La fabbrica di circuiti integrati su larga scala del progetto 909 è un importante progetto di costruzione dell'industria elettronica del mio paese nell'ambito del nono piano quinquennale per la produzione di chip con una larghezza di linea di 0,18 micron e un diametro di 200 mm.
La tecnologia di produzione di circuiti integrati su larga scala non implica solo tecnologie ad alta precisione come la microlavorazione, ma impone anche elevati requisiti di purezza del gas.
La fornitura di gas sfuso per il Progetto 909 è fornita da una joint venture tra Praxair Utility Gas Co., Ltd. degli Stati Uniti e parti interessate a Shanghai per realizzare congiuntamente un impianto di produzione di gas. L'impianto di produzione di gas è adiacente alla fabbrica del progetto 909 edificabile, estendentesi su una superficie di circa 15.000 mq. I requisiti di purezza e di uscita di vari gas
L'azoto ad elevata purezza (PN2), l'azoto (N2) e l'ossigeno ad elevata purezza (PO2) vengono prodotti mediante separazione dell'aria. L'idrogeno ad elevata purezza (PH2) viene prodotto mediante elettrolisi. Argon (Ar) ed elio (He) vengono acquistati in outsourcing. Il quasi-gas viene purificato e filtrato per essere utilizzato nel Progetto 909. Il gas speciale viene fornito in bombole e l'armadio per bombole di gas si trova nell'officina ausiliaria dell'impianto di produzione di circuiti integrati.
Altri gas includono anche il sistema CDA ad aria compressa pulita e secca, con un volume di utilizzo di 4185 m3/h, un punto di rugiada in pressione di -70°C e una dimensione delle particelle non superiore a 0,01um nel gas al punto di utilizzo. Sistema di aria compressa respirabile (BA), volume di utilizzo 90 m3/h, punto di rugiada in pressione 2 ℃, dimensione delle particelle nel gas nel punto di utilizzo non superiore a 0,3 um, sistema di vuoto di processo (PV), volume di utilizzo 582 m3/h, grado di vuoto al punto di utilizzo -79993Pa . Sistema di pulizia del vuoto (HV), volume di utilizzo 1440 m3/h, grado di vuoto al punto di utilizzo -59995 Pa. La sala del compressore d'aria e la sala della pompa del vuoto si trovano entrambe nell'area della fabbrica del progetto 909.
Selezione dei materiali e degli accessori dei tubi
Il gas utilizzato nella produzione VLSI ha requisiti di pulizia estremamente elevati.Gasdotti ad alta purezzasono solitamente utilizzati in ambienti di produzione puliti e il loro controllo di pulizia dovrebbe essere coerente o superiore al livello di pulizia dello spazio in uso! Inoltre, i gasdotti ad elevata purezza vengono spesso utilizzati in ambienti di produzione puliti. L'idrogeno puro (PH2), l'ossigeno ad elevata purezza (PO2) e alcuni gas speciali sono gas infiammabili, esplosivi, comburenti o tossici. Se il sistema di gasdotti è progettato in modo inadeguato o i materiali sono selezionati in modo inadeguato, non solo diminuirà la purezza del gas utilizzato nel punto di distribuzione del gas, ma si guasterà anche. Soddisfa i requisiti del processo, ma non è sicuro da usare e causerà inquinamento alla fabbrica pulita, compromettendone la sicurezza e la pulizia.
La garanzia della qualità del gas ad alta purezza nel punto di utilizzo non dipende solo dalla precisione della produzione del gas, dalle apparecchiature di purificazione e dai filtri, ma è anche influenzata in larga misura da molti fattori nel sistema di condotte. Se facciamo affidamento su apparecchiature per la produzione del gas, apparecchiature per la purificazione e filtri, è semplicemente errato imporre requisiti di precisione infinitamente più elevati per compensare una progettazione inadeguata del sistema di tubazioni del gas o una selezione dei materiali inadeguata.
Durante il processo di progettazione del progetto 909, abbiamo seguito il “Codice per la progettazione di impianti puliti” GBJ73-84 (lo standard attuale è (GB50073-2001)), “Codice per la progettazione delle stazioni di aria compressa” GBJ29-90, “Codice for Design of Oxygen Stations” GB50030-91, “Codice per la progettazione di stazioni di idrogeno e ossigeno” GB50177-93 e misure tecniche pertinenti per la selezione di materiali e accessori per tubazioni. Il “Codice per la progettazione di impianti puliti” stabilisce la selezione dei materiali delle tubazioni e delle valvole come segue:
(1) Se la purezza del gas è maggiore o uguale al 99,999% e il punto di rugiada è inferiore a -76°C, tubo in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con parete interna elettrolucidata o tubo in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con utilizzare una parete interna elettrolucidata. La valvola dovrebbe essere una valvola a membrana o una valvola a soffietto.
(2) Se la purezza del gas è maggiore o uguale al 99,99% e il punto di rugiada è inferiore a -60°C, è necessario utilizzare un tubo in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con parete interna elettrolucidata. Ad eccezione delle valvole a soffietto che dovrebbero essere utilizzate per gasdotti combustibili, le valvole a sfera dovrebbero essere utilizzate per altri gasdotti.
(3) Se il punto di rugiada dell'aria compressa secca è inferiore a -70°C, è necessario utilizzare un tubo in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con parete interna lucida. Se il punto di rugiada è inferiore a -40 ℃, è necessario utilizzare un tubo in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) o un tubo in acciaio senza saldatura zincato a caldo. La valvola dovrebbe essere una valvola a soffietto o una valvola a sfera.
(4) Il materiale della valvola deve essere compatibile con il materiale del tubo di collegamento.
Secondo i requisiti delle specifiche e delle misure tecniche pertinenti, nella selezione dei materiali delle tubazioni consideriamo principalmente i seguenti aspetti:
(1) La permeabilità all'aria dei materiali dei tubi dovrebbe essere ridotta. Tubi di materiali diversi hanno una permeabilità all'aria diversa. Se vengono selezionati tubi con maggiore permeabilità all'aria, l'inquinamento non può essere rimosso. I tubi in acciaio inossidabile e i tubi in rame prevengono meglio la penetrazione e la corrosione dell'ossigeno nell'atmosfera. Tuttavia, poiché i tubi in acciaio inossidabile sono meno attivi dei tubi in rame, i tubi in rame sono più attivi nel consentire all’umidità presente nell’atmosfera di penetrare nelle loro superfici interne. Pertanto, quando si selezionano tubi per gasdotti ad alta purezza, i tubi in acciaio inossidabile dovrebbero essere la prima scelta.
(2) La superficie interna del materiale del tubo viene adsorbita e ha un piccolo effetto sull'analisi del gas. Dopo la lavorazione del tubo in acciaio inossidabile, una certa quantità di gas verrà trattenuta nel suo reticolo metallico. Quando passa gas ad elevata purezza, questa parte del gas entrerà nel flusso d'aria e causerà inquinamento. Allo stesso tempo, a causa dell'adsorbimento e dell'analisi, anche il metallo sulla superficie interna del tubo produrrà una certa quantità di polvere, causando inquinamento del gas ad elevata purezza. Per i sistemi di tubazioni con purezza superiore al 99,999% o al livello ppb, è necessario utilizzare tubi in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) La resistenza all'usura dei tubi in acciaio inossidabile è migliore di quella dei tubi in rame e la polvere metallica generata dall'erosione del flusso d'aria è relativamente inferiore. Le officine di produzione con requisiti di pulizia più elevati possono utilizzare tubi in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) o tubi in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304), i tubi in rame non devono essere utilizzati.
(4) Per sistemi di tubazioni con purezza del gas superiore al 99,999% o livelli ppb o ppt, o in camere bianche con livelli di pulizia dell'aria N1-N6 specificati nel "Clean Factory Design Code", tubi ultra-puliti oTubi EP ultrapulitidovrebbe essere usato. Pulito "tubo pulito con superficie interna ultra liscia".
(5) Alcuni dei sistemi speciali di gasdotti utilizzati nel processo di produzione sono gas altamente corrosivi. I tubi di questi sistemi di tubazioni devono utilizzare come tubi tubi in acciaio inossidabile resistenti alla corrosione. In caso contrario, i tubi verranno danneggiati a causa della corrosione. Se sulla superficie sono presenti punti di corrosione, non devono essere utilizzati normali tubi in acciaio senza saldatura o tubi in acciaio saldato zincato.
(6) In linea di principio tutti i collegamenti dei gasdotti dovrebbero essere saldati. Poiché la saldatura dei tubi in acciaio zincato distrugge lo strato zincato, i tubi in acciaio zincato non vengono utilizzati per i tubi nelle camere bianche.
Tenendo conto dei fattori di cui sopra, i tubi e le valvole del gasdotto selezionati nel progetto &7& sono i seguenti:
I tubi del sistema di azoto ad elevata purezza (PN2) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di azoto (N2) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema dell'idrogeno ad alta purezza (PH2) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di ossigeno ad elevata purezza (PO2) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema Argon (Ar) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e vengono utilizzate valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di elio (He) sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di aria compressa pulita e secca (CDA) sono realizzati in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con pareti interne lucide e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di aria compressa respirabile (BA) sono realizzati in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con pareti interne lucide e le valvole sono realizzate con valvole a sfera in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema del vuoto di processo (PV) sono realizzati con tubi UPVC e le valvole sono costituite da valvole a farfalla del vuoto realizzate con lo stesso materiale.
I tubi del sistema di aspirazione di pulizia (HV) sono realizzati con tubi UPVC e le valvole sono realizzate con valvole a farfalla di aspirazione realizzate con lo stesso materiale.
I tubi dell'impianto gas speciale sono tutti realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate e le valvole sono realizzate con valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
3 Costruzione e installazione di condotte
3.1 La sezione 8.3 del "Clean Factory Building Design Code" stabilisce le seguenti disposizioni per i collegamenti delle tubazioni:
(1) I collegamenti dei tubi devono essere saldati, ma i tubi in acciaio zincato a caldo devono essere filettati. Il materiale di tenuta dei collegamenti filettati deve essere conforme ai requisiti dell'Articolo 8.3.3 della presente specifica
(2) I tubi in acciaio inossidabile devono essere collegati mediante saldatura ad arco di argon e saldatura di testa o saldatura a bicchiere, ma i gasdotti ad alta purezza devono essere collegati mediante saldatura di testa senza segni sulla parete interna.
(3) Il collegamento tra le tubazioni e l'apparecchiatura deve essere conforme ai requisiti di collegamento dell'apparecchiatura. Quando si utilizzano collegamenti per tubi flessibili, è necessario utilizzare tubi metallici
(4) Il collegamento tra tubazioni e valvole deve essere conforme alle seguenti normative
① Il materiale di tenuta che collega i gasdotti e le valvole di elevata purezza deve utilizzare guarnizioni metalliche o doppie ghiere in base ai requisiti del processo di produzione e alle caratteristiche del gas.
②Il materiale di tenuta sulla connessione filettata o flangiata deve essere politetrafluoroetilene.
3.2 Secondo i requisiti delle specifiche e delle misure tecniche pertinenti, il collegamento dei gasdotti ad alta purezza dovrebbe essere saldato il più possibile. Durante la saldatura è opportuno evitare la saldatura di testa diretta. È necessario utilizzare manicotti per tubi o giunti finiti. I manicotti dei tubi devono essere realizzati con lo stesso materiale e la stessa levigatezza della superficie interna dei tubi. livello, durante la saldatura, per prevenire l'ossidazione della parte saldata, è necessario introdurre gas protettivo puro nel tubo di saldatura. Per i tubi in acciaio inossidabile, è necessario utilizzare la saldatura ad arco di argon e introdurre nel tubo gas argon della stessa purezza. È necessario utilizzare una connessione filettata o una connessione filettata. Quando si collegano le flange, è necessario utilizzare ghiere per le connessioni filettate. Ad eccezione dei tubi dell'ossigeno e dell'idrogeno, che dovrebbero utilizzare guarnizioni metalliche, gli altri tubi dovrebbero utilizzare guarnizioni in politetrafluoroetilene. Sarà efficace anche applicare una piccola quantità di gomma siliconica sulle guarnizioni. Migliora l'effetto sigillante. Misure simili dovrebbero essere adottate quando si effettuano collegamenti a flangia.
Prima dell'inizio dei lavori di installazione, un'ispezione visiva dettagliata dei tubi,raccordi, valvole, ecc. devono essere eseguite. La parete interna dei normali tubi in acciaio inossidabile deve essere decapata prima dell'installazione. I tubi, i raccordi, le valvole, ecc. delle condutture dell'ossigeno devono essere severamente vietati dalla presenza di olio e devono essere rigorosamente sgrassati in base ai requisiti pertinenti prima dell'installazione.
Prima che il sistema venga installato e messo in funzione, il sistema di tubazioni di trasmissione e distribuzione deve essere completamente spurgato con il gas ad alta purezza fornito. Ciò non solo spazza via le particelle di polvere cadute accidentalmente nel sistema durante il processo di installazione, ma svolge anche un ruolo di asciugatura nel sistema di tubazioni, rimuovendo parte del gas contenente umidità assorbito dalla parete del tubo e persino dal materiale del tubo.
4. Prova di pressione e accettazione della tubazione
(1) Dopo l'installazione del sistema, dovrà essere effettuata un'ispezione radiografica al 100% dei tubi che trasportano fluidi altamente tossici in gasdotti speciali e la loro qualità non dovrà essere inferiore al Livello II. Gli altri tubi devono essere soggetti a ispezione radiografica a campionamento e il rapporto di ispezione a campionamento non deve essere inferiore al 5%, la qualità non deve essere inferiore al grado III.
(2) Dopo aver superato l'ispezione non distruttiva, è necessario eseguire una prova di pressione. Per garantire l'asciugatura e la pulizia del sistema di tubazioni, non deve essere eseguito un test di pressione idraulica, ma deve essere utilizzato un test di pressione pneumatica. Il test della pressione dell'aria deve essere eseguito utilizzando azoto o aria compressa che corrisponda al livello di pulizia della camera bianca. La pressione di prova della tubazione dovrebbe essere 1,15 volte la pressione di progetto e la pressione di prova della tubazione del vuoto dovrebbe essere 0,2 MPa. Durante il test, la pressione dovrebbe essere aumentata gradualmente e lentamente. Quando la pressione sale al 50% della pressione di prova, se non si riscontrano anomalie o perdite, continuare ad aumentare la pressione passo dopo passo del 10% della pressione di prova e stabilizzare la pressione per 3 minuti a ciascun livello fino alla pressione di prova . Stabilizzare la pressione per 10 minuti, quindi ridurre la pressione al valore di progetto. Il tempo di arresto della pressione deve essere determinato in base alle esigenze di rilevamento delle perdite. L'agente schiumogeno è qualificato se non vi sono perdite.
(3) Dopo che il sistema del vuoto ha superato il test di pressione, dovrebbe anche condurre un test del grado di vuoto di 24 ore in base ai documenti di progettazione e il tasso di pressurizzazione non dovrebbe essere superiore al 5%.
(4) Prova di tenuta. Per i sistemi di tubazioni di grado ppb e ppt, secondo le specifiche pertinenti, nessuna perdita deve essere considerata qualificata, ma il test sulla quantità di perdita viene utilizzato durante la progettazione, ovvero il test sulla quantità di perdita viene eseguito dopo il test di tenuta all'aria. La pressione è la pressione di esercizio e la pressione viene interrotta per 24 ore. La perdita oraria media è inferiore o uguale a 50 ppm come qualificato. Il calcolo della perdita è il seguente:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Nella formula:
Perdite orarie (%)
P1-Pressione assoluta all'inizio della prova (Pa)
P2-Pressione assoluta a fine prova (Pa)
T1-temperatura assoluta all'inizio della prova (K)
T2-temperatura assoluta alla fine della prova (K)
Orario di pubblicazione: 12 dicembre 2023