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在近中性的環境下(pH≈7)，因近表層(near-surface)的羥基 (13)
-
(OH )很快就耗盡使式8、式9的反應速率降低，同時式7的逆反
應也可忽略，整體反應由式7主導，並使近表層的液相酸化， 在更換前需先將該支使用端(stick)由設備端以真空泵浦抽
而E也可表示為式10。 負壓至殘壓<0.01torr使得開始拆卸閥件，已避免殘氣量過多
而造成人員安全疑慮。若以殘壓0.01torr，拆卸下的管路體積
(10) 1cm ，環境溫度(22℃)的條件下，根據理想氣體方程式(式14)
3
-7
可計算得該段管路內的初始氯氣濃度[Cl 2 ] 0 為5.43*10 M。
同時，在不同初始的pH的情況下，氯氣的耗用量
如 圖2，其中y軸為經過反應時間t後，在氣象中的標準 (14)
化(normalized)氯氣密度。M.Gersgenzon等人計算出在
+
-6
+
pH<5.5([H ]=3*10 M)的環境下，初始[H ]濃度影響可忽略。 其中，P=pressure(Pa)；C=gas concentration(mol/
3
若要達到pH<5.5，僅考慮Cl 2(aq) 由式8、式9轉換為H+的情況 m )；R=ideal gas constant(8.314Pa*m /(mol*K))；
3
下，其所需時間τ可由式10計算而得約只要0.15s，但相較於整 T=temperature(K)。
體反應時間可忽略不計。由此可知在pH6.0或7.1的條件下，氯 因更換地點位於sub-fab，設其環境條件與fab相同(壓力
氣溶於水中反應的過程中由氯氣的水解反應主導。 [05] 1atm，溫度22℃，相對溼度=45%)，根據 表1可得水氣濃度
[H 2 O]為5*10 M。
-3

表1、濕度對照表(1atm，22℃)
溫度(℃) 最高溼度(g/m ) 3 相對溼度(%) 相對溼度(g/m ) 3 水氣濃度(M)
22 20 45 9 0.00050
40 8 0.00044
35 7 0.00039
30 6 0.00033
25 5 0.00028
20 4 0.00022
15 3 0.00017
10 2 0.00011
5 1 0.00006
1 0 0.00000
圖2、標準化氯氣密度-氣液界面反應時間的方均根圖
氯氣鋼瓶含供應管路約50L，鋼瓶內淨重41kg，並參照
(T=293K，--- : 非反應性溶解；••• : 由式7主導的反應性溶解)
CoA中不純物≦1ppb的規格下。因HCl溶液相較於HClO溶液，
3. 研究方法 對管路閥件及人體的危害較大，因此假設原鋼瓶內的不純物
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為氯化氫(HCl)組成，則其不純物濃度為1.16*10 M。假設調壓
3.1 腐蝕性化合物生成
閥的更換過程所需時間t為10min，則根據式13及上述條件計
由於F5的特殊氣體的供應管路閥件使用時間長(>15 year)， 算可得在不同的相對濕度下，氯氣水解產生的HCl濃度[HCl]
部分閥件已有腐蝕內漏的情形。本次研究選擇氯氣作為研究對 如圖3。若要使更換過程所生成的HCl濃度小於不純物HCl濃度
象，針對其VMB內已有內漏現象的調壓閥進行更換。 (紅線)，則需將環境的相對濕度控制在14.1%以下。
在更換當下空氣中的水氣為近中性的條件下，氯氣的水解
3.2 施工硬體配置
反應在氯氣溶解及後續水解的過程中為主導反應。由式2，我
們可以推得式11，同時假設在更換過程中空氣中的水氣含量恆 本次研究設置一小型外掛壓克力通風罩(cover)罩於VMB
定，則可進一步推得氯氣及氯化氫濃度分別為式12、式13。 外，同時通入混合氣進cover內並設置排氣孔以進行換氣循
環，簡圖及現場架設圖如 圖4所示。更換前，會先以在cover
(11) 內的溼度計確認相對濕度已在10%以下，方可開始更換。
此次調壓閥更換手法相較於過往，主要精進了環境濕度
(12) 的控制及限制更換時間(如 圖5)，以避免閥件腐蝕與管路二次
汙染的可能。
其中，K=k[H 2 O]。

FACILITY JOURNAL 12 2021 81