909-projektin erittäin laajamittainen integroitujen piirien tehdas on maani elektroniikkateollisuuden merkittävä rakennusprojekti yhdeksännen viisivuotissuunnitelman aikana. Siinä tuotetaan siruja, joiden viivan leveys on 0,18 mikronia ja halkaisija 200 mm.
Erittäin suurten integroitujen piirien valmistustekniikka ei ainoastaan käytä erittäin tarkkoja teknologioita, kuten mikrokoneistusta, vaan se asettaa myös korkeat vaatimukset kaasun puhtaudelle.
Projektin 909 kaasuntoimituksista vastaa yhdysvaltalaisen Praxair Utility Gas Co., Ltd.:n ja Shanghaissa toimivien asiaankuuluvien osapuolten yhteisyritys, jonka tarkoituksena on perustaa kaasuntuotantolaitos. Kaasuntuotantolaitos sijaitsee 909-projektin tehdasrakennuksen vieressä ja sen pinta-ala on noin 15 000 neliömetriä. Erilaisten kaasujen puhtaus- ja tuotantovaatimukset
Erittäin puhdasta typpeä (PN2), typpeä (N2) ja erittäin puhdasta happea (PO2) tuotetaan ilman erottelulla. Erittäin puhdasta vetyä (PH2) tuotetaan elektrolyysillä. Argonia (Ar) ja heliumia (He) ostetaan ulkoistettuna. Kvasikaasu puhdistetaan ja suodatetaan käytettäväksi projektissa 909. Erikoiskaasu toimitetaan pulloissa, ja kaasupullokaappi sijaitsee integroitujen piirien tuotantolaitoksen apuverstaassa.
Muita kaasuja ovat myös puhdas ja kuiva paineilma CDA-järjestelmä, jonka käyttötilavuus on 4185 m3/h, painekastepiste -70 °C ja kaasun hiukkaskoko käyttöpisteessä enintään 0,01 µm. Hengityspaineilmajärjestelmä (BA), käyttötilavuus 90 m3/h, painekastepiste 2 ℃, kaasun hiukkaskoko käyttöpisteessä enintään 0,3 µm, prosessityhjiöjärjestelmä (PV), käyttötilavuus 582 m3/h, alipaineaste käyttöpisteessä -79993 Pa. Puhdistusalipainejärjestelmä (HV), käyttötilavuus 1440 m3/h, alipaineaste käyttöpisteessä -59995 Pa. Sekä ilmakompressorihuone että alipainepumppuhuone sijaitsevat 909-projektin tehdasalueella.
Putkimateriaalien ja tarvikkeiden valinta
VLSI-tuotannossa käytettävällä kaasulla on erittäin korkeat puhtausvaatimukset.Korkean puhtauden kaasuputketkäytetään yleensä puhtaissa tuotantoympäristöissä, ja niiden puhtauden hallinnan tulisi olla yhdenmukainen tai korkeampi kuin käytettävän tilan puhtaustaso! Lisäksi puhtaissa tuotantoympäristöissä käytetään usein erittäin puhtaita kaasuputkia. Puhdas vety (PH2), erittäin puhdas happi (PO2) ja jotkut erikoiskaasut ovat syttyviä, räjähtäviä, palamista edistäviä tai myrkyllisiä kaasuja. Jos kaasuputkistojärjestelmä on suunniteltu väärin tai materiaalit on valittu väärin, kaasupisteessä käytettävän kaasun puhtaus ei ainoastaan heikkene, vaan se myös pettää. Se täyttää prosessivaatimukset, mutta sen käyttö on vaarallista ja aiheuttaa saastumista puhtaalle tehtaalle, mikä vaikuttaa puhtaan tehtaan turvallisuuteen ja puhtauteen.
Korkean puhtauden kaasun laadun takaaminen käyttöpisteessä ei riipu ainoastaan kaasuntuotannon, puhdistuslaitteiden ja suodattimien tarkkuudesta, vaan siihen vaikuttavat myös suurelta osin monet putkistojärjestelmän tekijät. Jos luotamme kaasuntuotantolaitteisiin, puhdistuslaitteisiin ja suodattimiin, on yksinkertaisesti väärin asettaa äärettömän korkeita tarkkuusvaatimuksia kompensoidakseen virheellistä kaasuputkiston suunnittelua tai materiaalivalintoja.
909-projektin suunnitteluprosessissa noudatimme putkistomateriaalien ja lisävarusteiden valinnassa standardeja ”Puhtaiden laitosten suunnittelustandardi” GBJ73-84 (nykyinen standardi on GB50073-2001), ”Paineilma-asemien suunnittelustandardi” GBJ29-90, ”Happiasemien suunnittelustandardi” GB50030-91, ”Vety- ja happiasemien suunnittelustandardi” GB50177-93 sekä asiaankuuluvia teknisiä ohjeita. ”Puhtaiden laitosten suunnittelustandardi” määrää putkistomateriaalien ja venttiilien valinnan seuraavasti:
(1) Jos kaasun puhtaus on vähintään 99,999 % ja kastepiste on alle -76 °C, on käytettävä sähkökiillotetulla sisäseinällä varustettua 00Cr17Ni12Mo2Ti-niukkahiilistä ruostumatonta teräsputkea (316L) tai sähkökiillotetulla sisäseinällä varustettua OCr18Ni9-ruostumatonta teräsputkea (304). Venttiilin tulee olla kalvo- tai paljeventtiili.
(2) Jos kaasun puhtaus on vähintään 99,99 % ja kastepiste on alle -60 °C, on käytettävä sähkökiillotetulla sisäseinällä varustettua OCr18Ni9-ruostumattomasta teräksestä valmistettua putkea (304). Paljeventtiilejä lukuun ottamatta, joita tulisi käyttää palavien kaasujen putkistoissa, muissa kaasuputkistoissa tulisi käyttää palloventtiilejä.
(3) Jos kuivan paineilman kastepiste on alle -70 °C, on käytettävä kiillotetulla sisäseinällä varustettua OCr18Ni9-ruostumattomasta teräksestä valmistettua putkea (304). Jos kastepiste on alle -40 ℃, on käytettävä OCr18Ni9-ruostumattomasta teräksestä valmistettua putkea (304) tai kuumasinkittyä saumatonta teräsputkea. Venttiilin tulee olla paljeventtiili tai palloventtiili.
(4) Venttiilimateriaalin tulee olla yhteensopiva liitosputkimateriaalin kanssa.
Spesifikaatioiden ja asiaankuuluvien teknisten toimenpiteiden vaatimusten mukaisesti otamme putkimateriaalien valinnassa pääasiassa huomioon seuraavat näkökohdat:
(1) Putkimateriaalien ilmanläpäisevyyden tulisi olla pieni. Eri materiaaleista valmistetuilla putkilla on erilainen ilmanläpäisevyys. Jos valitaan putkia, joilla on suurempi ilmanläpäisevyys, epäpuhtauksia ei voida poistaa. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket ja kupariputket estävät paremmin ilmakehän hapen tunkeutumisen ja korroosion. Koska ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket ovat kuitenkin vähemmän aktiivisia kuin kupariputket, kupariputket päästävät ilmakehän kosteuden tunkeutumaan sisäpinnoilleen aktiivisemmin. Siksi ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien tulisi olla ensisijainen valinta valittaessa putkia erittäin puhtaisiin kaasuputkiin.
(2) Putken sisäpinta adsorboituu materiaaliin, jolla on pieni vaikutus kaasun analysointiin. Kun ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki on käsitelty, tietty määrä kaasua jää sen metallihilaan. Kun erittäin puhdasta kaasua kulkee putken läpi, tämä osa kaasusta pääsee ilmavirtaan ja aiheuttaa saastumista. Samanaikaisesti putken sisäpinnalla oleva metalli tuottaa adsorption ja analyysin vuoksi myös tietyn määrän jauhetta, joka aiheuttaa saastumista erittäin puhtaaseen kaasuun. Putkistoissa, joiden puhtaus on yli 99,999 % tai ppb-taso, tulisi käyttää 00Cr17Ni12Mo2Ti vähähiilistä ruostumatonta teräsputkea (316L).
(3) Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien kulutuskestävyys on parempi kuin kupariputkien, ja ilmavirran aiheuttama eroosio aiheuttaa suhteellisen vähän metallipölyä. Tuotantotyöpajoissa, joissa on korkeammat puhtausvaatimukset, voidaan käyttää 00Cr17Ni12Mo2Ti vähähiilisiä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia (316L) tai OCr18Ni9 ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia (304), kupariputkia ei saa käyttää.
(4) Putkistoissa, joiden kaasun puhtaus on yli 99,999 % tai ppb- tai ppt-tasot, tai puhdastiloissa, joiden ilmanpuhtaustasot ovat ”Clean Factory Design Code” -koodin mukaisesti N1–N6, käytetään erittäin puhtaita putkia taiEP-ultrapuhtaat putkettulisi käyttää. Puhdas ”puhdas putki, jossa on erittäin sileä sisäpinta”.
(5) Jotkin tuotantoprosessissa käytetyistä erityisistä kaasuputkijärjestelmistä ovat erittäin syövyttäviä kaasuja. Näiden putkijärjestelmien putkien on käytettävä korroosionkestäviä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia. Muuten putket vaurioituvat korroosion vuoksi. Jos pinnalle ilmestyy korroosiopisteitä, tavallisia saumattomia teräsputkia tai sinkittyjä hitsattuja teräsputkia ei saa käyttää.
(6) Periaatteessa kaikki kaasuputkien liitokset tulisi hitsata. Koska galvanoitujen teräsputkien hitsaus tuhoaa galvanoidun kerroksen, galvanoituja teräsputkia ei käytetä puhdastilojen putkissa.
Ottaen huomioon edellä mainitut tekijät, &7&-projektissa valitut kaasuputkilinjan putket ja venttiilit ovat seuraavat:
Korkean puhtauden typpijärjestelmän (PN2) putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisesta ruostumattomasta teräksestä valmistetuista putkista (316L), joissa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Typpijärjestelmän (N2) putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisesta ruostumattomasta teräksestä (316L), jossa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Korkean puhtauden omaavan vedyn (PH2) järjestelmän putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisestä ruostumattomasta teräksestä valmistetuista putkista (316L), joissa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Korkean puhtauden happijärjestelmän (PO2) putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisestä ruostumattomasta teräksestä valmistetuista putkista (316L), joissa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Argon (Ar) -järjestelmän putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisesta ruostumattomasta teräksestä (316L), jonka sisäseinät on kiillotettu, ja niissä käytetään samasta materiaalista valmistettuja ruostumattomasta teräksestä valmistettuja paljeventtiilejä.
Heliumjärjestelmän (He) putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisesta ruostumattomasta teräksestä (316L), jossa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Puhtaan ja kuivan paineilmajärjestelmän (CDA) putket on valmistettu OCr18Ni9-ruostumattomasta teräksestä (304), jossa on kiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
Hengitysilmajärjestelmän (BA) putket on valmistettu OCr18Ni9-ruostumattomasta teräksestä (304), jossa on kiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista palloventtiileistä.
Prosessialipainejärjestelmän (PV) putket on valmistettu UPVC-putkista ja venttiilit samasta materiaalista valmistetuista tyhjiöläppäventtiileistä.
Puhdistusimurin (HV) putket on valmistettu UPVC-putkista ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista tyhjiöläppäventtiileistä.
Erikoiskaasujärjestelmän putket on valmistettu 00Cr17Ni12Mo2Ti -niukkahiilisestä ruostumattomasta teräksestä (316L), jossa on sähkökiillotetut sisäseinät, ja venttiilit on valmistettu samasta materiaalista valmistetuista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista paljeventtiileistä.
3 Putkistojen rakentaminen ja asennus
3.1 ”Puhtaan tehtaan rakennussuunnittelukoodin” 8.3 kohdassa on seuraavat määräykset putkiliitännöille:
(1) Putkiliitokset tulee hitsata, mutta kuumasinkityt teräsputket tulee kierteyttää. Kierreliitosten tiivistysmateriaalin on täytettävä tämän eritelmän 8.3.3 artiklan vaatimukset.
(2) Ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket tulee liittää argonkaarihitsauksella ja puskuhitsauksella tai muhvihitsauksella, mutta erittäin puhtaat kaasuputket tulee liittää puskuhitsauksella ilman jälkiä sisäseinässä.
(3) Putkistojen ja laitteiden välisen liitoksen tulee olla laitteen liitäntävaatimusten mukainen. Letkuliitoksia käytettäessä on käytettävä metalliletkuja.
(4) Putkistojen ja venttiilien välisen liitoksen on oltava seuraavien määräysten mukainen
① Korkean puhtauden kaasuputkien ja venttiilien yhdistävässä tiivistemateriaalissa tulee käyttää metallitiivisteitä tai kaksoisholkkeja tuotantoprosessin ja kaasun ominaisuuksien vaatimusten mukaisesti.
② Kierre- tai laippaliitoksen tiivistysmateriaalin tulee olla polytetrafluoroeteeniä.
3.2 Spesifikaatioiden ja asiaankuuluvien teknisten toimenpiteiden vaatimusten mukaisesti korkean puhtauden kaasuputkien liitokset tulisi hitsata mahdollisimman paljon. Hitsauksen aikana tulisi välttää suoraa puskuhitsausta. On käytettävä putkiholkkeja tai valmiita liitoksia. Putkiholkkien tulee olla valmistettu samasta materiaalista ja sisäpinnan tulee olla sileä kuin putket. Hitsauksen aikana hitsausosan hapettumisen estämiseksi hitsausputkeen tulisi syöttää puhdasta suojakaasua. Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien osalta tulisi käyttää argonkaarihitsausta, ja putkeen tulisi syöttää saman puhtauden omaavaa argonkaasua. Kierreliitosten tai kierreliitosten on oltava käytössä. Laippojen liitoksissa tulisi käyttää holkkeja kierreliitoksissa. Happi- ja vetyputkien lisäksi, joissa tulisi käyttää metallitiivisteitä, muissa putkissa tulisi käyttää polytetrafluorieteenitiivisteitä. Pieni määrä silikonikumia tiivisteisiin on myös tehokasta. Se parantaa tiivistysvaikutusta. Samanlaisia toimenpiteitä tulisi noudattaa laippaliitoksia tehtäessä.
Ennen asennustöiden aloittamista putkille tehdään yksityiskohtainen silmämääräinen tarkastus,liittimet, venttiilit jne. on suoritettava. Tavallisten ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien sisäseinä on peitattava ennen asennusta. Happiputkien putket, liittimet, venttiilit jne. on ehdottomasti kiellettävä öljystä ja ne on rasvattava huolellisesti asiaankuuluvien vaatimusten mukaisesti ennen asennusta.
Ennen järjestelmän asennusta ja käyttöönottoa siirto- ja jakeluputkisto tulee puhdistaa kokonaan toimitetulla erittäin puhtaalla kaasulla. Tämä ei ainoastaan puhalla pois asennuksen aikana vahingossa järjestelmään joutuneita pölyhiukkasia, vaan myös kuivattaa putkistoa poistamalla osan putken seinämään ja jopa putkimateriaaliin imeytyneestä kosteutta sisältävästä kaasusta.
4. Putkilinjan painekoe ja hyväksyntä
(1) Järjestelmän asennuksen jälkeen on suoritettava 100 %:n röntgentarkastus erityisissä kaasuputkissa erittäin myrkyllisiä nesteitä kuljettaville putkille, eikä niiden laadun saa olla alhaisempi kuin taso II. Muille putkille on tehtävä näytteenottoröntgentarkastus, jonka näytteenottosuhteen on oltava vähintään 5 % ja laadun vähintään luokkaa III.
(2) Rikkomattoman tarkastuksen läpäisemisen jälkeen on suoritettava painekoe. Putkistojärjestelmän kuivuuden ja puhtauden varmistamiseksi ei saa suorittaa hydraulista painekoetta, vaan on käytettävä pneumaattista painekoetta. Ilmanpainekoe on suoritettava typellä tai paineilmalla, joka vastaa puhdastilan puhtaustasoa. Putkiston testipaineen tulee olla 1,15 kertaa suunnittelupaine ja tyhjiöputken testipaineen 0,2 MPa. Testin aikana painetta on nostettava vähitellen ja hitaasti. Kun paine nousee 50 prosenttiin testipaineesta, jos ei havaita poikkeavuuksia tai vuotoja, painetta on nostettava asteittain 10 prosentilla testipaineesta ja painetta vakautetaan 3 minuutin ajan kullakin tasolla, kunnes testipaine on saavutettu. Paineen vakauttaminen kestää 10 minuuttia ja paineen alentaminen sitten suunnittelupaineeseen. Paineen pysäytysaika on määritettävä vuotojen havaitsemisen tarpeiden mukaan. Vaahdotusaine on pätevä, jos vuotoja ei ole.
(3) Kun tyhjiöjärjestelmä on läpäissyt painekokeen, sille on tehtävä myös 24 tunnin tyhjiöastekoe suunnitteluasiakirjojen mukaisesti, eikä paineistusnopeuden tulisi olla yli 5 %.
(4) Vuotokoe. PPB- ja ppt-laatuisten putkistojen osalta vuotoja ei tule pitää asiaankuuluvien eritelmien mukaisesti hyväksyttyinä, mutta vuotomääräkoe tehdään suunnittelussa eli vuotomääräkoe suoritetaan ilmatiiviyskokeen jälkeen. Paine on käyttöpaine, ja paine pysäytetään 24 tunniksi. Keskimääräinen tuntivuoto on enintään 50 ppm hyväksyttynä. Vuodon laskeminen on seuraava:
A=(1 - P2T1/P1T2)*100/T
Kaavassa:
Tunnin vuoto (%)
P1 - Absoluuttinen paine testin alussa (Pa)
P2 - Absoluuttinen paine testin lopussa (Pa)
T1 - absoluuttinen lämpötila testin alussa (K)
T2 - absoluuttinen lämpötila testin lopussa (K)
Julkaisun aika: 12.12.2023