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 技術專文


 圖1、研磨液再分散的作業流程  圖5、混流擾流器和汲取管的桶底速度場


 Load on  Unload from  Load on  Velocity
 Shaker  Shaker  Drum unit  Magnitude-m/s
                        1.5
                        1.4
                        1.3
                        1.2      混流擾流器                                   汲取管
                        1.1
                        1
 TCM人力輸送  搖搖機  TCM人力輸送  Transfer function  Source-M2  0.9
                        0.8
                        0.7
                        0.6
                        0.5
                        0.4
 圖2、於不同幫蒲作用下，氧化鈰研磨液大顆微粒子數的比較  圖3、研磨液的再分散方法
                        0.3
                        0.2
                        0.1
 100.0  small centrifugal  0
 Concentration Relative to Initial Concentration  10.0  bellows  圖6、正向循環的桶底速度場  抽吸端  圖7、逆向循環的桶底速度場  回流端
 large centrifugal
 diaphragm




                    Velocity
                                                                     Velocity
                              回流端
                                                                               抽吸端
                                                                  Magnitude-m/s
                  Magnitude-m/s
                      3000
                                                                       3000
 1.0
                      2600
                                                                       2400
                      2400
                                                                       2200
                      2200
                                                                       2000
                      2000
 chemical mixer
                      1800
                                                                       1800
                                                                       1600
                      1600   混流擾流器                 汲取管                 2600   混流擾流器                 汲取管
 0.1                  1400                                             1400
                      1200
                                                                       1200
 0.5  0.6  0.8  1.0  2  3  4  5  6  8  10.0  1000                      1000
 Particle Diameter (µm)  800                                           800
                      600                                              600
                      400                                              400
                      200                                              200
                      0                                                0
 圖4、混流擾流器示意
 Entrained Flow
              計畫方法
 (A × 4 times)                                行汲取管(Dip  tube)相比，導入混            於回流端裝設混流擾流器，以雙向
                                              流擾流器桶底平均速度場較高，有                  循環進行原物料實際測試，觀察到
 Discharge Flow                               助於沉積研磨粒揚起，對研磨液均                  抽吸端出口處周圍，仍有桶底沉
 (A × 5 times)  drum shaker  現行桶裝供應單元的功能有上料後  勻分散，具正向效果。                       積，沉積現象可藉由提高流速將沉
 Inlet Flow (A)  的單向循環及傳送物料到混酸單元
                                                                               積物揚起，沉積範圍可佐以流向設
 Di user  Nozzle
              以進行後續自動化的混酸和線上供                 雙向循環                             計來消滅，因此，我們針對流速和
 Entrained Flow
 混合均勻，以達研磨液穩定的供應  應。本文計畫針對現行模組架構進             (reversible circulation)         流向進行掃流輔助器的設計並以原
 品質，除了上述的再分散機具，針  行改造，讓桶裝供應單元的功能升             循環模式架構於現行單向循環(正                  物料的實際測試來驗證，以桶底出
 對封閉的桶槽，導入混流擾流器  級，以開發研磨液自動循環系統，              向循環)，如  圖6，混流擾流器流                口處沉積比率0%為合格的標準。
 force)，而產生粒子聚集，形成大  拌機是利用攪拌葉片(impeller)達到  (Mixing eductor)可讓桶底沉積研磨  讓研磨液的再分散與供應流程自動  場於汲取管出口處流速趨近於零  如   表1，錐 形封 底的流 量限縮 設
 顆微粒子，對晶片造成刮傷缺陷，  桶裝液體擾動，以助研磨液均勻分  粒因擾流而使研磨液均勻分散。如   化。承上的文獻探討提到，針對封  (V~0m/s)，此流速冷區易有桶底沉  計，可產生高速射流沖刷沉積處，
 影響製程良率。如  圖2  [2-5] ，波紋  散，其不適用於高密度的研磨粒，  圖4，液體在幫蒲(Pump)壓力作用  閉桶槽，欲使容器底部和頂部的液  積。  有助沉積物揚起，再者，針對流向
 因所需的攪拌時間較久，不符合生  下進入混流噴嘴(Mixing  nozzle)形
 管幫蒲和隔膜幫蒲會使研磨粒因剪  體成份混合均勻，需藉由流體的擾                                              的設計，我們佐以桶底沉積狀況定
 產效益。搖搖機是用旋轉方式，  成高速工作射流(nozzle  jet)，在引      若改變循環方向(逆向循環)，以汲
 應力的產生，造成大顆微粒子數  流來達到，因此，評估於桶裝供應                                               義最佳化的掃流角度，再藉由導流
 將200加侖重的物料桶進行360度  導口周圍會形成低壓區域，該區域           取管當回流端，如  圖7 ，可有效地
 (Large particle count, LPC)增加的  單元回流端和抽吸端的汲取管裝設                               裙的導流設計，提供流向限制與導
 旋轉擾動，以達桶裝研磨液均勻分  的壓力差使之高速工作射流和被吸             提高出口處速度場，因此，計畫搭
 趨勢，於考量研磨液供應品質的前  擾流輔助器，再搭配離心幫蒲，進                                              引，以達沉積範圍的消滅，驗證結
 散，其不受限於研磨粒的密度，但  引流體(Entrained flow)共同以1：4   配管路、閥件的增設，實現雙向循
 提下，選定離心幫蒲為模組的循環  該設備在運轉時，環境和作業人員  流量進入混合擴散段(Diffuser)，藉  行研磨液均勻分散的效果驗證。  環(reversible  circulation)的供應模  果為導流噴嘴設計可以符合沉積比
 動力。  的防護，須符合勞工職業安全法規  由循環紊流運動，提高液體混合均        式，如 圖8所示。                        率0%的標準。
 針對粉體粒子的凝聚現象，廣泛採  範，作業安全是工安的隱憂。  勻度，以五倍的量作強力噴射，大  回流端(Return)導入混流擾流器
 用的再分散機具有攪拌機(chemical   擾流可有效地提高溶液的循環和攪  幅提升溶液的循環和攪拌效果，從  (Mixing eductor)  抽吸端(Suction)導入導流噴嘴  雙向循環模組設計
 mixer)和搖搖機，如  圖3所示，攪  拌，使容器底部和頂部的液體成份  而使研磨液的品質得到保證。  CFD流場模擬顯示，如  圖5，與現  (Flow-directed nozzle)  承上述，整體模組設計為回流端導
 24                                                                            300mm FABS FACILITY JOURNAL     SEPTEMBER  2018  25
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