Nhà máy sản xuất vi mạch tích hợp quy mô cực lớn Dự án 909 là một dự án xây dựng lớn của ngành công nghiệp điện tử nước tôi trong Kế hoạch 5 năm lần thứ chín nhằm sản xuất chip có chiều rộng đường dây là 0,18 micron và đường kính là 200 mm.
Công nghệ sản xuất mạch tích hợp quy mô cực lớn không chỉ liên quan đến các công nghệ có độ chính xác cao như gia công vi mô mà còn đặt ra yêu cầu cao về độ tinh khiết của khí.
Nguồn cung cấp khí đốt số lượng lớn cho Dự án 909 được cung cấp bởi một liên doanh giữa Praxair Utility Gas Co., Ltd. của Hoa Kỳ và các bên liên quan tại Thượng Hải để cùng nhau thành lập một nhà máy sản xuất khí đốt. Nhà máy sản xuất khí đốt nằm cạnh tòa nhà nhà máy của dự án 909, có diện tích khoảng 15.000 mét vuông. Yêu cầu về độ tinh khiết và sản lượng của các loại khí khác nhau
Nitơ tinh khiết cao (PN2), nitơ (N2) và oxy tinh khiết cao (PO2) được sản xuất bằng phương pháp tách khí. Hydro tinh khiết cao (PH2) được sản xuất bằng phương pháp điện phân. Argon (Ar) và heli (He) được mua ngoài. Khí bán tinh khiết được tinh chế và lọc để sử dụng trong Dự án 909. Khí đặc biệt được cung cấp trong các bình và tủ bình khí được đặt tại xưởng phụ trợ của nhà máy sản xuất mạch tích hợp.
Các loại khí khác cũng bao gồm hệ thống CDA khí nén khô sạch, với khối lượng sử dụng là 4185m3/h, điểm sương áp suất là -70°C và kích thước hạt không quá 0,01um trong khí tại điểm sử dụng. Hệ thống khí nén thở (BA), khối lượng sử dụng là 90m3/h, điểm sương áp suất là 2℃, kích thước hạt trong khí tại điểm sử dụng không lớn hơn 0,3um, hệ thống chân không quy trình (PV), khối lượng sử dụng là 582m3/h, độ chân không tại điểm sử dụng là -79993Pa. Hệ thống chân không làm sạch (HV), khối lượng sử dụng là 1440m3/h, độ chân không tại điểm sử dụng là -59995 Pa. Phòng máy nén khí và phòng bơm chân không đều nằm trong khu vực nhà máy dự án 909.
Lựa chọn vật liệu ống và phụ kiện
Khí sử dụng trong sản xuất VLSI có yêu cầu về độ sạch cực kỳ cao.Đường ống dẫn khí có độ tinh khiết caothường được sử dụng trong môi trường sản xuất sạch và việc kiểm soát độ sạch của chúng phải phù hợp hoặc cao hơn mức độ sạch của không gian sử dụng! Ngoài ra, đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao thường được sử dụng trong môi trường sản xuất sạch. Hydro tinh khiết (PH2), oxy tinh khiết cao (PO2) và một số loại khí đặc biệt là khí dễ cháy, nổ, hỗ trợ quá trình cháy hoặc khí độc. Nếu hệ thống đường ống dẫn khí được thiết kế không đúng cách hoặc vật liệu được lựa chọn không đúng cách, không chỉ độ tinh khiết của khí sử dụng tại điểm khí sẽ giảm mà còn bị hỏng. Nó đáp ứng các yêu cầu của quy trình, nhưng không an toàn khi sử dụng và sẽ gây ô nhiễm cho nhà máy sạch, ảnh hưởng đến sự an toàn và sạch sẽ của nhà máy sạch.
Việc đảm bảo chất lượng khí có độ tinh khiết cao tại điểm sử dụng không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của quá trình sản xuất khí, thiết bị lọc và bộ lọc mà còn bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiều yếu tố trong hệ thống đường ống. Nếu chúng ta dựa vào thiết bị sản xuất khí, thiết bị lọc và bộ lọc thì việc áp đặt các yêu cầu về độ chính xác cao hơn vô hạn để bù đắp cho thiết kế hệ thống đường ống khí không phù hợp hoặc lựa chọn vật liệu là hoàn toàn không đúng.
Trong quá trình thiết kế dự án 909, chúng tôi đã tuân thủ “Quy chuẩn thiết kế nhà máy sạch” GBJ73-84 (tiêu chuẩn hiện hành là (GB50073-2001)), “Quy chuẩn thiết kế trạm khí nén” GBJ29-90, “Quy chuẩn thiết kế trạm oxy” GB50030-91, “Quy chuẩn thiết kế trạm hydro và oxy” GB50177-93 và các biện pháp kỹ thuật liên quan để lựa chọn vật liệu và phụ kiện đường ống. “Quy chuẩn thiết kế nhà máy sạch” quy định việc lựa chọn vật liệu và van đường ống như sau:
(1) Nếu độ tinh khiết của khí lớn hơn hoặc bằng 99,999% và điểm sương thấp hơn -76°C, nên sử dụng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành trong được đánh bóng điện phân hoặc ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) có thành trong được đánh bóng điện phân. Van nên là van màng hoặc van ống thổi.
(2) Nếu độ tinh khiết của khí lớn hơn hoặc bằng 99,99% và điểm sương thấp hơn -60°C, nên sử dụng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) có thành trong được đánh bóng điện hóa. Ngoại trừ van ống thổi nên sử dụng cho đường ống dẫn khí dễ cháy, van bi nên sử dụng cho đường ống dẫn khí khác.
(3) Nếu điểm sương của khí nén khô thấp hơn -70°C, nên sử dụng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) có thành trong được đánh bóng. Nếu điểm sương thấp hơn -40°C, nên sử dụng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) hoặc ống thép không gỉ mạ kẽm nhúng nóng. Van nên là van ống thổi hoặc van bi.
(4) Vật liệu van phải tương thích với vật liệu ống nối.
Theo yêu cầu của thông số kỹ thuật và các biện pháp kỹ thuật có liên quan, chúng tôi chủ yếu xem xét các khía cạnh sau khi lựa chọn vật liệu đường ống:
(1) Độ thấm khí của vật liệu ống phải nhỏ. Ống làm bằng vật liệu khác nhau có độ thấm khí khác nhau. Nếu chọn ống có độ thấm khí lớn hơn thì không thể loại bỏ được ô nhiễm. Ống thép không gỉ và ống đồng có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập và ăn mòn của oxy trong khí quyển tốt hơn. Tuy nhiên, vì ống thép không gỉ ít hoạt động hơn ống đồng nên ống đồng hoạt động mạnh hơn trong việc cho phép hơi ẩm trong khí quyển xâm nhập vào bề mặt bên trong của chúng. Do đó, khi lựa chọn ống cho đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao, ống thép không gỉ nên là lựa chọn đầu tiên.
(2) Bề mặt bên trong của vật liệu ống được hấp phụ và có tác dụng nhỏ trong việc phân tích khí. Sau khi ống thép không gỉ được xử lý, một lượng khí nhất định sẽ được giữ lại trong mạng lưới kim loại của nó. Khi khí có độ tinh khiết cao đi qua, phần khí này sẽ đi vào luồng không khí và gây ô nhiễm. Đồng thời, do hấp phụ và phân tích, kim loại trên bề mặt bên trong của ống cũng sẽ tạo ra một lượng bột nhất định, gây ô nhiễm cho khí có độ tinh khiết cao. Đối với hệ thống đường ống có độ tinh khiết trên 99,999% hoặc mức ppb, nên sử dụng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Khả năng chống mài mòn của ống thép không gỉ tốt hơn ống đồng, bụi kim loại do dòng khí xói mòn tương đối ít. Các xưởng sản xuất có yêu cầu cao hơn về độ sạch có thể sử dụng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) hoặc ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304), không được sử dụng ống đồng.
(4) Đối với hệ thống đường ống có độ tinh khiết khí trên 99,999% hoặc mức ppb hoặc ppt, hoặc trong phòng sạch có mức độ sạch không khí N1-N6 được chỉ định trong “Quy tắc thiết kế nhà máy sạch”, đường ống siêu sạch hoặcỐng EP siêu sạchnên sử dụng. Làm sạch “ống sạch có bề mặt bên trong siêu mịn”.
(5) Một số hệ thống đường ống dẫn khí đặc biệt được sử dụng trong quá trình sản xuất là khí có tính ăn mòn cao. Các đường ống trong hệ thống đường ống này phải sử dụng ống thép không gỉ chống ăn mòn làm ống. Nếu không, đường ống sẽ bị hư hỏng do ăn mòn. Nếu xuất hiện các vết ăn mòn trên bề mặt, không được sử dụng ống thép liền mạch thông thường hoặc ống thép hàn mạ kẽm.
(6) Về nguyên tắc, tất cả các kết nối đường ống dẫn khí phải được hàn. Vì hàn ống thép mạ kẽm sẽ phá hủy lớp mạ kẽm nên ống thép mạ kẽm không được sử dụng cho đường ống trong phòng sạch.
Xét đến các yếu tố trên, các đường ống và van dẫn khí được lựa chọn trong dự án &7& như sau:
Hệ thống ống nitơ có độ tinh khiết cao (PN2) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành bên trong được đánh bóng điện phân và van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Ống hệ thống nitơ (N2) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành bên trong được đánh bóng điện phân, và van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Hệ thống ống dẫn hydro có độ tinh khiết cao (PH2) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành bên trong được đánh bóng điện phân, và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Hệ thống ống oxy tinh khiết cao (PO2) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành trong được đánh bóng điện phân, van được làm bằng van ống thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Ống hệ thống Argon (Ar) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành bên trong được đánh bóng điện phân và sử dụng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Hệ thống ống khí heli (He) được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành bên trong được đánh bóng điện phân, và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Hệ thống ống khí nén khô sạch (CDA) được làm bằng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) có thành bên trong được đánh bóng và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Hệ thống ống dẫn khí nén (BA) được làm bằng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) có thành trong được đánh bóng, van được làm bằng van bi thép không gỉ cùng loại vật liệu.
Ống của hệ thống chân không (PV) được làm bằng ống UPVC và van được làm bằng van bướm chân không làm từ cùng vật liệu.
Ống của hệ thống hút chân không làm sạch (HV) được làm bằng ống UPVC và van được làm bằng van bướm chân không làm từ cùng vật liệu.
Các ống của hệ thống khí đặc biệt đều được làm bằng ống thép không gỉ cacbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) có thành trong được đánh bóng điện phân, và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng loại vật liệu.
3 Xây dựng và lắp đặt đường ống
3.1 Mục 8.3 của “Quy định thiết kế nhà máy sạch” quy định các điều khoản sau đây đối với kết nối đường ống:
(1) Các kết nối ống phải được hàn, nhưng các ống thép mạ kẽm nhúng nóng phải được ren. Vật liệu bịt kín của các kết nối ren phải tuân thủ các yêu cầu của Điều 8.3.3 của thông số kỹ thuật này.
(2) Ống thép không gỉ phải được kết nối bằng hàn hồ quang argon và hàn đối đầu hoặc hàn ổ cắm, nhưng đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao phải được kết nối bằng hàn đối đầu mà không để lại dấu vết trên thành bên trong.
(3) Việc kết nối giữa đường ống và thiết bị phải tuân thủ các yêu cầu kết nối của thiết bị. Khi sử dụng kết nối ống mềm, phải sử dụng ống mềm kim loại.
(4) Việc kết nối giữa đường ống và van phải tuân thủ các quy định sau:
① Vật liệu làm kín kết nối đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao và van phải sử dụng gioăng kim loại hoặc vòng đệm kép theo yêu cầu của quy trình sản xuất và đặc tính khí.
②Vật liệu bịt kín ở kết nối ren hoặc bích phải là polytetrafluoroethylene.
3.2 Theo yêu cầu của thông số kỹ thuật và các biện pháp kỹ thuật có liên quan, kết nối đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao nên được hàn càng nhiều càng tốt. Nên tránh hàn đối đầu trực tiếp trong quá trình hàn. Nên sử dụng ống lót ống hoặc mối nối đã hoàn thiện. Ống lót ống nên được làm bằng cùng một vật liệu và độ nhẵn bề mặt bên trong như ống. mức độ, trong quá trình hàn, để ngăn ngừa quá trình oxy hóa của phần hàn, nên đưa khí bảo vệ tinh khiết vào ống hàn. Đối với ống thép không gỉ, nên sử dụng hàn hồ quang argon và khí argon có cùng độ tinh khiết nên được đưa vào ống. Phải sử dụng kết nối ren hoặc kết nối ren. Khi kết nối mặt bích, nên sử dụng ống nối cho các kết nối ren. Ngoại trừ ống oxy và ống hydro, nên sử dụng gioăng kim loại, các ống khác nên sử dụng gioăng polytetrafluoroethylene. Bôi một lượng nhỏ cao su silicon vào gioăng cũng sẽ có hiệu quả. Tăng cường hiệu quả bịt kín. Nên thực hiện các biện pháp tương tự khi thực hiện kết nối mặt bích.
Trước khi bắt đầu công việc lắp đặt, cần kiểm tra trực quan chi tiết các đường ống,phụ kiện, van, v.v. phải được thực hiện. Thành trong của ống thép không gỉ thông thường phải được ngâm trước khi lắp đặt. Ống, phụ kiện, van, v.v. của đường ống oxy phải nghiêm cấm dầu và phải được tẩy dầu mỡ nghiêm ngặt theo các yêu cầu có liên quan trước khi lắp đặt.
Trước khi lắp đặt và đưa vào sử dụng, hệ thống đường ống truyền tải và phân phối phải được thanh lọc hoàn toàn bằng khí có độ tinh khiết cao được cung cấp. Điều này không chỉ thổi bay các hạt bụi vô tình rơi vào hệ thống trong quá trình lắp đặt mà còn đóng vai trò làm khô trong hệ thống đường ống, loại bỏ một phần khí chứa độ ẩm được hấp thụ bởi thành ống và thậm chí cả vật liệu ống.
4. Kiểm tra áp suất đường ống và nghiệm thu
(1) Sau khi lắp đặt hệ thống, phải tiến hành kiểm tra chụp X-quang 100% các đường ống vận chuyển chất lỏng có độc tính cao trong đường ống dẫn khí chuyên dụng, chất lượng không được thấp hơn cấp II. Các đường ống khác phải chịu kiểm tra chụp X-quang lấy mẫu, tỷ lệ kiểm tra lấy mẫu không được nhỏ hơn 5%, chất lượng không được thấp hơn cấp III.
(2) Sau khi vượt qua kiểm tra không phá hủy, phải tiến hành thử áp suất. Để đảm bảo hệ thống đường ống khô và sạch, không được tiến hành thử áp suất thủy lực mà phải sử dụng thử áp suất khí nén. Thử áp suất không khí phải sử dụng nitơ hoặc khí nén phù hợp với mức độ sạch của phòng sạch. Áp suất thử của đường ống phải gấp 1,15 lần áp suất thiết kế và áp suất thử của đường ống chân không phải là 0,2MPa. Trong quá trình thử, áp suất phải tăng dần và chậm. Khi áp suất tăng lên 50% áp suất thử, nếu không phát hiện bất thường hoặc rò rỉ, tiếp tục tăng áp suất từng bước 10% áp suất thử và ổn định áp suất trong 3 phút ở mỗi mức cho đến khi đạt áp suất thử. Ổn định áp suất trong 10 phút, sau đó giảm áp suất xuống áp suất thiết kế. Thời gian dừng áp suất phải được xác định theo nhu cầu phát hiện rò rỉ. Chất tạo bọt được coi là đủ tiêu chuẩn nếu không có rò rỉ.
(3) Sau khi hệ thống chân không vượt qua thử nghiệm áp suất, cũng phải tiến hành thử nghiệm độ chân không trong 24 giờ theo tài liệu thiết kế và tỷ lệ tăng áp không được lớn hơn 5%.
(4) Kiểm tra rò rỉ. Đối với hệ thống đường ống cấp ppb và ppt, theo thông số kỹ thuật có liên quan, không rò rỉ được coi là đủ điều kiện, nhưng kiểm tra lượng rò rỉ được sử dụng trong quá trình thiết kế, nghĩa là kiểm tra lượng rò rỉ được thực hiện sau khi kiểm tra độ kín khí. Áp suất là áp suất làm việc và áp suất được dừng trong 24 giờ. Rò rỉ trung bình mỗi giờ nhỏ hơn hoặc bằng 50ppm là đủ điều kiện. Tính toán rò rỉ như sau:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Trong công thức:
Rò rỉ một giờ (%)
P1-Áp suất tuyệt đối lúc bắt đầu thử nghiệm (Pa)
P2-Áp suất tuyệt đối khi kết thúc thử nghiệm (Pa)
T1-nhiệt độ tuyệt đối lúc bắt đầu thử nghiệm (K)
T2-nhiệt độ tuyệt đối khi kết thúc thử nghiệm (K)
Thời gian đăng: 12-12-2023