Project 909 Very Large Scale Integrated Circuit Factory is een groot bouwproject van de elektronica-industrie in mijn land tijdens het negende vijfjarenplan en is bedoeld om chips te produceren met een lijnbreedte van 0,18 micron en een diameter van 200 mm.
De technologie voor de productie van zeer grootschalige geïntegreerde schakelingen omvat niet alleen zeer precieze technologieën zoals microbewerking, maar stelt ook hoge eisen aan de zuiverheid van het gas.
De bulkgaslevering voor Project 909 wordt verzorgd door een joint venture tussen Praxair Utility Gas Co., Ltd. uit de Verenigde Staten en relevante partijen in Shanghai om gezamenlijk een gasproductie-installatie op te zetten. De gasproductie-installatie bevindt zich naast het fabrieksgebouw van Project 909 en beslaat een oppervlakte van circa 15.000 vierkante meter. De zuiverheids- en outputvereisten van verschillende gassen
Hoogzuivere stikstof (PN2), stikstof (N2) en hoogzuivere zuurstof (PO2) worden geproduceerd door middel van luchtscheiding. Hoogzuivere waterstof (PH2) wordt geproduceerd door middel van elektrolyse. Argon (Ar) en helium (He) worden uitbesteed. Het quasigas wordt gezuiverd en gefilterd voor gebruik in Project 909. Speciaal gas wordt geleverd in flessen en de gasflessenkast bevindt zich in de bijwerkplaats van de productielocatie voor geïntegreerde schakelingen.
Andere gassen omvatten ook een CDA-systeem met schone, droge perslucht, met een verbruiksvolume van 4185 m³/u, een drukdauwpunt van -70 °C en een deeltjesgrootte van maximaal 0,01 μm in het gas op het punt van gebruik. Een ademluchtsysteem (BA) met een verbruiksvolume van 90 m³/u, een drukdauwpunt van 2 °C en een deeltjesgrootte van maximaal 0,3 μm in het gas op het punt van gebruik, een procesvacuümsysteem (PV) met een verbruiksvolume van 582 m³/u en een vacuümgraad op het punt van gebruik van -79993 Pa. Een reinigingsvacuümsysteem (HV) met een verbruiksvolume van 1440 m³/u en een vacuümgraad op het punt van gebruik van -59995 Pa. De persluchtcompressorruimte en de vacuümpompruimte bevinden zich beide in de fabriekshal van project 909.
Selectie van buismaterialen en toebehoren
Het gas dat bij de productie van VLSI wordt gebruikt, stelt extreem hoge eisen aan de reinheid.Pijpleidingen voor gas met hoge zuiverheidWorden meestal gebruikt in schone productieomgevingen en hun reinheidsbeheersing moet consistent zijn met of hoger zijn dan het reinheidsniveau van de gebruikte ruimte! Bovendien worden gasleidingen met een hoge zuiverheidsgraad vaak gebruikt in schone productieomgevingen. Zuivere waterstof (PH₂), zuurstof met een hoge zuiverheidsgraad (PO₂) en sommige speciale gassen zijn brandbare, explosieve, verbrandingsondersteunende of giftige gassen. Als het gasleidingsysteem onjuist is ontworpen of de materialen onjuist zijn geselecteerd, zal niet alleen de zuiverheid van het gas dat bij het gaspunt wordt gebruikt afnemen, maar zal het ook falen. Het voldoet aan de procesvereisten, maar is onveilig in gebruik en veroorzaakt vervuiling in de schone fabriek, wat de veiligheid en reinheid van de schone fabriek aantast.
De kwaliteitsgarantie van hoogzuiver gas op het punt van gebruik hangt niet alleen af van de nauwkeurigheid van de gasproductie, zuiveringsapparatuur en filters, maar wordt ook in grote mate beïnvloed door vele factoren in het pijpleidingsysteem. Als we vertrouwen op gasproductieapparatuur, zuiveringsapparatuur en filters, is het simpelweg onjuist om oneindig hogere precisie-eisen te stellen ter compensatie van een onjuist ontwerp of materiaalkeuze van het gasleidingsysteem.
Tijdens het ontwerpproces van het 909-project hebben we de "Code for Design of Clean Plants" GBJ73-84 (de huidige norm is (GB50073-2001)), "Code for Design of Compressed Air Stations" GBJ29-90, "Code for Design of Oxygen Stations" GB50030-91, "Code for Design of Hydrogen and Oxygen Stations" GB50177-93 en relevante technische maatregelen voor de selectie van pijpleidingmaterialen en accessoires gevolgd. De "Code for Design of Clean Plants" bepaalt de selectie van pijpleidingmaterialen en kleppen als volgt:
(1) Indien de gaszuiverheid groter is dan of gelijk is aan 99,999% en het dauwpunt lager is dan -76 °C, dient een koolstofarme 00Cr17Ni12Mo2Ti-buis van roestvrij staal (316L) met een elektrolytisch gepolijste binnenwand of een OCr18Ni9-buis van roestvrij staal (304) met een elektrolytisch gepolijste binnenwand te worden gebruikt. De klep dient een membraanafsluiter of balgafsluiter te zijn.
(2) Indien de gaszuiverheid 99,99% of meer bedraagt en het dauwpunt lager is dan -60 °C, dient een OCr18Ni9 roestvrijstalen buis (304) met een elektrolytisch gepolijste binnenwand te worden gebruikt. Voor andere gasleidingen dienen kogelkranen te worden gebruikt, met uitzondering van balgafsluiters die voor leidingen voor brandbaar gas worden gebruikt.
(3) Als het dauwpunt van droge perslucht lager is dan -70 °C, moet een OCr18Ni9 roestvrijstalen buis (304) met een gepolijste binnenwand worden gebruikt. Als het dauwpunt lager is dan -40 °C, moet een OCr18Ni9 roestvrijstalen buis (304) of thermisch verzinkte naadloze stalen buis worden gebruikt. De klep moet een balgklep of kogelkraan zijn.
(4) Het materiaal van de klep moet compatibel zijn met het materiaal van de aansluitende buis.
Bij de selectie van pijpleidingmaterialen houden wij, conform de eisen van de specificaties en relevante technische maatregelen, voornamelijk rekening met de volgende aspecten:
(1) De luchtdoorlatendheid van buismaterialen moet klein zijn. Buizen van verschillende materialen hebben een verschillende luchtdoorlatendheid. Als buizen met een hogere luchtdoorlatendheid worden gekozen, kan vervuiling niet worden verwijderd. Roestvrijstalen en koperen buizen zijn beter in het voorkomen van de penetratie en corrosie van zuurstof in de atmosfeer. Omdat roestvrijstalen buizen echter minder actief zijn dan koperen buizen, laten koperen buizen actiever vocht uit de atmosfeer door in hun binnenoppervlakken. Daarom moeten roestvrijstalen buizen de eerste keuze zijn bij de selectie van buizen voor hoogzuivere gasleidingen.
(2) Het binnenoppervlak van het buismateriaal wordt geadsorbeerd en heeft een geringe invloed op de gasanalyse. Nadat de roestvrijstalen buis is verwerkt, blijft een bepaalde hoeveelheid gas achter in het metaalrooster. Wanneer er hoogzuiver gas doorheen stroomt, komt dit deel van het gas in de luchtstroom terecht en veroorzaakt vervuiling. Tegelijkertijd zal het metaal aan de binnenzijde van de buis, door adsorptie en analyse, ook een bepaalde hoeveelheid poeder produceren, wat vervuiling van het hoogzuivere gas veroorzaakt. Voor leidingsystemen met een zuiverheid boven 99,999% of ppb-niveau, dient 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarme roestvrijstalen buis (316L) te worden gebruikt.
(3) De slijtvastheid van roestvrijstalen buizen is beter dan die van koperen buizen, en het metaalstof dat door luchterosie ontstaat, is relatief lager. Productiewerkplaatsen met hogere eisen aan reinheid kunnen buizen van roestvrij staal met een laag koolstofgehalte (316L) of OCr18Ni9 (304) gebruiken; koperen buizen mogen niet worden gebruikt.
(4) Voor leidingsystemen met een gaszuiverheid van meer dan 99,999% of ppb- of ppt-niveaus, of in schone ruimten met luchtreinheidsniveaus van N1-N6 zoals gespecificeerd in de “Clean Factory Design Code”, ultra-schone leidingen ofEP ultra-schone leidingenMoet worden gebruikt. Schoon: "schone tube met ultragladde binnenkant".
(5) Sommige speciale gasleidingsystemen die in het productieproces worden gebruikt, veroorzaken zeer corrosieve gassen. De leidingen in deze leidingsystemen moeten corrosiebestendige roestvrijstalen buizen gebruiken. Anders raken de leidingen beschadigd door corrosie. Indien corrosievlekken op het oppervlak ontstaan, mogen geen gewone naadloze stalen buizen of gegalvaniseerde gelaste stalen buizen worden gebruikt.
(6) In principe dienen alle gasleidingaansluitingen gelast te worden. Omdat het lassen van gegalvaniseerde stalen buizen de verzinkte laag aantast, worden gegalvaniseerde stalen buizen niet gebruikt voor leidingen in cleanrooms.
Rekening houdend met de bovenstaande factoren zijn in het &7&-project de volgende gasleidingen en kleppen geselecteerd:
De leidingen van het hoogzuivere stikstofsysteem (PN2) zijn gemaakt van 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarm roestvast staal (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het stikstof (N2) systeem zijn gemaakt van 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarm roestvast staal (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het waterstofsysteem met hoge zuiverheidsgraad (PH2) zijn gemaakt van koolstofarm roestvrij staal 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvrij staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het zuurstofsysteem met hoge zuiverheidsgraad (PO2) zijn gemaakt van koolstofarm roestvast staal 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het Argon (Ar)-systeem zijn gemaakt van 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarm roestvast staal (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. Er worden balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal gebruikt.
De buizen van het helium (He)-systeem zijn gemaakt van 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarm roestvast staal (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het schone, droge persluchtsysteem (CDA) zijn gemaakt van OCr18Ni9 roestvaststalen leidingen (304) met gepolijste binnenwanden, en de kleppen zijn gemaakt van balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het ademluchtsysteem (BA) zijn gemaakt van OCr18Ni9 roestvaststalen leidingen (304) met gepolijste binnenwanden, en de kleppen zijn gemaakt van kogelkranen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het procesvacuümsysteem (PV) zijn gemaakt van UPVC-leidingen en de kleppen zijn gemaakt van vacuümvlinderkleppen van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het reinigingsvacuümsysteem (HV) zijn gemaakt van UPVC-leidingen en de kleppen zijn gemaakt van vacuümvlinderkleppen van hetzelfde materiaal.
De leidingen van het speciale gassysteem zijn allemaal vervaardigd uit 00Cr17Ni12Mo2Ti koolstofarm roestvast staal (316L) met elektrolytisch gepolijste binnenwanden. De kleppen zijn vervaardigd uit balgkleppen van roestvast staal van hetzelfde materiaal.
3 Aanleg en installatie van pijpleidingen
3.1 Artikel 8.3 van de “Clean Factory Building Design Code” stelt de volgende bepalingen vast voor pijpleidingaansluitingen:
(1) Pijpverbindingen moeten gelast zijn, maar thermisch verzinkte stalen buizen moeten van schroefdraad zijn voorzien. Het afdichtingsmateriaal van de schroefdraadverbindingen moet voldoen aan de eisen van artikel 8.3.3 van deze specificatie.
(2) Roestvrijstalen buizen moeten worden verbonden door middel van argonbooglassen en stomplassen of moflassen, maar leidingen voor gas met een hoge zuiverheid moeten worden verbonden door middel van stomplassen zonder markeringen op de binnenwand.
(3) De verbinding tussen pijpleidingen en apparatuur moet voldoen aan de aansluitingsvereisten van de apparatuur. Bij gebruik van slangaansluitingen moeten metalen slangen worden gebruikt.
(4) De verbinding tussen pijpleidingen en kleppen moet voldoen aan de volgende voorschriften:
① Het afdichtingsmateriaal dat leidingen en kleppen voor gas met een hoge zuiverheidsgraad verbindt, moet metalen pakkingen of dubbele ringen gebruiken, afhankelijk van de eisen van het productieproces en de gaseigenschappen.
2. Het afdichtingsmateriaal bij de schroefdraad- of flensverbinding moet polytetrafluorethyleen zijn.
3.2 Overeenkomstig de specificaties en relevante technische maatregelen moet de aansluiting van hoogzuivere gasleidingen zoveel mogelijk worden gelast. Direct stomplassen moet tijdens het lassen worden vermeden. Buismoffen of afgewerkte verbindingen moeten worden gebruikt. De buismoffen moeten van hetzelfde materiaal zijn gemaakt en een gladde binnenoppervlak hebben als de buizen. Om oxidatie van het lasgedeelte te voorkomen, moet tijdens het lassen zuiver beschermgas in de lasbuis worden gebracht. Voor roestvrijstalen buizen moet argonbooglassen worden gebruikt en moet argongas van dezelfde zuiverheid in de buis worden gebracht. Er moet een schroefdraadverbinding of een schroefverbinding worden gebruikt. Bij het aansluiten van flenzen moeten flenshulzen worden gebruikt voor schroefdraadverbindingen. Behalve voor zuurstof- en waterstofleidingen, waarvoor metalen pakkingen moeten worden gebruikt, moeten voor andere buizen polytetrafluorethyleen pakkingen worden gebruikt. Het aanbrengen van een kleine hoeveelheid siliconenrubber op de pakkingen zal ook effectief zijn. Verbetert de afdichting. Soortgelijke maatregelen moeten worden genomen bij het maken van flensverbindingen.
Voordat de installatiewerkzaamheden beginnen, vindt er een gedetailleerde visuele inspectie van de leidingen plaats,uitrusting, kleppen, enz. moeten worden uitgevoerd. De binnenwand van gewone roestvrijstalen buizen moet vóór installatie worden gebeitst. De buizen, fittingen, kleppen, enz. van zuurstofleidingen moeten strikt olievrij zijn en vóór installatie strikt worden ontvet volgens de relevante voorschriften.
Voordat het systeem wordt geïnstalleerd en in gebruik genomen, moet het transport- en distributiesysteem volledig worden gespoeld met het geleverde hoogzuivere gas. Dit blaast niet alleen de stofdeeltjes weg die tijdens de installatie per ongeluk in het systeem zijn terechtgekomen, maar zorgt er ook voor dat het leidingsysteem droogt en een deel van het vochthoudende gas verwijdert dat door de pijpwand en zelfs het pijpmateriaal is opgenomen.
4. Druktest en acceptatie van de pijpleiding
(1) Na installatie van het systeem moet een 100% radiografische inspectie worden uitgevoerd van de leidingen die zeer giftige vloeistoffen transporteren in speciale gasleidingen. De kwaliteit ervan mag niet lager zijn dan klasse II. Andere leidingen moeten aan een radiografische inspectie worden onderworpen. De bemonsteringsratio mag niet lager zijn dan 5% en de kwaliteit mag niet lager zijn dan klasse III.
(2) Na het passeren van de niet-destructieve inspectie, moet een druktest worden uitgevoerd. Om de droogheid en reinheid van het leidingsysteem te garanderen, mag geen hydraulische druktest worden uitgevoerd, maar moet een pneumatische druktest worden gebruikt. De luchtdruktest moet worden uitgevoerd met stikstof of perslucht die overeenkomt met het reinheidsniveau van de cleanroom. De testdruk van de pijpleiding moet 1,15 keer de ontwerpdruk zijn en de testdruk van de vacuümpijpleiding moet 0,2 MPa zijn. Tijdens de test moet de druk geleidelijk en langzaam worden verhoogd. Wanneer de druk stijgt tot 50% van de testdruk, als er geen afwijking of lekkage wordt gevonden, blijf de druk stapsgewijs verhogen met 10% van de testdruk en stabiliseer de druk gedurende 3 minuten op elk niveau tot de testdruk. Stabiliseer de druk gedurende 10 minuten en verlaag vervolgens de druk tot de ontwerpdruk. De drukstoptijd moet worden bepaald op basis van de behoeften van lekdetectie. Het schuimmiddel is gekwalificeerd als er geen lekkage is.
(3) Nadat het vacuümsysteem de druktest heeft doorstaan, moet het ook een vacuümtest van 24 uur uitvoeren volgens de ontwerpdocumenten, en mag de drukverhoging niet groter zijn dan 5%.
(4) Lektest. Voor ppb- en ppt-kwaliteit pijpleidingsystemen mag volgens de relevante specificaties geen lekkage als gekwalificeerd worden beschouwd, maar de lekkagetest wordt gebruikt tijdens het ontwerp, dat wil zeggen dat de lekkagetest wordt uitgevoerd na de luchtdichtheidstest. De druk is de werkdruk en de druk wordt gedurende 24 uur gestopt. De gemiddelde lekkage per uur is kleiner dan of gelijk aan 50 ppm, zoals gekwalificeerd. De berekening van de lekkage is als volgt:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
In de formule:
Lekkage per uur (%)
P1-Absolute druk aan het begin van de test (Pa)
P2-Absolute druk aan het einde van de test (Pa)
T1-absolute temperatuur aan het begin van de test (K)
T2-absolute temperatuur aan het einde van de test (K)
Plaatsingstijd: 12-12-2023