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, che mira a produrre 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 solo prevede tecnologie ad alta precisione come la microlavorazione, ma pone anche elevati requisiti di purezza del gas.
La fornitura di gas all'ingrosso per il Progetto 909 è garantita da una joint venture tra Praxair Utility Gas Co., Ltd. degli Stati Uniti e le parti interessate di Shanghai, per la realizzazione congiunta di un impianto di produzione di gas. L'impianto di produzione di gas è adiacente all'edificio della fabbrica del Progetto 909 e copre un'area di circa 15.000 metri quadrati. I requisiti di purezza e di produzione dei vari gas sono soggetti a modifiche.
Azoto ad alta purezza (PN2), azoto (N2) e ossigeno ad alta purezza (PO2) vengono prodotti per separazione dell'aria. L'idrogeno ad alta purezza (PH2) viene prodotto per elettrolisi. Argon (Ar) ed elio (He) vengono acquistati esternamente. Il quasi-gas viene purificato e filtrato per l'utilizzo nel Progetto 909. Il gas speciale viene fornito in bombole e l'armadio per le bombole 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 granulometria non superiore a 0,01 µm nel gas al punto di utilizzo. Sistema ad aria compressa respirabile (BA), volume di utilizzo di 90 m³/h, punto di rugiada in pressione di 2 °C, granulometria non superiore a 0,3 µm nel gas al punto di utilizzo, sistema a vuoto di processo (PV), volume di utilizzo di 582 m³/h, grado di vuoto al punto di utilizzo di -79993 Pa. Sistema a vuoto di pulizia (HV), volume di utilizzo di 1440 m³/h, grado di vuoto al punto di utilizzo di -59995 Pa. La sala compressori d'aria e la sala pompe per vuoto si trovano entrambe nell'area della fabbrica del progetto 909.
Selezione dei materiali e degli accessori per tubi
Il gas utilizzato nella produzione VLSI ha requisiti di pulizia estremamente elevati.Gasdotti ad alta purezzaVengono solitamente utilizzati in ambienti di produzione puliti e il loro livello di pulizia dovrebbe essere coerente o superiore a quello dello spazio in uso! Inoltre, in ambienti di produzione puliti vengono spesso utilizzati gasdotti ad alta purezza. L'idrogeno puro (PH₂), l'ossigeno ad alta purezza (PO₂) e alcuni gas speciali sono gas infiammabili, esplosivi, tossici o che favoriscono la combustione. Se il sistema di gasdotti non è progettato correttamente o i materiali non sono selezionati correttamente, non solo la purezza del gas utilizzato nel punto di gasaggio diminuirà, ma si verificherà anche un guasto. Soddisfa i requisiti di processo, ma non è sicuro da utilizzare e causerà inquinamento alla fabbrica pulita, compromettendone la sicurezza e la pulizia.
La garanzia della qualità del gas ad alta purezza al 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 ci affidiamo alle apparecchiature di produzione del gas, alle apparecchiature di purificazione e ai filtri, è semplicemente errato imporre requisiti di precisione infinitamente più elevati per compensare una progettazione inadeguata del sistema di condotte del gas o una selezione inadeguata dei materiali.
Durante la progettazione del progetto 909, abbiamo seguito il "Codice per la progettazione di impianti puliti" GBJ73-84 (lo standard attuale è GB50073-2001)), il "Codice per la progettazione di stazioni ad aria compressa" GBJ29-90, il "Codice per la progettazione di stazioni di ossigeno" GB50030-91, il "Codice per la progettazione di stazioni di idrogeno e ossigeno" GB50177-93 e le relative misure tecniche per la selezione dei materiali e degli accessori per le condotte. Il "Codice per la progettazione di impianti puliti" stabilisce la selezione dei materiali e delle valvole per le condotte 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, è necessario utilizzare tubi in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con parete interna elettrolucidata o tubi in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con parete interna elettrolucidata. La valvola deve essere a membrana o 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, si consiglia di utilizzare tubi in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con parete interna elettrolucidata. Ad eccezione delle valvole a soffietto, che devono essere utilizzate per le condotte di gas combustibili, per le altre condotte si consiglia di utilizzare valvole a sfera.
(3) Se il punto di rugiada dell'aria compressa secca è inferiore a -70 °C, si consiglia di utilizzare tubi in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con parete interna lucidata. Se il punto di rugiada è inferiore a -40 °C, si consiglia di utilizzare tubi in acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) o tubi in acciaio zincato a caldo senza saldatura. La valvola deve essere a soffietto o a sfera.
(4) Il materiale della valvola deve essere compatibile con il materiale del tubo di collegamento.
In base ai requisiti delle specifiche e alle misure tecniche pertinenti, nella selezione dei materiali delle condotte consideriamo principalmente i seguenti aspetti:
(1) La permeabilità all'aria dei materiali dei tubi dovrebbe essere ridotta. Tubi di materiali diversi presentano una permeabilità all'aria diversa. Se si scelgono tubi con una maggiore permeabilità all'aria, l'inquinamento non può essere rimosso. I tubi in acciaio inossidabile e in rame sono più efficaci nel prevenire 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 efficaci nel consentire all'umidità atmosferica di penetrare nelle loro superfici interne. Pertanto, nella scelta dei 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 effetto limitato sull'analisi del gas. Dopo la lavorazione del tubo in acciaio inossidabile, una certa quantità di gas verrà trattenuta nel suo reticolo metallico. Quando il gas ad alta purezza passa attraverso, questa parte del gas entrerà nel flusso d'aria e causerà inquinamento. Allo stesso tempo, a causa dell'adsorbimento e dell'analisi, il metallo sulla superficie interna del tubo produrrà anche una certa quantità di polvere, causando inquinamento del gas ad alta purezza. Per sistemi di tubazioni con purezza superiore al 99,999% o livello di ppb, si consiglia di utilizzare tubi in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) La resistenza all'usura dei tubi in acciaio inossidabile è migliore rispetto a quella dei tubi in rame e la polvere metallica generata dall'erosione dovuta al flusso d'aria è relativamente minore. 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 i sistemi di tubazioni con purezza del gas superiore al 99,999% o livelli ppb o ppt, o in camere bianche con livelli di purezza dell'aria di N1-N6 specificati nel "Clean Factory Design Code", tubi ultra puliti oTubi EP ultra-pulitiDovrebbe essere utilizzato. Pulire "tubo pulito con superficie interna ultra liscia".
(5) Alcuni dei sistemi di gasdotti speciali utilizzati nel processo di produzione contengono gas altamente corrosivi. Le tubazioni di questi sistemi di gasdotti devono essere realizzate in acciaio inossidabile resistente alla corrosione. In caso contrario, i tubi subiranno danni a causa della corrosione. In caso di punti di corrosione sulla superficie, non utilizzare tubi in acciaio senza saldatura ordinari o tubi in acciaio saldato zincato.
(6) In linea di principio, tutti i collegamenti delle condotte del gas devono essere saldati. Poiché la saldatura dei tubi in acciaio zincato ne distrugge lo strato zincato, i tubi in acciaio zincato non vengono utilizzati per le condotte nelle camere bianche.
Considerando i fattori sopra menzionati, i tubi e le valvole del gasdotto selezionati nel progetto &7& sono i seguenti:
I tubi del sistema di azoto ad alta purezza (PN2) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, mentre le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di azoto (N2) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, e le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di idrogeno ad alta purezza (PH2) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, mentre le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di ossigeno ad alta purezza (PO2) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, mentre le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema Argon (Ar) sono realizzati in tubi di 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 dell'elio (He) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, mentre le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di aria compressa pulita e secca (CDA) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con pareti interne lucidate e le valvole sono realizzate in valvole a soffietto in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di aria compressa respirabile (BA) sono realizzati in tubi di acciaio inossidabile OCr18Ni9 (304) con pareti interne lucidate e le valvole sono realizzate in valvole a sfera in acciaio inossidabile dello stesso materiale.
I tubi del sistema di vuoto di processo (PV) sono realizzati in tubi in UPVC e le valvole sono realizzate in valvole a farfalla per vuoto realizzate nello stesso materiale.
I tubi del sistema di aspirazione e pulizia (HV) sono realizzati in tubi in UPVC e le valvole sono realizzate in valvole a farfalla per vuoto realizzate nello stesso materiale.
Tutti i tubi dell'impianto gas speciale sono realizzati in acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pareti interne elettrolucidate, mentre le valvole sono realizzate in 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 condotte:
(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 di questa specifica
(2) I tubi in acciaio inossidabile devono essere collegati mediante saldatura ad arco di argon e saldatura di testa o saldatura a tasca, ma le condotte di gas ad alta purezza devono essere collegate 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 dei tubi flessibili, devono essere utilizzati tubi metallici
(4) Il collegamento tra tubazioni e valvole deve essere conforme alle seguenti normative:
① Il materiale di tenuta che collega le condotte del gas ad alta purezza e le valvole deve utilizzare guarnizioni metalliche o doppie ghiere in base ai requisiti del processo di produzione e alle caratteristiche del gas.
②Il materiale di tenuta sul collegamento filettato o flangiato deve essere politetrafluoroetilene.
3.2 In base ai requisiti delle specifiche e alle misure tecniche pertinenti, il collegamento delle condotte di gas ad alta purezza deve essere saldato il più possibile. La saldatura di testa diretta deve essere evitata durante la saldatura. È necessario utilizzare manicotti o giunti finiti. I manicotti devono essere realizzati con lo stesso materiale e la stessa superficie interna liscia dei tubi. 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 immettere gas argon della stessa purezza nel tubo. È necessario utilizzare raccordi filettati. Quando si collegano le flange, è necessario utilizzare ghiere per i collegamenti filettati. Ad eccezione dei tubi per ossigeno e idrogeno, che devono utilizzare guarnizioni metalliche, gli altri tubi dovrebbero utilizzare guarnizioni in politetrafluoroetilene. Anche l'applicazione di una piccola quantità di gomma siliconica alle guarnizioni sarà efficace. Migliora l'effetto sigillante. Misure simili devono essere adottate quando si realizzano collegamenti flangiati.
Prima di iniziare i lavori di installazione, è necessario effettuare un'ispezione visiva dettagliata delle tubazioni,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 condotte per l'ossigeno devono essere rigorosamente protetti dall'olio e devono essere rigorosamente sgrassati secondo i requisiti pertinenti prima dell'installazione.
Prima dell'installazione e della messa in funzione del sistema, il sistema di condotte di trasmissione e distribuzione deve essere completamente spurgato con il gas ad alta purezza fornito. Questo non solo rimuove le particelle di polvere accidentalmente cadute nel sistema durante l'installazione, ma svolge anche un ruolo di essiccazione nel sistema di condotte, rimuovendo parte del gas contenente umidità assorbito dalle pareti delle condotte e persino dal materiale delle stesse.
4. Prova di pressione e accettazione della condotta
(1) Dopo l'installazione del sistema, le tubazioni che trasportano fluidi altamente tossici in gasdotti speciali devono essere sottoposte a ispezione radiografica al 100% e la loro qualità non deve essere inferiore al Livello II. Le altre tubazioni devono essere sottoposte a ispezione radiografica a campionamento e il rapporto di ispezione a campionamento non deve essere inferiore al 5% e 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'asciuttezza e la pulizia del sistema di tubazioni, non è necessario eseguire una prova di pressione idraulica, ma è necessario utilizzare una prova di pressione pneumatica. La prova di pressione dell'aria deve essere eseguita utilizzando azoto o aria compressa corrispondente al livello di pulizia della camera bianca. La pressione di prova della tubazione deve essere pari a 1,15 volte la pressione di progetto e la pressione di prova della tubazione del vuoto deve essere di 0,2 MPa. Durante la prova, la pressione deve 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 gradualmente del 10% della pressione di prova e stabilizzarla per 3 minuti a ciascun livello fino al raggiungimento della 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 in assenza di perdite.
(3) Dopo che il sistema del vuoto supera il test di pressione, dovrebbe anche condurre un test del grado di vuoto di 24 ore secondo i 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, l'assenza di perdite deve essere considerata come qualificata, ma la prova della quantità di perdita viene utilizzata in fase di progettazione, ovvero viene eseguita dopo la prova di tenuta all'aria. La pressione è quella di esercizio e la pressione viene interrotta per 24 ore. La perdita oraria media è inferiore o uguale a 50 ppm come qualificata. Il calcolo della perdita è il seguente:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Nella formula:
Perdita oraria (%)
P1-Pressione assoluta all'inizio della prova (Pa)
P2-Pressione assoluta al termine della prova (Pa)
T1-temperatura assoluta all'inizio del test (K)
T2-temperatura assoluta alla fine della prova (K)
Data di pubblicazione: 12 dicembre 2023