Nhà máy sản xuất mạch tích hợp quy mô rất lớn thuộc Dự án 909 là dự án xây dựng lớn của ngành điện tử nước tôi trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 9 nhằm sản xuất chip có chiều rộng đường 0,18 micron và đường kính 200 mm.
Công nghệ sản xuất mạch tích hợp quy mô rất 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 số lượng lớn cho Dự án 909 được cung cấp bởi liên doanh giữa Praxair Utility Gas Co., Ltd. của Hoa Kỳ và các bên liên quan tại Thượng Hải để cùng thành lập một nhà máy sản xuất khí. Nhà máy sản xuất khí nằm liền kề với nhà máy dự án 909 tòa nhà có diện tích khoảng 15.000 mét vuông. Các yêu cầu về độ tinh khiết và đầu ra của các loại khí khác nhau
Nitơ có độ tinh khiết cao (PN2), nitơ (N2) và oxy có độ tinh khiết cao (PO2) được tạo ra bằng cách tách không khí. Hydro có độ tinh khiết cao (PH2) được sản xuất bằng phương pháp điện phân. Argon (Ar) và helium (He) được mua từ bên ngoài. Bán khí được tinh chế và lọc để sử dụng trong Dự án 909. Khí đặc biệt được cung cấp dưới dạng chai, tủ đựng bình gas 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 thể tích sử dụng 4185m3/h, điểm sương áp suất -70°C và kích thước hạt không quá 0,01um trong khí tại điểm sử dụng. Hệ thống thở khí nén (BA), thể tích sử dụng 90m3/h, điểm sương áp suất 2oC, kích thước hạt trong khí tại điểm sử dụng không lớn hơn 0,3um, hệ thống xử lý chân không (PV), thể tích sử dụng 582m3/h, độ chân không tại điểm sử dụng -79993Pa. Hệ thống chân không làm sạch (HV), lưu lượng sử dụng 1440m3/h, độ chân không tại điểm sử dụng -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 và phụ kiện ống
Khí được sử dụng trong sản xuất VLSI có yêu cầu về độ sạch cực 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 đang 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 có độ tinh khiết cao (PO2) và một số loại khí đặc biệt là khí dễ cháy, nổ, hỗ trợ quá trình cháy hoặc độc hại. 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 được sử dụng tại điểm dẫn 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 lớn bởi nhiều yếu tố trong hệ thống đường ống. Nếu chúng ta dựa vào thiết bị sản xuất khí đốt, thiết bị lọc và bộ lọc thì việc áp đặt các yêu cầu về độ chính xác cao hơn vô cùng để bù đắp cho việc thiết kế hệ thống đường ống khí đốt hoặc lựa chọn vật liệu không phù hợp là không chính xác.
Trong quá trình thiết kế dự án 909, chúng tôi đã tuân theo “Quy chuẩn thiết kế nhà máy sạch” GBJ73-84 (tiêu chuẩn hiện hành là (GB50073-2001)), “Quy tắc thiết kế trạm khí nén” GBJ29-90, “Quy tắc thiết kế trạm khí nén” GBJ29-90, “Quy tắc thiết kế trạm khí nén”. cho thiết kế trạm oxy” GB50030-91 , “Quy tắc 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 đường ống và van như sau:
(1) Nếu độ tinh khiết của khí lớn hơn hoặc bằng 99,999% và điểm sương thấp hơn -76°C, ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với thành trong được đánh bóng bằng điện hoặc ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) với nên sử dụng tường bên trong được đánh bóng bằng điện. Van phải 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) với 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 được sử dụng cho các 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) với thành trong được đánh bóng. Nếu điểm sương thấp hơn -40oC, nên sử dụng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) hoặc ống thép liền mạch mạ kẽm nhúng nóng. Van phải 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 liên quan, chúng tôi chủ yếu xem xét các khía cạnh sau khi lựa chọn vật liệu đường ống:
(1) Độ thoáng khí của vật liệu ống phải nhỏ. Ống làm bằng vật liệu khác nhau có độ thấm khí khác nhau. Nếu chọn các đường ống có độ thoáng khí lớn hơn thì không thể loại bỏ được ô nhiễm. Ống thép không gỉ và ống đồng có tác dụng tốt hơn trong việc ngăn chặn sự xâm nhập và ăn mòn của oxy trong khí quyển. 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. Vì vậy, khi lựa chọn ống cho đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao, ống thép không gỉ nên là lựa chọn hàng đầu.
(2) Bề mặt bên trong của vật liệu ống bị hấp phụ và có ảnh hưởng nhỏ đến 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 xâm nhập vào luồng không khí và gây ô nhiễm. Đồng thời, do quá trình hấp phụ và phân tích, kim loại ở 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 carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Khả năng chống mài mòn của ống thép không gỉ tốt hơn ống đồng và bụi kim loại do xói mòn luồng không khí tạo ra tương đối ít hơn. Xưởng sản xuất có yêu cầu cao hơn về độ sạch có thể sử dụng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) hoặc ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304), không 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 quy định trong “Quy phạm thiết kế nhà máy sạch”, ống hoặc ống siêu sạchỐng siêu sạch EPnên được sử dụng. Làm sạch “ống sạch với 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 loại 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 đường ống. Nếu không, đường ống sẽ bị hư hỏng do ăn mòn. Nếu bề mặt xuất hiện các vết ăn mòn thì không được sử dụng ống thép liền mạch thông thường hoặc ống thép hàn mạ kẽm.
(6) Về nguyên tắc, tất cả các mối nối đường ống dẫn khí phải được hàn. Vì việc hàn ống thép mạ kẽm sẽ phá hủy lớp mạ kẽm nên ống thép mạ kẽm không được sử dụng làm ống trong phòng sạch.
Cân nhắc các yếu tố trên, các đường ống và van đường ống dẫn khí được lựa chọn trong dự án &7& như sau:
Các ống hệ thống nitơ có độ tinh khiết cao (PN2) được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với các bức tường bên trong được đánh bóng bằng điện và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các ống hệ thống nitơ (N2) được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với các bức tường bên trong được đánh bóng bằng điện và các van được làm bằng các van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các ống của hệ thống hydro có độ tinh khiết cao (PH2) được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với các bức tường bên trong được đánh bóng bằng điện và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các ống của hệ thống oxy (PO2) có độ tinh khiết cao được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với các bức tường bên trong được đánh bóng bằng điện và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Ống hệ thống Argon (Ar) được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với thành trong được đánh bóng điện và sử dụng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các ống hệ thống helium (He) được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với các bức tường bên trong được đánh bóng bằng điện và các van được làm bằng các van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các đường ống của hệ thống khí nén khô sạch (CDA) được làm bằng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) với thành bên trong được đánh bóng và các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các ống của hệ thống khí nén thở (BA) được làm bằng ống thép không gỉ OCr18Ni9 (304) với thành trong được đánh bóng và các van được làm bằng van bi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
Các đường ống của hệ thống chân không (PV) được làm bằng ống UPVC và các van được làm bằng van bướm chân không được làm từ cùng một vật liệu.
Các đường ống của hệ thống chân không làm sạch (HV) được làm bằng ống UPVC và các van được làm bằng van bướm chân không được làm từ cùng một vật liệu.
Các đường ống của hệ thống khí đặc biệt đều được làm bằng ống thép không gỉ carbon thấp 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) với thành trong được đánh bóng điện, các van được làm bằng van ống thổi bằng thép không gỉ cùng chất liệu.
3 Xây dựng và lắp đặt đường ống
3.1 Mục 8.3 của “Quy tắc thiết kế xây dựng nhà máy sạch” quy định các quy định sau về đấu nối đường ống:
(1) Các mối nối ống phải được hàn, nhưng các ống thép mạ kẽm nhúng nóng phải có ren. Vật liệu bịt kín các mối nối ren phải tuân theo các yêu cầu tại Điều 8.3.3 của quy định này
(2) Các ống thép không gỉ phải được nối bằng hàn hồ quang argon và hàn đối đầu hoặc hàn ổ cắm, nhưng các đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao phải được nối bằng hàn đối đầu không có dấu vết trên thành 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, nên sử dụng ống kim loại
(4) Việc kết nối giữa đường ống và van phải tuân theo các quy định sau
① Vật liệu bịt kín nối các đường ống và van khí có độ tinh khiết cao phải sử dụng miếng đệm kim loại hoặc ống sắt kép tùy theo yêu cầu của quy trình sản xuất và đặc tính của khí.
②Vật liệu bịt kín ở mối nối ren hoặc mặt bích phải là polytetrafluoroethylene.
3.2 Theo yêu cầu của thông số kỹ thuật và các biện pháp kỹ thuật liên quan, việc kết nối các đường ống dẫn khí có độ tinh khiết cao phải được hàn càng nhiều càng tốt. Nên tránh hàn trực tiếp trong quá trình hàn. Nên sử dụng ống bọc hoặc khớp nối đã hoàn thiện. Các ống bọc ống phải được làm bằng cùng chất liệu và bề mặt bên trong nhẵn như ống. Trong quá trình hàn, để ngăn chặn quá trình oxy hóa của bộ phận hàn, nên đưa khí bảo vệ nguyên chất vào ống hàn. Đối với ống thép không gỉ, nên sử dụng phương pháp hàn hồ quang argon và đưa khí argon có cùng độ tinh khiết vào ống. Kết nối ren hoặc kết nối ren phải được sử dụng. Khi kết nối mặt bích, nên sử dụng ống nối cho kết nối ren. Ngoại trừ ống oxy và ống hydro nên sử dụng miếng đệm kim loại, các đường ống khác nên sử dụng miếng đệm polytetrafluoroethylene. Bôi một lượng nhỏ cao su silicon vào các miếng đệm cũng sẽ có hiệu quả. Tăng cường hiệu quả niêm phong. Các biện pháp tương tự nên được thực hiện khi thực hiện kết nối mặt bích.
Trước khi bắt đầu công việc lắp đặt, phải 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. Các đường ống, phụ kiện, van, v.v. của đường ống oxy phải bị nghiêm cấm sử dụng dầu và phải được tẩy dầu mỡ nghiêm ngặt theo các yêu cầu liên quan trước khi lắp đặt.
Trước khi hệ thống được lắp đặt và đưa vào sử dụng, hệ thống đường ống truyền tải và phân phối phải được làm sạch 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 hệ thống đường ống, loại bỏ một phần khí chứa hơi ẩm được hấp thụ bởi thành ống và thậm chí cả vật liệu ống.
4. Kiểm tra và nghiệm thu áp suất đường ống
(1) Sau khi hệ thống được lắp đặt, phải tiến hành kiểm tra bằng tia X 100% các đường ống vận chuyển chất lỏng có độ độc hại cao trong đường ống dẫn khí đặc biệt và chất lượng không thấp hơn Cấp II. Các ống khác phải được kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ lấy mẫu, tỷ lệ kiểm tra lấy mẫu không nhỏ hơn 5 %, chất lượng không thấp hơn cấp III.
(2) Sau khi vượt qua cuộc kiểm tra không phá hủy, phải tiến hành kiểm tra áp suất. Để đảm bảo độ khô và sạch của hệ thống đường ống, không được thực hiện thử áp suất thủy lực mà nên sử dụng thử áp suất khí nén. Việc kiểm tra áp suất không khí phải được thực hiện bằng cách sử dụng nitơ hoặc khí nén phù hợp với mức độ sạch của phòng sạch. Áp suất thử nghiệm của đường ống phải bằng 1,15 lần áp suất thiết kế và áp suất thử nghiệm của đường ống chân không phải là 0,2MPa. Trong quá trình thử nghiệm, áp suất phải tăng dần và từ từ. Khi áp suất tăng đến 50% áp suất thử, nếu không phát hiện bất thường hoặc rò rỉ thì tiếp tục tăng áp suất từng bước thêm 10% áp suất thử và ổn định áp suất trong 3 phút ở mỗi mức cho đến khi áp suất thử . Ổn định áp suất trong 10 phút, sau đó giảm áp suất về mức áp suất thiết kế. Thời gian dừng áp suất phải được xác định theo nhu cầu phát hiện rò rỉ. Chất tạo bọt đạt tiêu chuẩn nếu không có rò rỉ.
(3) Sau khi hệ thống chân không vượt qua bài kiểm tra áp suất, hệ thống cũng phải tiến hành kiểm tra mức độ chân không trong 24 giờ theo tài liệu thiết kế và tốc độ điều áp không được lớn hơn 5%.
(4) Kiểm tra rò rỉ. Đối với hệ thống đường ống cấp ppb và ppt, theo các thông số kỹ thuật liên quan, không có rò rỉ nào được coi là đủ tiêu chuẩn, nhưng việc kiểm tra lượng rò rỉ được sử dụng trong quá trình thiết kế, nghĩa là việc 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. Độ rò rỉ trung bình mỗi giờ nhỏ hơn hoặc bằng 50ppm là đủ tiêu chuẩn. Việc tính toán rò rỉ như sau:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Trong công thức:
Rò rỉ trong một giờ (%)
P1-Áp suất tuyệt đối lúc bắt đầu phép thử (Pa)
P2-Áp suất tuyệt đối khi kết thúc phép thử (Pa)
T1 - nhiệt độ tuyệt đối lúc bắt đầu phép thử (K)
T2-nhiệt độ tuyệt đối khi kết thúc phép thử (K)
Thời gian đăng: 12-12-2023