方式對PFA管路完整性的影響

PFA管路是維持高純流體系統潔凈度的基礎。然而，傳統流量計的安裝方式恰恰需要切斷這段管路、增加新的連接點——這一安裝方式可能改變原有流路結構，增加系統設計和維護復雜度。

2.1 傳統侵入式流量測量方案及其局限

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

安裝方式

典型的侵入式流量計需要串聯安裝于PFA管路中。安裝時，需要在管路上選取合適位置，將原有PFA管路切斷，再通過擴口接頭、熔接或其他符合高純流體系統要求的連接方式，將流量計接入現有管路。

安裝完成后，還需進行密封性檢查，并根據設備和工藝要求完成管路沖洗、潔凈度驗證等工作，確認系統滿足運行條件后方可投入使用。

工程應用中的局限

隨著制程對設備潔凈度和可靠性要求的不斷提高，傳統侵入式流量測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險：每增加一個卡套或擴口接頭，就增加一個潛在密封點。相比連續無縫的PFA管路，連接節點更容易受到長期壓力、溫度變化及化學介質的影響。

② 振動可能影響測量穩定性：渦街流量計通過檢測卡門渦街頻率進行測量，對機械振動較為敏感。設備內部泵組、閥組等產生的振動可能干擾測量信號，影響數據穩定性。

③ 維護流程相對復雜：當流量計需要更換或維護時，通常需要重新排空管路、拆卸接頭、重新安裝，并再次完成泄漏測試和潔凈度驗證，增加了設備停機時間。

④ 多測點部署成本較高：現代Wet Bench、Coater等設備通常需要同時監測多個供液回路。采用侵入式方案時，每增加一個測點，都意味著新增切管、安裝、驗證等工作，安裝工時和維護成本隨之增加。

2.2 半導體設備對流量監測提出了新的要求

上述局限并非今天才出現。在過去，行業對流路完整性的關注度不如現在這么高，精度和可靠性是選擇流量計的首要標準，安裝方式的影響被認為在可接受范圍內。

但隨著制程線寬從微米級進入納米級，再到如今的3nm、2nm，評價標準正在發生位移。

潔凈度權重上升。 在微米級制程中，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證管理的要求——這個風險在今天的制程精度下，已經變得不可忽視。

可靠性要求提高。 傳統侵入式方案的泄漏風險、振動干擾、維護復雜性，在成熟制程中或許是可以接受的工程成本。但在7×24小時連續運行、停機成本高的產線中，每一個新增的潛在失效點都意味著良率損失的風險。

多測點部署成為常態。 隨著AI芯片和封裝對工藝控制精度的要求不斷提升，一臺設備需要監測的供液回路數量顯著增加。當測點從一兩個擴展到十幾個甚至更多時，侵入式方案的安裝和維護成本不再是線性的，而是以更快的速度攀升。

簡單來說：評價標準正在從“能否測準”轉向“能否在測準的同時，不破壞系統的完整性”。因此，不需要切斷管路、不接觸介質、不新增接頭的外夾式超聲波流量測量提供了一種與之匹配的解決方案。

三、外夾式超聲波流量測量：兼顧精度與流路完整性

3.1 外夾式測量如何改變流量監測方式

半導體設備中常使用的主流流量測量技術，各有其適用場景，也各有其局限：

這些技術各有其適用場景，但都有一個共同點：傳感器或結構件需要與介質直接接觸，安裝時往往需要對流路進行改造。 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）超聲波流量測量提供了一種不同的思路：傳感器安裝于PFA管路外壁，無需與介質直接接觸，也無需改變原有流路結構。

CPD系列采用高精度時差法超聲波測量原理，在典型PFA管路（外徑1/4英寸~1英寸）條件下，重復性可達±0.1% of F.S.，能夠滿足大多數半導體濕法工藝對流量監測的精度要求。

這種設計不僅滿足了流量監測需求，也更加符合高純流體系統對潔凈性和完整性的要求。

3.2 外夾式測量帶來的六大工程優勢

外夾式超聲波流量測量采用時差法超聲波原理，通過測量超聲波在流體中的傳播時間差計算流速。測量過程中，超聲波信號穿過PFA管壁進入流體，再返回傳感器，整個過程無需與介質直接接觸。

基于這一測量方式，迅音科技推出了CPD系列外夾式超聲波流量傳感器，為半導體高純流體系統提供了一種更加適合工程應用的流量監測方案。

相較于傳統侵入式安裝方式，外夾式測量具有以下工程優勢：

? 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，無需切斷管路或改造原有流路，在實現流量測量的同時，大程度保持高純流體系統的完整性。

? 無新增壓損，保持工藝穩定性

測量過程中無需在流路內部增加節流件、旋渦發生體等結構，不改變原有流道，也不會產生額外壓降，有助于保持工藝流量的穩定性。

? 快速安裝，即裝即測

無需切管、排液或焊接，安裝通常僅需約1分鐘。產品出廠前已完成參數匹配，現場無需復雜調試，可快速投入使用，有助于縮短設備裝配和交付周期。

? 維護便捷，降低停機成本

當設備需要維護或更換傳感器時，無需拆卸液路，也無需重新進行潔凈度驗證，可有效減少停機時間，降低維護工作量。

? 更適合設備集成與自動化控制

CPD采用一體化設計，無需外置控制器，可有效節省設備安裝空間，簡化布線。同時支持RS485 Modbus等工業通信接口，可方便接入PLC及設備控制系統，滿足半導體設備自動化集成需求。

? 適用于多種高純工藝介質

CPD適用于PFA管路中的多種高純工藝介質，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節的流量監測需求。

3.3 半導體設備中的典型應用

目前，CPD系列超聲波流量傳感器已在多種半導體設備中實現應用。

在濕法清洗設備（Wet Bench）中，可用于監測化學品供液管路及DI水漂洗管路的實時流量，實現化學品輸送狀態監控、流量異常報警及工藝一致性管理。

在涂膠/顯影設備（Coater / Developer）中，可用于監測光刻相關化學液供液、顯影液等工藝介質的供液流量，為供液穩定性及工藝重復性提供數據支持。

在CMP工藝中，可用于監測Slurry供液管路中的流量狀態，幫助設備實時掌握研磨液輸送情況。

在化學品供應系統（CDS）中，CPD可用于監測酸、堿、有機溶劑以及其他高純化學品輸送過程中的流量變化。

對于這些應用而言，CPD帶來的價值不僅體現在測量精度上，更重要的是能夠在不改變PFA流路結構、不接觸介質的前提下，實現穩定、可靠的流量監測。

結語：為半導體高純流體系統提供一種更優的流量監測方案

高純PFA管路的價值，不應因為安裝一臺流量計而被削弱。

基于外夾式超聲波測量技術，迅音科技CPD系列旨在為半導體設備制造商提供一種更簡單、更可靠的流量監測方式——在不改變高純流路的前提下，實現精準、穩定的流量測量。