Fabrica de Circuite Integrate la Scară Foarte Largă a Proiectului 909 este un proiect major de construcție al industriei electronice a țării mele în timpul celui de-al Nouălea Plan Cincinal, care vizează producerea de cipuri cu o lățime a liniei de 0,18 microni și un diametru de 200 mm.
Tehnologia de fabricație a circuitelor integrate la scară foarte mare nu implică doar tehnologii de înaltă precizie, cum ar fi microprelucrarea, ci impune și cerințe ridicate privind puritatea gazului.
Furnizarea de gaze vrac pentru Proiectul 909 este asigurată printr-o societate mixtă între Praxair Utility Gas Co., Ltd. din Statele Unite și părți relevante din Shanghai, pentru a înființa în comun o instalație de producție a gazelor. Instalația de producție a gazelor este adiacentă clădirii fabricii proiectului 909, acoperind o suprafață de aproximativ 15.000 de metri pătrați. Cerințele de puritate și producție ale diferitelor gaze...
Azotul de înaltă puritate (PN2), azotul (N2) și oxigenul de înaltă puritate (PO2) sunt produse prin separarea aerului. Hidrogenul de înaltă puritate (PH2) este produs prin electroliză. Argonul (Ar) și heliul (He) sunt achiziționate extern. Cvasi-gazul este purificat și filtrat pentru a fi utilizat în Proiectul 909. Gazul special este furnizat în butelii, iar dulapul pentru butelii de gaz se află în atelierul auxiliar al fabricii de producție a circuitelor integrate.
Alte gaze includ, de asemenea, sistemul CDA cu aer comprimat curat și uscat, cu un volum utilizat de 4185 m3/h, un punct de rouă sub presiune de -70°C și o dimensiune a particulelor în gaz de maximum 0,01 µm la punctul de utilizare. Sistemul de aer comprimat respirabil (BA), volum utilizat de 90 m3/h, punct de rouă sub presiune de 2 ℃, dimensiunea particulelor în gaz la punctul de utilizare de maximum 0,3 µm, sistemul de vid de proces (PV), volum utilizat de 582 m3/h, grad de vid la punctul de utilizare de -79993 Pa. Sistemul de vid de curățare (HV), volum utilizat de 1440 m3/h, grad de vid la punctul de utilizare de -59995 Pa. Camera compresorului de aer și camera pompei de vid sunt ambele situate în zona fabricii proiectului 909.
Selectarea materialelor și accesoriilor pentru țevi
Gazul utilizat în producția de VLSI are cerințe extrem de ridicate de curățenie.Conducte de gaze de înaltă puritatesunt de obicei utilizate în medii de producție curate, iar controlul curățeniei lor trebuie să fie în concordanță cu sau mai mare decât nivelul de curățenie al spațiului utilizat! În plus, conductele de gaze de înaltă puritate sunt adesea utilizate în medii de producție curate. Hidrogenul pur (PH2), oxigenul de înaltă puritate (PO2) și unele gaze speciale sunt gaze inflamabile, explozive, care susțin combustia sau toxice. Dacă sistemul de conducte de gaze este proiectat necorespunzător sau materialele sunt selectate necorespunzător, nu numai că puritatea gazului utilizat la punctul de gazare va scădea, dar va și defecta. Acesta îndeplinește cerințele procesului, dar este nesigur de utilizat și va provoca poluarea fabricii curate, afectând siguranța și curățenia acesteia.
Garanția calității gazului de înaltă puritate la punctul de utilizare nu depinde doar de precizia producției de gaz, a echipamentelor de purificare și a filtrelor, ci este afectată în mare măsură și de mulți factori din sistemul de conducte. Dacă ne bazăm pe echipamente de producție a gazului, echipamente de purificare și filtre, este pur și simplu incorect să impunem cerințe de precizie infinit mai mari pentru a compensa proiectarea necorespunzătoare a sistemului de conducte de gaz sau selecția necorespunzătoare a materialelor.
În timpul procesului de proiectare al proiectului 909, am urmat „Codul pentru proiectarea instalațiilor curate” GBJ73-84 (standardul actual este (GB50073-2001)), „Codul pentru proiectarea stațiilor de aer comprimat” GBJ29-90, „Codul pentru proiectarea stațiilor de oxigen” GB50030-91, „Codul pentru proiectarea stațiilor de hidrogen și oxigen” GB50177-93 și măsurile tehnice relevante pentru selectarea materialelor și accesoriilor pentru conducte. „Codul pentru proiectarea instalațiilor curate” stipulează selectarea materialelor pentru conducte și a supapelor după cum urmează:
(1) Dacă puritatea gazului este mai mare sau egală cu 99,999% și punctul de rouă este mai mic de -76°C, trebuie utilizată o țeavă din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu perete interior electropolizat sau o țeavă din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) cu perete interior electropolizat. Supapa trebuie să fie o supapă cu diafragmă sau o supapă cu burduf.
(2) Dacă puritatea gazului este mai mare sau egală cu 99,99% și punctul de rouă este mai mic de -60°C, trebuie utilizat un tub din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) cu perete interior electropolizat. Cu excepția supapelor cu burduf care trebuie utilizate pentru conductele de gaze combustibile, pentru alte conducte de gaze trebuie utilizate supape cu bilă.
(3) Dacă punctul de rouă al aerului comprimat uscat este mai mic de -70°C, trebuie utilizată o țeavă din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) cu perete interior lustruit. Dacă punctul de rouă este mai mic de -40℃, trebuie utilizată o țeavă din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) sau o țeavă din oțel fără sudură galvanizată la cald. Supapa trebuie să fie o supapă cu burduf sau o supapă cu bilă.
(4) Materialul supapei trebuie să fie compatibil cu materialul țevii de conectare.
Conform cerințelor specificațiilor și măsurilor tehnice relevante, luăm în considerare în principal următoarele aspecte la selectarea materialelor pentru conducte:
(1) Permeabilitatea la aer a materialelor pentru țevi trebuie să fie mică. Țevile din materiale diferite au permeabilități la aer diferite. Dacă se aleg țevi cu o permeabilitate la aer mai mare, poluarea nu poate fi îndepărtată. Țevile din oțel inoxidabil și țevile din cupru previn mai bine pătrunderea și coroziunea oxigenului în atmosferă. Cu toate acestea, deoarece țevile din oțel inoxidabil sunt mai puțin active decât țevile din cupru, țevile din cupru sunt mai active în a permite umidității din atmosferă să pătrundă în suprafețele lor interioare. Prin urmare, atunci când se aleg țevi pentru conducte de gaz de înaltă puritate, țevile din oțel inoxidabil ar trebui să fie prima alegere.
(2) Suprafața interioară a materialului țevii este adsorbită și are un efect mic asupra analizei gazului. După procesarea țevii din oțel inoxidabil, o anumită cantitate de gaz va fi reținută în rețeaua sa metalică. Când gazul de înaltă puritate trece prin aceasta, această parte a gazului va pătrunde în fluxul de aer și va provoca poluare. În același timp, din cauza adsorbției și analizei, metalul de pe suprafața interioară a țevii va produce, de asemenea, o anumită cantitate de pulbere, provocând poluarea gazului de înaltă puritate. Pentru sistemele de conducte cu o puritate peste 99,999% sau nivel ppb, trebuie utilizată țeavă din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Rezistența la uzură a țevilor din oțel inoxidabil este mai bună decât cea a țevilor din cupru, iar praful metalic generat de eroziunea cu fluxul de aer este relativ mai mic. Atelierele de producție cu cerințe mai ridicate de curățenie pot utiliza țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) sau țevi din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304), țevile din cupru nu trebuie utilizate.
(4) Pentru sistemele de conducte cu o puritate a gazului peste 99,999% sau niveluri ppb sau ppt, sau în camere curate cu niveluri de puritate a aerului de N1-N6 specificate în „Codul de proiectare pentru fabrici curate”, conductele ultra-curate sauȚevi EP ultra-curate„Tub curat cu suprafață interioară ultra-netedă”.
(5) Unele dintre sistemele speciale de conducte de gaze utilizate în procesul de producție utilizează gaze extrem de corozive. Țevile din aceste sisteme de conducte trebuie să utilizeze țevi din oțel inoxidabil rezistente la coroziune. În caz contrar, țevile se vor deteriora din cauza coroziunii. Dacă apar pete de coroziune la suprafață, nu se vor utiliza țevi obișnuite din oțel fără sudură sau țevi din oțel sudat galvanizat.
(6) În principiu, toate conexiunile conductelor de gaze trebuie sudate. Deoarece sudarea țevilor din oțel galvanizat va distruge stratul galvanizat, țevile din oțel galvanizat nu se utilizează pentru țevile din camerele sterile.
Luând în considerare factorii de mai sus, conductele și robinetele de gaze selectate în cadrul proiectului &7& sunt următoarele:
Țevile sistemului de azot de înaltă puritate (PN2) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de azot (N2) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de hidrogen de înaltă puritate (PH2) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de oxigen de înaltă puritate (PO2) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de argon (Ar) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați și se utilizează valve cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de heliu (He) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
Țevile sistemului de aer comprimat curat și uscat (CDA) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) cu pereți interiori lustruiți, iar supapele sunt fabricate din supape cu burduf din oțel inoxidabil, din același material.
Țevile sistemului de aer comprimat respirator (BA) sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil OCr18Ni9 (304) cu pereți interiori lustruiți, iar supapele sunt fabricate din robinete cu bilă din oțel inoxidabil, din același material.
Țevile sistemului de vid de proces (PV) sunt fabricate din țevi UPVC, iar valvele sunt fabricate din valve fluture de vid din același material.
Țevile sistemului de aspirare și curățare (HV) sunt fabricate din țevi UPVC, iar supapele sunt fabricate din valve fluture de vid din același material.
Țevile sistemului special de gaze sunt fabricate din țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) cu pereți interiori electropolizați, iar supapele sunt fabricate din valve cu burduf din oțel inoxidabil din același material.
3 Construcția și instalarea conductelor
3.1 Secțiunea 8.3 din „Codul de proiectare a clădirilor din fabrici curate” stipulează următoarele prevederi pentru racordurile la conducte:
(1) Conexiunile țevilor trebuie sudate, dar țevile din oțel galvanizat la cald trebuie filetate. Materialul de etanșare al conexiunilor filetate trebuie să respecte cerințele articolului 8.3.3 din prezenta specificație.
(2) Țevile din oțel inoxidabil trebuie conectate prin sudură cu arc de argon și sudură cap la cap sau sudură cu mufă, însă conductele de gaz de înaltă puritate trebuie conectate prin sudură cap la cap, fără urme pe peretele interior.
(3) Conexiunea dintre conducte și echipament trebuie să respecte cerințele de conectare ale echipamentului. La utilizarea racordurilor furtunurilor, se vor utiliza furtunuri metalice.
(4) Conexiunea dintre conducte și valve trebuie să respecte următoarele reglementări
① Materialul de etanșare care conectează conductele și valvele de gaz de înaltă puritate trebuie să utilizeze garnituri metalice sau ferule duble, în funcție de cerințele procesului de producție și de caracteristicile gazului.
②Materialul de etanșare la conexiunea filetată sau cu flanșă trebuie să fie politetrafluoroetilenă.
3.2 Conform cerințelor specificațiilor și măsurilor tehnice relevante, racordarea conductelor de gaz de înaltă puritate trebuie sudată pe cât posibil. În timpul sudării trebuie evitată sudarea directă cap la cap. Se vor utiliza manșoane de țeavă sau îmbinări finisate. Manșoanele de țeavă trebuie să fie fabricate din același material și cu aceeași netezime a suprafeței interioare ca și țevile. În timpul sudării, pentru a preveni oxidarea piesei sudate, se va introduce gaz protector pur în țeava de sudură. Pentru țevile din oțel inoxidabil, se va utiliza sudarea cu arc de argon, iar în țeavă se va introduce gaz argon de aceeași puritate. Se va utiliza conexiune filetată sau conexiune filetată. La conectarea flanșelor, se vor utiliza ferule pentru conexiunile filetate. Cu excepția țevilor de oxigen și a țevilor de hidrogen, care trebuie să utilizeze garnituri metalice, alte țevi trebuie să utilizeze garnituri din politetrafluoroetilenă. Aplicarea unei cantități mici de cauciuc siliconic pe garnituri va fi, de asemenea, eficientă. Se vor lua măsuri similare la realizarea conexiunilor cu flanșă.
Înainte de începerea lucrărilor de instalare, se efectuează o inspecție vizuală detaliată a țevilor,accesorii, supapele etc. trebuie efectuate. Peretele interior al țevilor obișnuite din oțel inoxidabil trebuie decapat înainte de instalare. Țevile, fitingurile, supapele etc. ale conductelor de oxigen trebuie strict interzise la ulei și trebuie degresate strict conform cerințelor relevante înainte de instalare.
Înainte de instalarea și punerea în funcțiune a sistemului, sistemul de conducte de transport și distribuție trebuie purjat complet cu gazul de înaltă puritate livrat. Acest lucru nu numai că îndepărtează particulele de praf care au căzut accidental în sistem în timpul procesului de instalare, dar joacă și un rol de uscare în sistemul de conducte, eliminând o parte din gazul care conține umiditate absorbit de peretele conductei și chiar de materialul acesteia.
4. Test de presiune și acceptare a conductei
(1) După instalarea sistemului, se va efectua o inspecție radiografică 100% a conductelor care transportă fluide extrem de toxice în conducte speciale de gaze, iar calitatea acestora nu va fi inferioară Nivelului II. Celelalte conducte vor fi supuse inspecției radiografice prin eșantionare, iar raportul de inspecție prin eșantionare nu va fi mai mic de 5%, calitatea nu va fi inferioară gradului III.
(2) După trecerea inspecției nedistructive, trebuie efectuat un test de presiune. Pentru a asigura uscăciunea și curățenia sistemului de conducte, nu trebuie efectuat un test de presiune hidraulică, ci trebuie utilizat un test de presiune pneumatică. Testul de presiune a aerului trebuie efectuat folosind azot sau aer comprimat care să corespundă nivelului de curățenie al camerei curate. Presiunea de testare a conductei trebuie să fie de 1,15 ori presiunea de proiectare, iar presiunea de testare a conductei de vid trebuie să fie de 0,2 MPa. În timpul testului, presiunea trebuie crescută treptat și lent. Când presiunea crește la 50% din presiunea de testare, dacă nu se constată nicio anomalie sau scurgere, se continuă creșterea presiunii treptat cu 10% din presiunea de testare și se stabilizează presiunea timp de 3 minute la fiecare nivel până la presiunea de testare. Se stabilizează presiunea timp de 10 minute, apoi se reduce presiunea la presiunea de proiectare. Timpul de oprire a presiunii trebuie determinat în funcție de nevoile detectării scurgerilor. Agentul de spumare este calificat dacă nu există scurgeri.
(3) După ce sistemul de vid trece testul de presiune, acesta trebuie să efectueze și un test de vid timp de 24 de ore, conform documentelor de proiectare, iar rata de presurizare nu trebuie să depășească 5%.
(4) Test de scurgeri. Pentru sistemele de conducte de grad ppb și ppt, conform specificațiilor relevante, nicio scurgere nu trebuie considerată ca fiind calificată, dar testul cantității de scurgere este utilizat în timpul proiectării, adică testul cantității de scurgere este efectuat după testul de etanșeitate. Presiunea este presiunea de lucru, iar presiunea este oprită timp de 24 de ore. Scurgerea medie orară este mai mică sau egală cu 50 ppm, conform calificării. Calculul scurgerii este următorul:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
În formulă:
Scurgere pe oră (%)
P1 - Presiunea absolută la începutul testului (Pa)
P2 - Presiunea absolută la sfârșitul testului (Pa)
T1 - temperatura absolută la începutul testului (K)
T2 - temperatura absolută la sfârșitul testului (K)
Data publicării: 12 decembrie 2023