一种半导体温控流体回路及在线监测方法与流程

本发明涉及半导体装备精密温控系统，具体为一种半导体温控流体回路及在线监测方法。

背景技术：

1、半导体制造工艺中，半导体设备温控回路通常长时间循环运行，流体与泵、阀、换热器、接头、密封件、过滤器和管路材料持续接触。在该运行环境下，若材料析出金属离子、塑化剂、颗粒或微气泡，可能污染设备内部敏感部件，进而影响电绝缘性能、颗粒控制能力及整体工艺稳定性。

2、现有传统工业温控液路系统主要关注温度、流量和压力等基本热工参数，对流体洁净度、离子污染、材料兼容性以及维护过程引发的二次污染关注不足。即便部分系统安装有过滤器，仍常因管路死角、排气不充分、过滤器旁通、接头滴液或维护操作不规范等因素引入污染，削弱过滤效果。

3、在半导体客户现场，污染事件通常难以快速定位。温控主机、循环管路与被冷却设备可能由不同供应商分别提供，缺乏统一的污染监控机制。若没有在线监测手段和可追溯的运行日志，污染来源难以判定，也无法在风险尚处小范围阶段及时采取旁路净化或隔离措施。

4、具体而言，现有技术存在以下多方面问题：

5、其一，流路材料、密封件和金属部件在长期温度循环和化学环境下，可能释放离子或颗粒，形成持续污染源。

6、其二，过滤模块、脱气模块、离子捕获模块和在线监测模块分散布置，缺乏以污染风险为目标的协同控制策略，难以形成整体洁净保障。

7、其三，回路中的死角结构、盲孔、水平管道低点以及快速接头内残留液体，易造成颗粒滞留，并带来微生物滋生或沉积物累积的风险。

8、其四，维护操作过程中的换液、过滤器更换和排气步骤，容易因操作界面暴露和残留液滴飞溅而产生二次污染。

9、此外，污染相关指标与温控系统的报警机制相互独立，无法根据污染趋势变化提前对设备进行保护或安排预测性维护，影响系统可靠性和生产效率。

10、针对相关技术问题，尚未提出解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种半导体温控流体回路及在线监测方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题，本发明的目的是有效避免外部污染物进入系统，同时防止流体挥发或吸收空气中的水分、氧气，能够实时捕捉颗粒、离子、气泡、压差等多维污染参数，实现污染状态的量化评估与早期预警，污染控制器根据风险指数r的不同阈值自动执行分级控制策略，降低过滤器、离子交换树脂的消耗，故障诊断与维护建议输出，提升运维效率，通过主动、实时、智能化的污染监测与控制，显著降低因温控流体污染导致的设备停机、晶圆报废或工艺偏移风险，从而提升半导体设备的平均无故障时间和产品良率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体温控流体回路，包括：

3、洁净储液单元，用于存储温控流体并提供气密隔离；

4、低析出主流道，与所述洁净储液单元连通，用于循环输送所述温控流体；

5、主循环泵，设置于所述低析出主流道上，用于驱动温控流体循环；

6、换热单元，设置于所述低析出主流道上，用于调节温控流体温度；

7、终端供回液接口，用于连接半导体设备的被冷却部件，形成温控循环；

8、在线监测旁路，所述在线监测旁路的入口和出口分别与所述低析出主流道连接，连续或间歇采集温控流体样本，并监测包括颗粒计数、电导率或电阻率在内的污染参数；

9、净化旁路，所述净化旁路的入口和出口分别与所述低析出主流道连接，所述净化旁路的内部设置有过滤器、离子交换、金属离子捕获模块中的至少一种；

10、污染控制器，分别与所述在线监测旁路、净化旁路、主循环泵和设置在所述低析出主流道上的隔离阀电性连接，所述污染控制器接收所述在线监测旁路的监测数据，计算污染风险指数，并根据所述污染风险指数的等级，控制所述净化旁路的投入比例和控制所述隔离阀的动作。

11、优选的，所述在线监测旁路中串联设置有颗粒计数器、温度补偿型电导率传感器、温度补偿型电阻率传感器、温度传感器和压力传感器；所述在线监测旁路的取样流量小于所述低析出主流道流量的10%。

12、优选的，所述净化旁路还包括比例调节阀，所述污染控制器通过控制所述比例调节阀的开度，实现所述净化旁路在0%至100%流量范围内的动态调节。

13、优选的，所述洁净储液单元与温控流体接触的材料为不锈钢、pfa、ptfe、peek、pvdf、陶瓷中的一种或多种组合。

14、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

15、一种在线监测方法，包括以下步骤：

16、s1，基线建立：启动后执行预冲洗和排气，所述污染控制器确认颗粒计数、电导率或电阻率稳定后，建立洁净基线；

17、s2，在线监测：所述在线监测旁路连续采集颗粒计数、电导率、电阻率、温度和压力信号，并传输至所述污染控制器；

18、s3，风险指数计算：所述污染控制器将实时监测数据与所述洁净基线、温度补偿值及历史维护数据进行比较，计算污染风险指数r；

19、s4，分级控制：

20、当r超过第一阈值时，所述污染控制器增加所述净化旁路的投入比例；

21、当r超过第二阈值时，所述污染控制器触发报警并限制所述终端供回液接口向半导体设备供液；

22、当r超过第三阈值时，所述污染控制器关闭所述隔离阀，将回路切换至内部安全循环模式。

23、优选的，所述污染风险指数r通过加权求和模型计算：r = ap + bi + cd + db +et，其中，p为颗粒风险项，基于不同粒径段的颗粒计数归一化值得出；i为离子风险项，基于电导率或电阻率归一化值得出；d为过滤器压差风险项；b为气泡或脱气风险项；t为趋势突变风险项；a、b、c、d、e为根据不同半导体设备敏感等级预设的权重系数。

24、优选的，还包括维护模式控制步骤：

25、当触发过滤器更换拆装维护信号时，所述污染控制器首先关闭所述终端供回液接口，将主机侧回路切换至内部循环；

26、执行局部冲洗、排泡和废液排放操作；

27、在维护操作完成后，持续监测所述在线监测旁路的数据，只有当污染风险指数r连续稳定低于恢复阈值并持续预设时间后，所述污染控制器才允许重新打开所述终端供回液接口。

28、优选的，当所述温度补偿型电导率传感器或温度补偿型电阻率传感器检测到离子浓度异常上升且持续未恢复时，所述污染控制器输出换液维护建议并记录异常时间；当所述颗粒计数器检测到颗粒突升且同时监测到过滤器压差上升时，所述污染控制器判断为颗粒负荷异常并自动增加所述净化旁路的流量比例。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、（1）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，通过设置洁净储液单元采用低析出材料，并与温控流体接触部分实现气密隔离，有效避免外部污染物进入系统，同时防止流体挥发或吸收空气中的水分、氧气，满足半导体制造对超高洁净度的苛刻要求；

31、（2）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，在线监测旁路连续或间歇采集温控流体样本，集成颗粒计数器、温度补偿型电导率/电阻率传感器、温度及压力传感器，能够实时捕捉颗粒、离子、气泡、压差等多维污染参数，结合污染控制器计算污染风险指数r，实现污染状态的量化评估与早期预警，避免突发污染导致半导体设备批量报废；

32、（3）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，通过设置污染控制器根据风险指数r的不同阈值自动执行分级控制策略，在轻度污染时，增加净化旁路投入比例，动态调节过滤器、离子交换、金属离子捕获模块的工作强度，避免过度净化造成能耗浪费；在中度污染时，触发报警并限制终端供液，防止污染流体进入半导体设备，保护核心工艺腔室；在重度污染时，关闭隔离阀，将回路切换至内部安全循环模式，彻底切断污染风险源，为设备维护争取安全窗口；

33、（4）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，通过在净化旁路设置比例调节阀，污染控制器可在0%~100%流量范围内动态调节净化流量；低污染负荷时保持低比例净化，降低过滤器、离子交换树脂的消耗；高污染负荷时自动加大净化比例，快速恢复流体洁净度，实现运行成本与工艺要求的智能平衡；

34、（5）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，当离子浓度异常上升且持续未恢复时，自动输出换液维护建议并记录异常时间，辅助制定预防性维护计划；当颗粒突升且同时监测到过滤器压差上升时，判断为颗粒负荷异常，自动增加净化旁路流量比例，防止过滤器过早堵塞失效；支持历史数据对比与趋势分析，为优化维护周期、评估净化组件寿命提供数据支撑；

35、（6）本发明为一种半导体温控流体回路及在线监测方法，在线监测旁路的取样流量控制在低析出主流道流量的10%以内，避免因取样造成主回路压力、温度、流量的显著波动，确保半导体设备接收到的温控流体状态始终稳定可控；通过主动、实时、智能化的污染监测与控制，显著降低因温控流体污染导致的设备停机、晶圆报废或工艺偏移风险，从而提升半导体设备的平均无故障时间和产品良率。