Továreň na veľmi veľké integrované obvody v rámci projektu 909 je významným stavebným projektom elektronického priemyslu mojej krajiny počas deviatej päťročky na výrobu čipov so šírkou čiary 0,18 mikrónu a priemerom 200 mm.
Technológia výroby veľmi veľkých integrovaných obvodov zahŕňa nielen vysoko presné technológie, ako je mikroobrábanie, ale kladie aj vysoké požiadavky na čistotu plynu.
Dodávky plynu pre Projekt 909 v množstve zabezpečuje spoločný podnik spoločnosti Praxair Utility Gas Co., Ltd. zo Spojených štátov a príslušných strán v Šanghaji s cieľom spoločne vybudovať závod na výrobu plynu. Závod na výrobu plynu sa nachádza hneď vedľa výrobnej budovy projektu 909 a rozprestiera sa na ploche približne 15 000 metrov štvorcových. Požiadavky na čistotu a výstup rôznych plynov
Vysoko čistý dusík (PN2), dusík (N2) a vysoko čistý kyslík (PO2) sa vyrábajú separáciou vzduchu. Vysoko čistý vodík (PH2) sa vyrába elektrolýzou. Argón (Ar) a hélium (He) sa nakupujú externe. Kváziplyn sa čistí a filtruje na použitie v Projekte 909. Špeciálny plyn sa dodáva vo fľašiach a skrinka na plynové fľaše sa nachádza v pomocnej dielni závodu na výrobu integrovaných obvodov.
Medzi ďalšie plyny patrí aj systém čistého suchého stlačeného vzduchu CDA s objemom použitia 4185 m3/h, tlakovým rosným bodom -70 °C a veľkosťou častíc plynu v mieste použitia nie väčšou ako 0,01 μm. Systém dýchacieho stlačeného vzduchu (BA), objem použitia 90 m3/h, tlakový rosný bod 2 °C, veľkosť častíc plynu v mieste použitia nie je väčšia ako 0,3 μm, systém procesného vákua (PV), objem použitia 582 m3/h, stupeň vákua v mieste použitia -79 993 Pa. Systém čistiaceho vákua (HV), objem použitia 1440 m3/h, stupeň vákua v mieste použitia -59 995 Pa. Miestnosť vzduchovej kompresorovne a miestnosť vákuovej pumpy sa nachádzajú v areáli továrne projektu 909.
Výber materiálov a príslušenstva pre potrubia
Plyn používaný pri výrobe VLSI má extrémne vysoké požiadavky na čistotu.Vysoko čisté plynovodyZvyčajne sa používajú v čistých výrobných prostrediach a ich kontrola čistoty by mala byť konzistentná alebo vyššia ako úroveň čistoty používaného priestoru! Okrem toho sa v čistých výrobných prostrediach často používajú vysoko čisté plynovody. Čistý vodík (PH2), vysoko čistý kyslík (PO2) a niektoré špeciálne plyny sú horľavé, výbušné, podporujúce horenie alebo toxické plyny. Ak je systém plynovodu nesprávne navrhnutý alebo sú materiály nesprávne vybrané, nielenže sa zníži čistota plynu použitého v mieste dodávky plynu, ale aj dôjde k jeho zlyhaniu. Spĺňa procesné požiadavky, ale jeho používanie je nebezpečné a spôsobí znečistenie čistej továrne, čo ovplyvní jej bezpečnosť a čistotu.
Záruka kvality vysoko čistého plynu v mieste spotreby nezávisí len od presnosti výroby plynu, čistiacich zariadení a filtrov, ale je do značnej miery ovplyvnená aj mnohými faktormi v potrubnom systéme. Ak sa spoliehame na zariadenia na výrobu plynu, čistiace zariadenia a filtre, je jednoducho nesprávne klásť nekonečne vyššie požiadavky na presnosť, aby sa kompenzoval nesprávny návrh plynovodného systému alebo výber materiálu.
Počas procesu návrhu projektu 909 sme sa riadili „Predpismi pre návrh čistých závodov“ GBJ73-84 (aktuálna norma je (GB50073-2001)), „Predpismi pre návrh staníc stlačeného vzduchu“ GBJ29-90, „Predpismi pre návrh kyslíkových staníc“ GB50030-91, „Predpismi pre návrh vodíkových a kyslíkových staníc“ GB50177-93 a príslušnými technickými opatreniami pre výber materiálov a príslušenstva potrubí. „Predpisy pre návrh čistých závodov“ stanovujú výber materiálov potrubí a ventilov nasledovne:
(1) Ak je čistota plynu väčšia alebo rovná 99,999 % a rosný bod je nižší ako -76 °C, mala by sa použiť nízkouhlíková rúra z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenou vnútornou stenou alebo rúra z nehrdzavejúcej ocele OCr18Ni9 (304) s elektrolyticky leštenou vnútornou stenou. Ventil by mal byť membránový alebo vlnovcový.
(2) Ak je čistota plynu väčšia alebo rovná 99,99 % a rosný bod je nižší ako -60 °C, mala by sa použiť rúrka z nehrdzavejúcej ocele OCr18Ni9 (304) s elektrolyticky leštenou vnútornou stenou. Okrem vlnovcových ventilov, ktoré by sa mali používať pre potrubia horľavých plynov, by sa pre ostatné plynovody mali používať guľové ventily.
(3) Ak je rosný bod suchého stlačeného vzduchu nižší ako -70 °C, mala by sa použiť rúra z nehrdzavejúcej ocele OCr18Ni9 (304) s leštenou vnútornou stenou. Ak je rosný bod nižší ako -40 °C, mala by sa použiť rúra z nehrdzavejúcej ocele OCr18Ni9 (304) alebo žiarovo pozinkovaná bezšvíková oceľová rúra. Ventil by mal byť vlnovcový alebo guľový ventil.
(4) Materiál ventilu by mal byť kompatibilný s materiálom spojovacieho potrubia.
Podľa požiadaviek špecifikácií a príslušných technických opatrení pri výbere materiálov potrubia zohľadňujeme najmä tieto aspekty:
(1) Priepustnosť vzduchu v materiáloch potrubí by mala byť malá. Potrubia z rôznych materiálov majú rôznu priepustnosť vzduchu. Ak sa vyberú potrubia s väčšou priepustnosťou vzduchu, znečistenie sa nedá odstrániť. Nerezové a medené potrubia lepšie zabraňujú prenikaniu a korózii kyslíka v atmosfére. Keďže však nerezové potrubia sú menej aktívne ako medené potrubia, medené potrubia sú aktívnejšie v prenikaní vlhkosti z atmosféry do ich vnútorných povrchov. Preto pri výbere potrubí pre vysoko čisté plynovody by mali byť nerezové potrubia prvou voľbou.
(2) Vnútorný povrch materiálu potrubia je adsorbovaný a má malý vplyv na analýzu plynu. Po spracovaní nerezového potrubia sa určité množstvo plynu zadrží v jeho kovovej mriežke. Keď plyn s vysokou čistotou prechádza, táto časť plynu sa dostane do prúdu vzduchu a spôsobí znečistenie. Zároveň v dôsledku adsorpcie a analýzy kov na vnútornom povrchu potrubia tiež vyprodukuje určité množstvo prášku, čo spôsobí znečistenie plynu s vysokou čistotou. Pre potrubné systémy s čistotou nad 99,999 % alebo úrovňou ppb by sa mala použiť nízkouhlíková nerezová oceľová rúra 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Odolnosť nerezových rúr voči opotrebovaniu je lepšia ako u medených rúr a kovový prach vznikajúci pri erózii prúdením vzduchu je relatívne menší. Výrobné dielne s vyššími požiadavkami na čistotu môžu používať nízkouhlíkové nerezové rúry 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) alebo nerezové rúry OCr18Ni9 (304), medené rúry sa nesmú používať.
(4) Pre potrubné systémy s čistotou plynu nad 99,999 % alebo úrovňou ppb alebo ppt, alebo v čistých miestnostiach s úrovňami čistoty vzduchu N1-N6 uvedenými v „Kóde návrhu čistých tovární“, ultračisté potrubia aleboUltra čisté potrubia EPby sa mala použiť. Vyčistite „čistú tubu s ultra hladkým vnútorným povrchom“.
(5) Niektoré špeciálne plynovodné systémy používané vo výrobnom procese sú vysoko korozívne plyny. Potrubia v týchto plynovodných systémoch musia byť vyrobené z nehrdzavejúcej ocele odolnej voči korózii. V opačnom prípade sa potrubia poškodia v dôsledku korózie. Ak sa na povrchu vyskytnú škvrny od korózie, nesmú sa použiť bežné bezšvíkové oceľové rúry ani pozinkované zvárané oceľové rúry.
(6) V zásade by mali byť všetky spoje plynovodov zvárané. Keďže zváranie pozinkovaných oceľových rúrok zničí pozinkovanú vrstvu, pozinkované oceľové rúrky sa nepoužívajú na potrubia v čistých priestoroch.
Berúc do úvahy vyššie uvedené faktory, v projekte &7& boli vybrané nasledujúce potrubia a ventily pre plynovody:
Rúry systému s vysoko čistým dusíkom (PN2) sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Potrubia systému dusíka (N2) sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Rúry systému vysoko čistého vodíka (PH2) sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Rúry systému s vysoko čistým kyslíkom (PO2) sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Rúry argónového (Ar) systému sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a používajú sa vlnovcové ventily z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Rúry héliového (He) systému sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Potrubia systému čistého suchého stlačeného vzduchu (CDA) sú vyrobené z nehrdzavejúcich oceľových rúrok OCr18Ni9 (304) s leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
Potrubia systému stlačeného vzduchu (BA) sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele OCr18Ni9 (304) s leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele a guľových ventilov z rovnakého materiálu.
Potrubia procesného vákuového (PV) systému sú vyrobené z UPVC rúrok a ventily sú vyrobené z vákuových motýľových klapiek z rovnakého materiálu.
Rúry systému čistiaceho vákua (HV) sú vyrobené z UPVC rúrok a ventily sú vyrobené z vákuových motýľových klapiek z rovnakého materiálu.
Potrubia špeciálneho plynového systému sú vyrobené z nízkouhlíkových rúrok z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštenými vnútornými stenami a ventily sú vyrobené z vlnovcových ventilov z nehrdzavejúcej ocele z rovnakého materiálu.
3 Výstavba a montáž potrubí
3.1 Časť 8.3 „Predpisov o projektovaní čistých výrobných budov“ stanovuje nasledujúce ustanovenia pre potrubné pripojenia:
(1) Potrubné spoje by mali byť zvárané, ale žiarovo pozinkované oceľové rúry by mali byť závitované. Tesniaci materiál závitových spojov musí spĺňať požiadavky článku 8.3.3 tejto špecifikácie.
(2) Rúry z nehrdzavejúcej ocele by sa mali spájať argónovým oblúkovým zváraním a tupým zváraním alebo zváraním do objímky, ale potrubia s vysokou čistotou plynu by sa mali spájať tupým zváraním bez značiek na vnútornej stene.
(3) Spojenie medzi potrubím a zariadením by malo spĺňať požiadavky na pripojenie zariadenia. Pri použití hadicových spojov by sa mali používať kovové hadice.
(4) Spojenie medzi potrubím a ventilmi by malo spĺňať nasledujúce predpisy
① Tesniaci materiál spájajúci potrubia s vysokou čistotou plynu a ventily by mal používať kovové tesnenia alebo dvojité objímky podľa požiadaviek výrobného procesu a charakteristík plynu.
②Tesniaci materiál na závitovom alebo prírubovom spoji by mal byť polytetrafluóretylén.
3.2 Podľa požiadaviek špecifikácií a príslušných technických opatrení by sa spojenia plynovodov s vysokou čistotou mali čo najviac zvárať. Počas zvárania by sa malo vyhnúť priamemu tupovému zváraniu. Mali by sa použiť objímky rúrok alebo hotové spoje. Objímky rúrok by mali byť vyrobené z rovnakého materiálu a s hladkým vnútorným povrchom ako rúry. Počas zvárania by sa mal do zváranej rúry zavádzať čistý ochranný plyn, aby sa zabránilo oxidácii zvarovej časti. Pri rúrach z nehrdzavejúcej ocele by sa malo použiť argónové oblúkové zváranie a do rúry by sa mal zavádzať argónový plyn rovnakej čistoty. Musia sa použiť závitové spojenia alebo závitové spojenia. Pri spájaní prírub by sa mali na závitové spojenia použiť objímky. Okrem kyslíkových a vodíkových potrubí, ktoré by sa mali používať kovové tesnenia, by sa pri ostatných rúrach mali používať polytetrafluóretylénové tesnenia. Účinné bude aj nanesenie malého množstva silikónovej gumy na tesnenia. Zvýši sa tesniaci účinok. Podobné opatrenia by sa mali prijať aj pri vytváraní prírubových spojov, aby sa zabránilo oxidácii zvarovej časti.
Pred začatím inštalačných prác je potrebná podrobná vizuálna kontrola potrubí,armatúry, ventily atď. musia byť vykonané. Vnútorná stena bežných nerezových rúr by mala byť pred inštaláciou morená. Rúry, armatúry, ventily atď. kyslíkových potrubí by mali byť prísne zakázané v kontakte s olejom a pred inštaláciou by mali byť prísne odmastené podľa príslušných požiadaviek.
Pred inštaláciou a uvedením systému do prevádzky by sa mal systém prenosového a distribučného potrubia úplne prepláchnuť dodávaným vysoko čistým plynom. Tým sa nielen odfúknu prachové častice, ktoré náhodou padli do systému počas inštalácie, ale tiež sa v potrubnom systéme vysuší časť plynu obsahujúceho vlhkosť absorbovaného stenou potrubia a dokonca aj materiálom potrubia.
4. Tlaková skúška a prevzatie potrubia
(1) Po inštalácii systému sa vykoná 100 % rádiografická kontrola potrubí prepravujúcich vysoko toxické kvapaliny v špeciálnych plynovodoch a ich kvalita nesmie byť nižšia ako stupeň II. Ostatné potrubia sa podrobia rádiografickej kontrole odberu vzoriek a pomer kontroly odberu vzoriek nesmie byť nižší ako 5 %, kvalita nesmie byť nižšia ako stupeň III.
(2) Po absolvovaní nedeštruktívnej kontroly by sa mala vykonať tlaková skúška. Aby sa zabezpečila suchosť a čistota potrubného systému, nesmie sa vykonať hydraulická tlaková skúška, ale mala by sa použiť pneumatická tlaková skúška. Skúška tlakom vzduchu by sa mala vykonať pomocou dusíka alebo stlačeného vzduchu, ktorý zodpovedá úrovni čistoty čistej miestnosti. Skúšobný tlak potrubia by mal byť 1,15-násobok návrhového tlaku a skúšobný tlak vákuového potrubia by mal byť 0,2 MPa. Počas skúšky by sa mal tlak postupne a pomaly zvyšovať. Keď tlak stúpne na 50 % skúšobného tlaku a nezistí sa žiadna abnormalita alebo netesnosť, pokračujte v postupnom zvyšovaní tlaku o 10 % skúšobného tlaku a stabilizujte tlak na každej úrovni 3 minúty, kým sa nedosiahne skúšobný tlak. Tlak stabilizujte 10 minút a potom znížte tlak na návrhový tlak. Čas zastavenia tlaku by sa mal určiť podľa potrieb detekcie netesností. Penidlo je kvalifikované, ak nedochádza k netesnosti.
(3) Po absolvovaní tlakovej skúšky vákuového systému by sa mala vykonať aj 24-hodinová skúška stupňa vákua podľa projektovej dokumentácie a miera natlakovania by nemala byť vyššia ako 5 %.
(4) Skúška tesnosti. V prípade potrubných systémov triedy ppb a ppt by sa podľa príslušných špecifikácií žiadny únik nemal považovať za kvalifikovaný, ale skúška množstva úniku sa používa počas projektovania, t. j. skúška množstva úniku sa vykonáva po skúške vzduchotesnosti. Tlak je prevádzkový tlak a tlak sa zastaví na 24 hodín. Priemerný hodinový únik je menší alebo rovný 50 ppm, ako je kvalifikované. Výpočet úniku je nasledovný:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Vo vzorci:
Únik za hodinu (%)
P1 - Absolútny tlak na začiatku testu (Pa)
P2 - Absolútny tlak na konci skúšky (Pa)
T1 - absolútna teplota na začiatku testu (K)
T2 - absolútna teplota na konci testu (K)
Čas uverejnenia: 12. decembra 2023