一、引言：先进制程升级，正在重新定义高纯流体系统

当晶圆制程从7nm迈向3nm、2nm，半导体制造对高纯流体系统提出了更高要求。随着多重图案化、先进沉积工艺（如ALD）等步骤增加，关键制程中化学品的使用频率和输送复杂度持续提升。

与此同时，AI芯片和先进封装对良率的要求更加严苛。任何由颗粒污染、离子析出或泄漏导致的异常，都可能影响晶圆良率，甚至造成整批产品损失。

在这一背景下，PFA（全氟烷氧基烷烃）凭借优异的耐腐蚀性、高纯洁净特性和低析出性能，成为半导体高纯化学品输送系统中的关键材料。它不仅是一段管路，更是保障流体纯净度和系统可靠性的重要基础。

然而，一个长期被忽视的问题正在出现：

当整个系统都在追求更高洁净度和可靠性时，为安装传统流量计而切断PFA管路、增加连接点，是否反而破坏了原有高纯系统的完整性？

本文将分析传统侵入式流量计在PFA管路中安装时面临的实际工程问题，并在此基础上，给出一种无需破坏管路完整性的替代方案——外夹式超声波流量测量。

二、传统流量计安装方式对PFA管路完整性的影响

PFA管路是维持高纯流体系统洁净度的基础。然而，传统流量计的安装方式恰恰需要切断这段管路、增加新的连接点——这一安装方式可能改变原有流路结构，增加系统设计和维护复杂度。

2.1 传统侵入式流量测量方案及其局限

以PFA衬里涡街流量计为例。其流体接触部分采用PFA材质，在耐腐蚀性能方面能够满足高纯化学品输送要求，因此曾在部分设备中得到应用。

安装方式

典型的侵入式流量计需要串联安装于PFA管路中。安装时，需要在管路上选取合适位置，将原有PFA管路切断，再通过扩口接头、熔接或其他符合高纯流体系统要求的连接方式，将流量计接入现有管路。

安装完成后，还需进行密封性检查，并根据设备和工艺要求完成管路冲洗、洁净度验证等工作，确认系统满足运行条件后方可投入使用。

工程应用中的局限

随着先进制程对设备洁净度和可靠性要求的不断提高，传统侵入式流量测量方案也逐渐暴露出一些局限。

① 新增接头增加潜在泄漏风险：每增加一个卡套或扩口接头，就增加一个潜在密封点。相比连续无缝的PFA管路，连接节点更容易受到长期压力、温度变化及化学介质的影响。

② 振动可能影响测量稳定性：涡街流量计通过检测卡门涡街频率进行测量，对机械振动较为敏感。设备内部泵组、阀组等产生的振动可能干扰测量信号，影响数据稳定性。

③ 维护流程相对复杂：当流量计需要更换或维护时，通常需要重新排空管路、拆卸接头、重新安装，并再次完成泄漏测试和洁净度验证，增加了设备停机时间。

④ 多测点部署成本较高：现代Wet Bench、Coater等设备通常需要同时监测多个供液回路。采用侵入式方案时，每增加一个测点，都意味着新增切管、安装、验证等工作，安装工时和维护成本随之增加。

2.2 半导体设备对流量监测提出了新的要求

上述局限并非今天才出现。在过去，行业对流路完整性的关注度不如现在这么高，精度和可靠性是选择流量计的首要标准，安装方式的影响被认为在可接受范围内。

但随着制程线宽从微米级进入纳米级，再到如今的3nm、2nm，评价标准正在发生位移。

洁净度权重上升。 在微米级制程中，微量的颗粒污染或许可以容忍。但在先进制程中，PFA管路的完整性直接等同于系统的洁净度。任何新增的接头、任何一次切断后的熔接操作，都增加了洁净控制和验证管理的要求——这个风险在今天的制程精度下，已经变得不可忽视。

可靠性要求提高。 传统侵入式方案的泄漏风险、振动干扰、维护复杂性，在成熟制程中或许是可以接受的工程成本。但在7×24小时连续运行、停机成本极高的先进产线中，每一个新增的潜在失效点都意味着良率损失的风险。

多测点部署成为常态。 随着AI芯片和先进封装对工艺控制精度的要求不断提升，一台设备需要监测的供液回路数量显著增加。当测点从一两个扩展到十几个甚至更多时，侵入式方案的安装和维护成本不再是线性的，而是以更快的速度攀升。

简单来说：评价标准正在从“能否测准”转向“能否在测准的同时，不破坏系统的完整性”。因此，不需要切断管路、不接触介质、不新增接头的外夹式超声波流量测量提供了一种与之完全匹配的解决方案。

三、外夹式超声波流量测量：兼顾精度与流路完整性

3.1 外夹式测量如何改变流量监测方式

半导体设备中常使用的主流流量测量技术，各有其适用场景，也各有其局限：

这些技术各有其适用场景，但都有一个共同点：传感器或结构件需要与介质直接接触，安装时往往需要对流路进行改造。 这正是它们与“保持流路完整性”这一新要求之间的根本冲突。

外夹式（Clamp-on）超声波流量测量提供了一种不同的思路：传感器安装于PFA管路外壁，无需与介质直接接触，也无需改变原有流路结构。

CPD系列采用高精度时差法超声波测量原理，在典型PFA管路（外径1/4英寸~1英寸）条件下，重复性可达±0.1% of F.S.，能够满足大多数半导体湿法工艺对流量监测的精度要求。

这种设计不仅满足了流量监测需求，也更加符合高纯流体系统对洁净性和完整性的要求。

3.2 外夹式测量带来的六大工程优势

外夹式超声波流量测量采用时差法超声波原理，通过测量超声波在流体中的传播时间差计算流速。测量过程中，超声波信号穿过PFA管壁进入流体，再返回传感器，整个过程无需与介质直接接触。

基于这一测量方式，迅音科技推出了CPD系列外夹式超声波流量传感器，为半导体高纯流体系统提供了一种更加适合工程应用的流量监测方案。

相较于传统侵入式安装方式，外夹式测量具有以下工程优势：

✔ 保持高纯流路完整性

传感器安装于PFA管路外壁，不新增任何接液点，无需切断管路或改造原有流路，在实现流量测量的同时，最大程度保持高纯流体系统的完整性。

✔ 无新增压损，保持工艺稳定性

测量过程中无需在流路内部增加节流件、旋涡发生体等结构，不改变原有流道，也不会产生额外压降，有助于保持工艺流量的稳定性。

✔ 快速安装，即装即测

无需切管、排液或焊接，安装通常仅需约1分钟。产品出厂前已完成参数匹配，现场无需复杂调试，可快速投入使用，有助于缩短设备装配和交付周期。

✔ 维护便捷，降低停机成本

当设备需要维护或更换传感器时，无需拆卸液路，也无需重新进行洁净度验证，可有效减少停机时间，降低维护工作量。

✔ 更适合设备集成与自动化控制

CPD采用一体化设计，无需外置控制器，可有效节省设备安装空间，简化布线。同时支持RS485 Modbus等工业通信接口，可方便接入PLC及设备控制系统，满足半导体设备自动化集成需求。

✔ 适用于多种高纯工艺介质

CPD适用于PFA管路中的多种高纯工艺介质，包括酸、碱、H₂O₂、UPW以及Slurry等，可满足湿法清洗、涂胶显影等不同工艺环节的流量监测需求。

3.3 半导体设备中的典型应用

目前，CPD系列超声波流量传感器已在多种半导体设备中实现应用。

在湿法清洗设备（Wet Bench）中，可用于监测化学品供液管路及DI水漂洗管路的实时流量，实现化学品输送状态监控、流量异常报警及工艺一致性管理。

在涂胶/显影设备（Coater / Developer）中，可用于监测光刻相关化学液供液、显影液等工艺介质的供液流量，为供液稳定性及工艺重复性提供数据支持。

在CMP工艺中，可用于监测Slurry供液管路中的流量状态，帮助设备实时掌握研磨液输送情况。

在化学品供应系统（CDS）中，CPD可用于监测酸、碱、有机溶剂以及其他高纯化学品输送过程中的流量变化。

对于这些应用而言，CPD带来的价值不仅体现在测量精度上，更重要的是能够在不改变PFA流路结构、不接触介质的前提下，实现稳定、可靠的流量监测。

结语：为半导体高纯流体系统提供一种更优的流量监测方案

高纯PFA管路的价值，不应因为安装一台流量计而被削弱。

基于外夹式超声波测量技术，迅音科技CPD系列旨在为半导体设备制造商提供一种更简单、更可靠的流量监测方式——在不改变高纯流路的前提下，实现精准、稳定的流量测量。