909-projektet Very Large Scale Integrated Circuit Factory är ett stort byggprojekt för mitt lands elektronikindustri under den nionde femårsplanen för att producera chip med en linjebredd på 0,18 mikron och en diameter på 200 mm.
Tillverkningstekniken för mycket storskaliga integrerade kretsar involverar inte bara högprecisionstekniker som mikrobearbetning, utan ställer även höga krav på gasens renhet.
Bulkgasförsörjningen för Projekt 909 tillhandahålls genom ett joint venture mellan Praxair Utility Gas Co., Ltd. i USA och relevanta parter i Shanghai för att gemensamt etablera en gasproduktionsanläggning. Gasproduktionsanläggningen ligger intill fabriksbyggnaden för Projekt 909 och täcker en yta på cirka 15 000 kvadratmeter. Renhets- och produktionskraven för olika gaser
Högrent kväve (PN2), kväve (N2) och högrent syre (PO2) produceras genom luftseparation. Högrent väte (PH2) produceras genom elektrolys. Argon (Ar) och helium (He) köps in på entreprenad. Kvasigasen renas och filtreras för användning i projekt 909. Specialgas levereras i flaskor, och gasflaskskåpet finns i hjälpverkstaden till anläggningen för tillverkning av integrerade kretsar.
Andra gaser inkluderar även ren, torr trycklufts-CDA-system, med en förbrukningsvolym på 4185 m3/h, en tryckdaggpunkt på -70 °C och en partikelstorlek på högst 0,01 µm i gasen vid förbrukningspunkten. Andningstryckluftssystem (BA), förbrukningsvolym 90 m3/h, tryckdaggpunkt 2 ℃, partikelstorlek i gasen vid förbrukningspunkten är inte större än 0,3 µm, processvakuumsystem (PV), förbrukningsvolym 582 m3/h, vakuumgrad vid förbrukningspunkten -79993 Pa. Rengöringsvakuumsystem (HV), förbrukningsvolym 1440 m3/h, vakuumgrad vid förbrukningspunkten -59995 Pa. Luftkompressorrummet och vakuumpumprummet ligger båda i fabriksområdet för projekt 909.
Val av rörmaterial och tillbehör
Gasen som används i VLSI-produktion har extremt höga renhetskrav.Högrenhetsgasledningaranvänds vanligtvis i rena produktionsmiljöer, och deras renhetskontroll bör vara i linje med eller högre än renhetsnivån i det använda utrymmet! Dessutom används ofta högrena gasledningar i rena produktionsmiljöer. Rent väte (PH2), högrent syre (PO2) och vissa specialgaser är brandfarliga, explosiva, förbränningsfrämjande eller giftiga gaser. Om gasledningssystemet är felaktigt utformat eller materialen är felaktigt valda, kommer inte bara renheten hos den gas som används vid gaspunkten att minska, utan den kommer också att sluta fungera. Den uppfyller processkraven, men den är osäker att använda och kommer att orsaka föroreningar i den rena fabriken, vilket påverkar säkerheten och renligheten i den rena fabriken.
Garantin för kvaliteten på högren gas vid användningsstället beror inte bara på noggrannheten i gasproduktionen, reningsutrustningen och filtren, utan påverkas också i hög grad av många faktorer i rörledningssystemet. Om vi förlitar oss på gasproduktionsutrustning, reningsutrustning och filter är det helt enkelt felaktigt att ställa oändligt högre precisionskrav för att kompensera för felaktig design av gasrörssystem eller materialval.
Under designprocessen för 909-projektet följde vi "Koden för design av rena anläggningar" GBJ73-84 (den nuvarande standarden är (GB50073-2001)), "Koden för design av tryckluftsstationer" GBJ29-90, "Koden för design av syrestationer" GB50030-91, "Koden för design av vätgas- och syrestationer" GB50177-93, och relevanta tekniska åtgärder för val av rörledningsmaterial och tillbehör. "Koden för design av rena anläggningar" föreskriver valet av rörledningsmaterial och ventiler enligt följande:
(1) Om gasens renhet är större än eller lika med 99,999 % och daggpunkten är lägre än -76 °C, bör 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfritt stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerad innervägg eller OCr18Ni9 rostfritt stålrör (304) med elektropolerad innervägg användas. Ventilen bör vara en membranventil eller bälgventil.
(2) Om gasens renhet är större än eller lika med 99,99 % och daggpunkten är lägre än -60 °C, bör OCr18Ni9 rostfritt stålrör (304) med elektropolerad innervägg användas. Förutom bälgventiler som bör användas för rörledningar för brännbara gaser, bör kulventiler användas för andra gasledningar.
(3) Om daggpunkten för torr tryckluft är lägre än -70°C bör OCr18Ni9 rostfritt stålrör (304) med polerad innervägg användas. Om daggpunkten är lägre än -40°C bör OCr18Ni9 rostfritt stålrör (304) eller varmförzinkade sömlösa stålrör användas. Ventilen bör vara en bälgventil eller en kulventil.
(4) Ventilmaterialet ska vara kompatibelt med anslutningsrörets material.
Enligt specifikationskrav och relevanta tekniska åtgärder beaktar vi huvudsakligen följande aspekter vid val av rörledningsmaterial:
(1) Luftgenomsläppligheten för rörmaterial bör vara liten. Rör av olika material har olika luftgenomsläpplighet. Om rör med större luftgenomsläpplighet väljs kan föroreningar inte avlägsnas. Rostfria stålrör och kopparrör är bättre på att förhindra penetration och korrosion av syre i atmosfären. Eftersom rostfria stålrör är mindre aktiva än kopparrör, är kopparrör mer aktiva när det gäller att låta fukt i atmosfären tränga in i deras inre ytor. Därför bör rostfria stålrör vara förstahandsvalet när man väljer rör för högrena gasledningar.
(2) Rörmaterialets insida adsorberas och har en liten effekt på gasanalysen. Efter att det rostfria stålröret har bearbetats kommer en viss mängd gas att kvarhållas i dess metallgitter. När högren gas passerar igenom kommer denna del av gasen att komma in i luftflödet och orsaka föroreningar. Samtidigt, på grund av adsorption och analys, kommer metallen på rörets insida också att producera en viss mängd pulver, vilket orsakar föroreningar av högren gas. För rörsystem med en renhet över 99,999 % eller ppb-nivå bör 00Cr17Ni12Mo2Ti lågkolhaltigt rostfritt stålrör (316L) användas.
(3) Slitstyrkan hos rostfria stålrör är bättre än hos kopparrör, och metalldamm som genereras av luftflödeserosion är relativt mindre. Produktionsverkstäder med högre krav på renlighet kan använda 00Cr17Ni12Mo2Ti lågkolhaltiga rostfria stålrör (316L) eller OCr18Ni9 rostfria stålrör (304), kopparrör ska inte användas.
(4) För rörsystem med gasrenhet över 99,999 % eller ppb- eller ppt-nivåer, eller i renrum med luftrenhetsnivåer på N1-N6 som anges i "Clean Factory Design Code", ultrarena rör ellerEP ultrarena rörska användas. Rengör "rent rör med ultraslät insida".
(5) Vissa av de speciella gasledningssystem som används i produktionsprocessen är mycket korrosiva gaser. Rören i dessa rörledningssystem måste vara av korrosionsbeständiga rostfria stålrör. Annars kommer rören att skadas på grund av korrosion. Om korrosionsfläckar uppstår på ytan får vanliga sömlösa stålrör eller galvaniserade svetsade stålrör inte användas.
(6) I princip bör alla gasledningsanslutningar svetsas. Eftersom svetsning av galvaniserade stålrör förstör det galvaniserade lagret, används inte galvaniserade stålrör för rör i renrum.
Med hänsyn till ovanstående faktorer är följande gasledningar och ventiler valda i &7&-projektet:
Rören i systemet med hög renhet kväve (PN2) är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfria stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Kvävesystemets (N2) rör är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti lågkolhaltiga rostfria stålrör (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Rören i systemet för högren vätgas (PH2) är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfria stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Rören för högrent syre (PO2)-systemet är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfria stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Argon (Ar)-systemrör är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfria stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerade innerväggar, och bälgventiler i rostfritt stål av samma material används.
Heliumsystemets (He) rör är tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti lågkolhaltiga rostfria stålrör (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Rören för det rena, torra tryckluftssystemet (CDA) är tillverkade av OCr18Ni9 rostfria stålrör (304) med polerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
Rören för andningstryckluftssystemet (BA) är tillverkade av OCr18Ni9 rostfria stålrör (304) med polerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av kulventiler i rostfritt stål av samma material.
Processvakuumsystemets (PV) rör är tillverkade av UPVC-rör, och ventilerna är tillverkade av vakuumfjärilsventiler av samma material.
Rören i rengöringsvakuumsystemet (HV) är tillverkade av UPVC-rör, och ventilerna är tillverkade av vakuumfjärilsventiler av samma material.
Rören i specialgassystemet är alla tillverkade av 00Cr17Ni12Mo2Ti rostfria stålrör med låg kolhalt (316L) med elektropolerade innerväggar, och ventilerna är tillverkade av bälgventiler i rostfritt stål av samma material.
3 Konstruktion och installation av rörledningar
3.1 Avsnitt 8.3 i ”Clean Factory Building Design Code” anger följande bestämmelser för rörledningsanslutningar:
(1) Röranslutningar ska svetsas, men varmförzinkade stålrör ska gängas. Tätningsmaterialet för gänganslutningar ska uppfylla kraven i artikel 8.3.3 i denna specifikation.
(2) Rör av rostfritt stål bör anslutas med argonbågsvetsning och stumsvetsning eller muffsvetsning, men rörledningar för hög renhet av gas bör anslutas med stumsvetsning utan märken på innerväggen.
(3) Anslutningen mellan rörledningar och utrustning ska uppfylla utrustningens anslutningskrav. Vid användning av slanganslutningar ska metallslangar användas.
(4) Anslutningen mellan rörledningar och ventiler ska uppfylla följande föreskrifter
① Tätningsmaterialet som förbinder rörledningar och ventiler för hög renhet för gas bör använda metallpackningar eller dubbla hylsor i enlighet med produktionsprocessens krav och gasens egenskaper.
②Tätningsmaterialet vid gäng- eller flänsanslutningen ska vara polytetrafluoreten.
3.2 Enligt specifikationskrav och relevanta tekniska åtgärder bör anslutningar av högrena gasledningar svetsas så mycket som möjligt. Direkt stumsvetsning bör undvikas vid svetsning. Rörhylsor eller färdiga skarvar bör användas. Rörhylsorna bör vara tillverkade av samma material och ha samma inre yta som rören. jämnt, under svetsning, för att förhindra oxidation av svetsdelen, bör ren skyddsgas införas i svetsröret. För rostfria stålrör bör argongosvetsning användas, och argongas av samma renhet bör införas i röret. Gängad anslutning eller gängad anslutning måste användas. Vid anslutning av flänsar bör gängade anslutningar användas. Förutom för syrgasrör och vätgasrör, som bör använda metallpackningar, bör andra rör använda polytetrafluoretylenpackningar. Att applicera en liten mängd silikongummi på packningarna kommer också att vara effektivt. Förbättrar tätningseffekten. Liknande åtgärder bör vidtas när flänsanslutningar görs.
Innan installationsarbetet påbörjas, ska en noggrann visuell inspektion av rören göras,beslag, ventiler etc. måste utföras. Innerväggen på vanliga rostfria rör bör betas före installation. Rör, kopplingar, ventiler etc. i syreledningar bör strikt förbjudas från olja och bör avfettas noggrant enligt relevanta krav före installation.
Innan systemet installeras och tas i bruk bör överförings- och distributionssystemet rensas helt med den levererade högrena gasen. Detta blåser inte bara bort dammpartiklar som av misstag hamnat i systemet under installationsprocessen, utan spelar också en torkande roll i rörledningssystemet genom att ta bort en del av den fukthaltiga gasen som absorberats av rörväggen och till och med rörmaterialet.
4. Tryckprovning och godkännande av rörledningar
(1) Efter att systemet har installerats ska 100 % radiografisk inspektion av rör som transporterar mycket giftiga vätskor i specialgasledningar utföras, och deras kvalitet får inte vara lägre än nivå II. Övriga rör ska genomgå provtagningsröntgeninspektion, och provtagningsinspektionsgraden får inte vara mindre än 5 %, kvaliteten får inte vara lägre än grad III.
(2) Efter godkänd oförstörande inspektion bör ett tryckprov utföras. För att säkerställa rörsystemets torrhet och renhet får ett hydrauliskt tryckprov inte utföras, utan ett pneumatiskt tryckprov bör användas. Lufttryckprovet bör utföras med kväve eller tryckluft som matchar renrumsrenhetsnivån. Rörledningens provtryck bör vara 1,15 gånger konstruktionstrycket och vakuumrörledningens provtryck bör vara 0,2 MPa. Under provet bör trycket ökas gradvis och långsamt. När trycket stiger till 50 % av provtrycket, om inga avvikelser eller läckage upptäcks, fortsätt att öka trycket stegvis med 10 % av provtrycket och stabilisera trycket i 3 minuter på varje nivå tills provtrycket uppnåtts. Stabilisera trycket i 10 minuter och minska sedan trycket till konstruktionstrycket. Tryckstopptiden bör bestämmas utifrån behovet av läckagedetektering. Skummedlet är kvalificerat om det inte finns något läckage.
(3) Efter att vakuumsystemet har klarat trycktestet bör det också utföra ett 24-timmars vakuumtest enligt konstruktionsdokumenten, och trycksättningsgraden bör inte vara större än 5 %.
(4) Läckagetest. För rörledningssystem av ppb- och ppt-kvalitet, enligt relevanta specifikationer, bör inget läckage anses vara kvalificerat, men läckagemängdstestet används under konstruktionen, det vill säga att läckagemängdstestet utförs efter lufttäthetstestet. Trycket är arbetstrycket och trycket stoppas i 24 timmar. Det genomsnittliga timläckaget är mindre än eller lika med 50 ppm som kvalificerat. Beräkningen av läckaget är enligt följande:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
I formeln:
Läckage per timme (%)
P1 - Absolut tryck vid testets början (Pa)
P2 - Absolut tryck vid testets slut (Pa)
T1 - absolut temperatur vid testets början (K)
T2 - absolut temperatur vid testets slut (K)
Publiceringstid: 12 december 2023