半导体晶圆厂的中央化学品输送系统,是湿法工艺稳定运行的核心配套系统,而CDS泵是这套系统的核心动力部件,主要负责各类工艺化学品的集中输送工作。区别于普通工业输送泵,CDS泵专为晶圆厂超洁净、高纯、防腐、无污染的生产场景设计,能够适配各类腐蚀性、高纯度药液介质。设备全程衔接储液单元、输送管路与终端工艺设备,通过持续稳定的流体输送,保障晶圆清洗、蚀刻等湿法工序的连续开展,是维系产线正常运转的关键设备。
一、CDS泵的基础输送工作原理
当前晶圆厂高端CDS泵已广泛采用磁悬浮无轴承泵技术。磁悬浮无轴承泵是将磁悬浮技术应用在离心泵上的一种新型产品,利用磁悬浮方案替代传统机械轴承和传动结构,实现转子与泵壳完全无接触地高速旋转
。
磁悬浮无轴承泵的核心运行依托主动磁悬浮技术。泵的叶轮内嵌永磁体,电机内装有定子与绕组,通入电流后产生旋转磁场。基于主动磁悬浮原理,泵叶轮被电机磁场悬浮起来,并受其驱动。精密的电磁场控制实现了叶轮转子在五自由度上的悬浮、驱动,取消了传统机械轴承和传动轴系。叶轮与泵壳之间保持宽大的间隙,确保运转部件之间没有任何机械接触。
在输送作业过程中,磁悬浮驱动叶轮高速旋转,药液在离心力作用下从叶轮中心被甩向外缘,完成吸入与排出的连续循环。这一过程没有机械接触与摩擦,从根本上杜绝了因轴承磨损或密封件损坏产生的颗粒杂质和润滑剂污染。同时,由于叶轮与泵壳之间无接触,泵几乎不产生振动,运行极为安静。药液仅接触由高纯度特氟龙等超纯材料制造的过流部件,无输送死角,不易残留杂质,完全适配半导体高纯生产标准需求。
二、晶圆厂主流CDS泵的细分运行方式
结合晶圆厂不同供液场景的需求,行业内主流的CDS泵分为三类,结构设计各有侧重,适配不同精度、不同工况的药液输送场景。
(一)磁悬浮无轴承泵运行逻辑
这类CDS泵以主动磁悬浮技术为核心驱动力,依靠电磁场对叶轮转子的五自由度完全悬浮与驱动实现作业
。设备内部无机械轴承、无传动轴系、无动态密封结构,彻底消除了机械摩擦产生的微颗粒与杂质污染。叶轮在磁场驱动下高速旋转,配合离心式工作原理持续完成药液吸排,全程无脉动、无脉冲,流体输送极为平稳。设备过流部件采用高纯度耐腐蚀含氟聚合物树脂制成,完美适配半导体高纯生产标准。同时,磁悬浮无轴承泵流量与压力控制精度高,可通过电子设备精确调节叶轮转速,在宽广运行范围内实现从每分钟几毫升到最大流量的精确控制。
(二)气动式CDS泵运行逻辑
这类CDS泵以压缩空气为动力来源,核心依靠双侧耐腐蚀膜片的往复摆动实现作业。设备内部无机械转轴接触药液,也无动态密封结构,能够有效避免机械摩擦产生的微颗粒与杂质污染,完全适配半导体高纯生产标准。膜片在气压驱动下交替形变,配合进出口单向阀的启闭切换,持续完成药液吸排工作,整体运行稳定耐用,适配厂区大范围、集中式的药液输送场景。
(三)波纹管式CDS泵运行逻辑
波纹管式CDS泵的核心构件为一体式耐腐蚀波纹管,依靠驱动结构带动波纹管规律性伸缩形变,完成药液输送作业。波纹管扩张时完成吸液动作,收缩时挤压排出药液,药液仅接触波纹管光滑内腔,无输送死角,不易残留杂质滋生污染。同时这类CDS泵流体输送脉动更小,药液流速均匀稳定,更适配高精度、高洁净度要求的精细化工艺支路供液。
四、CDS泵的自动化协同运行机制
实际生产中,CDS泵并非独立运行,而是与系统电控、传感模块形成联动闭环,实现自动化智能供液。终端工艺设备产生用液需求时,控制系统会精准调控CDS泵的运行节奏,匹配产线实时用液需求。
管路配套的传感组件会实时监测流体运行状态,并将数据实时反馈至控制单元。一旦出现管路压力波动、流体不稳等情况,系统会自动微调CDS泵的工作频次
(磁悬浮无轴承泵则通过电子设备精确调节叶轮转速),搭配管路缓冲结构弱化流体脉动,维持输送状态的平稳性。同时系统具备智能防护能力,在异常工况下可自动调控CDS泵启停状态,保障化学品输送过程安全、稳定、可控。
五、CDS泵适配晶圆制程的运行优势
针对晶圆制造严苛的生产环境,CDS泵在结构与运行设计上高度贴合行业需求。设备与药液接触的构件均采用高纯耐腐蚀材质,可有效抵御各类工艺药液腐蚀,同时杜绝杂质、金属离子析出。无摩擦密封的结构设计,大幅降低生产过程中的污染风险。
其中磁悬浮无轴承泵凭借无机械摩擦、无颗粒产生、无脉动的独特优势,已在半导体湿法清洗、湿法刻蚀、电镀、CMP浆料输送、批量化学材料输送等关键环节实现批量应用
。无摩擦、无接触的运行设计,大幅降低生产过程中的污染风险。持续循环的输送模式,可有效避免管路药液静置产生气泡、沉淀等问题,保障输送至工艺端的药液品质均匀稳定,为晶圆湿法工艺的成品质量提供可靠保障。
作为晶圆厂中央化学品输送系统的核心设备,
CDS泵融合磁悬浮无轴承、气动、波纹管等多种技术路线,各类型号各司其职,适配厂区集中供液与精细工艺供液的多元需求。其中磁悬浮无轴承泵凭借超洁净、高精度、高稳定性的技术优势,正成为高端晶圆制程的首选方案,适配厂区集中供液与精细工艺供液的多元需求,为半导体晶圆制程的稳定生产提供了重要设备支撑。