909 プロジェクト超大規模集積回路工場は、線幅 0.18 ミクロン、直径 200 mm のチップを生産する、第 9 次 5 か年計画中の我が国のエレクトロニクス産業の主要建設プロジェクトです。
超大規模集積回路の製造技術には、マイクロマシニングなどの高精度技術が必要とされるだけでなく、ガス純度にも高い要求が求められます。
プロジェクト909へのバルクガス供給は、米国のPraxair Utility Gas Co., Ltd.と上海の関係者がガス生産プラントを共同で設立する合弁会社によって提供されている。ガス生産プラントは909プロジェクト工場に隣接している。建物の面積は約15,000平方メートルです。さまざまなガスの純度および出力要件
空気分離により高純度窒素（PN2）、窒素（N2）、高純度酸素（PO2）が生成されます。高純度水素（PH2）は電気分解により生成されます。アルゴン（Ar）とヘリウム（He）は外部から購入しています。疑似ガスは、プロジェクト 909 で使用するために精製および濾過されます。特殊なガスはボトルで供給され、ガスボトルのキャビネットは集積回路製造工場の補助作業場にあります。
その他のガスには、使用量が 4185m3/h、圧力露点が -70°C、使用時点でのガス中の粒子サイズが 0.01um 以下の清浄な乾燥圧縮空気 CDA システムも含まれます。呼吸圧縮空気(BA)方式、使用量90m3/h、圧力露点2℃、使用点ガス中の粒子径0.3um以下、プロセス真空(PV)方式、使用量582m3/h、使用時の真空度は-79993Pa。クリーニング真空 (HV) システム、使用量 1440m3/h、使用点真空度 -59995 Pa。エアコンプレッサー室と真空ポンプ室は両方とも 909 プロジェクト工場エリアにあります。
パイプ材質と付属品の選択
VLSI の製造で使用されるガスには、非常に高い清浄度要件が求められます。高純度ガスパイプライン通常、クリーンな生産環境で使用され、その清浄度管理は、使用スペースの清浄度レベルと一致するか、それ以上である必要があります。さらに、高純度ガスのパイプラインはクリーンな生産環境でよく使用されます。純水素 (PH2)、高純度酸素 (PO2)、および一部の特殊ガスは、可燃性、爆発性、助燃性、または有毒なガスです。ガスパイプラインシステムの設計や材料の選択が不適切な場合、ガスポイントで使用されるガスの純度が低下するだけでなく、故障の原因となります。これはプロセス要件を満たしていますが、使用するのは安全ではなく、クリーン ファクトリーに汚染を引き起こし、クリーン ファクトリーの安全性と清浄度に影響を与えます。
使用時点での高純度ガスの品質保証は、ガス生成、精製装置、フィルターの精度だけでなく、パイプライン システムの多くの要因にも大きく影響されます。ガス製造装置、精製装置、フィルターに依存している場合、不適切なガス配管システムの設計や材料の選択を補うために、無限に高い精度の要件を課すのはまったく間違っています。
909 プロジェクトの設計プロセスでは、「クリーン プラントの設計コード」GBJ73-84 (現在の標準は (GB50073-2001))、「圧縮空気ステーションの設計コード」GBJ29-90、「コード」に従いました。 「酸素ステーションの設計のためのコード」GB50030-91、「水素および酸素ステーションの設計のためのコード」 GB50177-93、およびパイプラインの材料と付属品の選択に関する関連技術的措置。 「クリーンプラント設計基準」では、パイプラインの材質とバルブの選択を次のように規定しています。
(1) ガス純度が 99.999% 以上、露点が -76℃未満の場合は、内壁電解研磨を施した 00Cr17Ni12Mo2Ti 低炭素ステンレス鋼管 (316L) または内壁電解研磨を施した OCr18Ni9 ステンレス鋼管 (304)電解研磨された内壁を使用する必要があります。バルブはダイヤフラムバルブまたはベローズバルブをご使用ください。
(2) ガス純度が 99.99% 以上で、露点が -60°C 未満の場合は、内壁を電解研磨した OCr18Ni9 ステンレス鋼管 (304) を使用してください。可燃性ガスパイプラインにはベローズバルブを使用する必要がありますが、その他のガスパイプラインにはボールバルブを使用する必要があります。
(3) 乾燥圧縮空気の露点が-70℃未満の場合は、内壁を研磨したOCr18Ni9ステンレス鋼管(304)を使用してください。露点が-40℃以下の場合はOCr18Ni9ステンレス鋼管（304）または溶融亜鉛メッキ継目無鋼管をご使用ください。バルブはベローズバルブまたはボールバルブをご使用ください。
(4) バルブ材質は接続配管材質と適合するものを使用してください。
仕様の要件と関連する技術的措置に従って、パイプライン材料を選択する際には主に次の側面を考慮します。
(1) 配管材質は通気度が小さいものを使用してください。パイプの材質が異なると通気性も異なります。通気性の高い配管を選択すると汚染を除去できません。ステンレス鋼管や銅管は、大気中の酸素の侵入や腐食を防ぐのに優れています。ただし、ステンレス鋼管は銅管よりも活性が低いため、大気中の水分が銅管の内面に浸透するのは銅管の方がより活発です。したがって、高純度ガスパイプラインの配管を選択する場合は、ステンレス鋼管を第一の選択肢として選択する必要があります。
(2) パイプ材質の内面に吸着があり、ガス分析への影響は少ない。ステンレス鋼管を加工すると、金属格子内に一定量のガスが滞留します。高純度ガスが通過すると、ガスのこの部分が空気流に入り、汚染の原因となります。同時に、パイプ内面の金属も吸着や分析により一定量の粉体を生成し、高純度ガスを汚染する原因となります。純度 99.999% または ppb レベルを超える配管システムの場合は、00Cr17Ni12Mo2Ti 低炭素ステンレス鋼パイプ (316L) を使用する必要があります。
(3) ステンレス鋼管は銅管に比べ耐摩耗性に優れ、気流侵食による金属粉の発生が比較的少ない。清浄度に対するより高い要求がある生産工場では、00Cr17Ni12Mo2Ti 低炭素ステンレス鋼パイプ (316L) または OCr18Ni9 ステンレス鋼パイプ (304) を使用できます。銅パイプは使用しないでください。
(4) ガス純度が 99.999% または ppb または ppt レベルを超える配管システム、または「クリーンファクトリー設計基準」で指定されている空気清浄度レベルが N1 ～ N6 のクリーン ルームでは、ウルトラクリーン配管またはEPウルトラクリーンパイプ使用する必要があります。 「内面超平滑クリーンチューブ」を洗浄します。
(5) 生産工程で使用される特殊ガスパイプラインシステムの中には、腐食性の高いガスを使用するものがあります。これらのパイプラインシステムの配管には、配管として耐食性の高いステンレス鋼管を使用する必要があります。そうしないと、配管が腐食により損傷します。表面に腐食斑点が発生する場合には、通常の継目無鋼管や亜鉛メッキ溶接鋼管は使用できません。
(6) 原則として、すべてのガスパイプラインの接続は溶接する必要があります。亜鉛メッキ鋼管を溶接すると亜鉛メッキ層が破壊されるため、クリーンルーム内の配管には亜鉛メッキ鋼管は使用されません。
上記の要因を考慮して、&7& プロジェクトで選択されたガスパイプラインのパイプとバルブは次のとおりです。
高純度窒素（PN2）系配管は内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブも同材質のステンレス鋼製ベローズバルブを使用しています。
窒素（N2）系配管には内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブには同材質のステンレス鋼ベローズバルブを使用しています。
高純度水素（PH2）システム配管には内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブには同材質のステンレス鋼ベローズバルブを使用しています。
高純度酸素（PO2）システムの配管には内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブには同材質のステンレス鋼製ベローズバルブを使用しています。
アルゴン（Ar）系配管は内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、同材質のステンレス鋼製ベローズバルブを使用しています。
ヘリウム（He）系配管は内壁電解研磨を施した00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブも同材質のステンレス鋼ベローズバルブを使用しています。
クリーンドライ圧縮空気（CDA）システムの配管は内壁を研磨したOCr18Ni9ステンレス鋼管（304）を使用しており、バルブも同材質のステンレス鋼ベローズバルブを使用しています。
呼吸圧縮空気（BA）システムのパイプは内壁を研磨したOCr18Ni9ステンレス鋼パイプ（304）で作られており、バルブは同材質のステンレス鋼ボールバルブで作られています。
プロセス真空 (PV) システムのパイプは UPVC パイプで作られ、バルブは同じ材料で作られた真空バタフライ バルブで作られています。
クリーニングバキューム（HV）システムの配管にはUPVCパイプを使用し、バルブには同材質の真空バタフライバルブを使用しています。
特殊ガス系の配管は全て00Cr17Ni12Mo2Tiの内壁電解研磨を施した低炭素ステンレス鋼管（316L）を使用し、バルブも同材質のステンレス鋼製ベローズバルブを使用しています。
3 パイプラインの建設と設置
3.1 「クリーンファクトリービルディング設計基準」のセクション 8.3 では、パイプライン接続について次の規定が規定されています。
(1) 配管接続は溶接する必要がありますが、溶融亜鉛めっき鋼管にはねじを付ける必要があります。ねじ接続のシール材は、本仕様書の第 8.3.3 条の要件に準拠する必要があります。
(2) ステンレス鋼管の接続はアルゴンアーク溶接及び突合せ溶接又はソケット溶接により行うが、高純度ガス導管の場合は内壁に痕跡のない突合せ溶接により接続すること。
(3) パイプラインと機器間の接続は、機器の接続要件に準拠する必要があります。ホース接続を使用する場合は、金属ホースを使用する必要があります。
(4) 配管とバルブとの接続は、次の規定に従ってください。
① 高純度ガスのパイプラインとバルブを接続するシール材は、製造工程やガスの特性の要求に応じてメタルガスケットまたはダブルフェルールを使用する必要があります。
②ねじ接続部またはフランジ接続部のシール材は四フッ化エチレンを使用してください。
3.2 仕様の要件および関連する技術的措置に従って、高純度ガスパイプラインの接続は可能な限り溶接する必要があります。溶接中は直接突合せ溶接を避けてください。パイプスリーブまたは完成品ジョイントを使用してください。パイプスリーブはパイプと同じ材質で内面の平滑度が同じである必要があります。溶接中、溶接部分の酸化を防ぐために、純粋な保護ガスを溶接パイプに導入する必要があります。ステンレス鋼管の場合は、アルゴンアーク溶接を使用し、同純度のアルゴンガスを管内に導入する必要があります。ねじ接続またはねじ接続を使用する必要があります。フランジを接続する場合、ネジ接続にはフェルールを使用する必要があります。金属ガスケットを使用する酸素配管と水素配管を除き、その他の配管にはポリテトラフルオロエチレンガスケットを使用する必要があります。ガスケットにシリコンゴムを少量塗布するのも効果的です。密閉効果を高めます。フランジ接続を行う場合も同様の措置を講じる必要があります。
設置作業を開始する前に、パイプの詳細な目視検査、継手、バルブなどを実行する必要があります。通常のステンレス鋼管の内壁は、施工前に酸洗する必要があります。酸素パイプラインのパイプ、継手、バルブなどには油を厳禁し、設置前に関連要件に従って厳密に脱脂する必要があります。
システムを設置して使用する前に、送配水パイプライン システムを供給された高純度ガスで完全にパージする必要があります。これは、設置プロセス中に誤ってシステムに落ちた粉塵粒子を吹き飛ばすだけでなく、パイプラインシステム内で乾燥の役割も果たし、パイプ壁やパイプ材料に吸収された水分を含むガスの一部を除去します。
4. パイプラインの圧力テストと合格
(1) 特殊ガスパイプラインにおける毒性の高い流体を輸送する配管については、システム設置後全数放射線検査を実施し、その品質がレベルⅡ以上であること。その他の配管については抜き取り放射線検査を実施し、抜き取り検査率は5%以上、品質はⅢ級以上でなければならない。
(2) 非破壊検査合格後、耐圧試験を実施すること。配管システムの乾燥と清浄度を確保するには、油圧テストを実行する必要はなく、空気圧テストを使用する必要があります。空気圧試験は、クリーンルームの清浄度に応じた窒素または圧縮空気を使用して実施してください。パイプラインのテスト圧力は設計圧力の 1.15 倍、真空パイプラインのテスト圧力は 0.2MPa である必要があります。テスト中、圧力は徐々にゆっくりと増加する必要があります。圧力が試験圧力の50％まで上昇し、異常や漏れがなければ、試験圧力の10％ずつ段階的に圧力を上げ続け、試験圧力に達するまで各レベル3分間圧力を安定させます。 。 10 分間圧力を安定させた後、設計圧力まで減圧します。圧力停止時間は漏れ検知の必要性に応じて決定してください。漏れがなければ発泡剤は合格です。
(3) 真空システムは圧力試験に合格した後、設計書に従って 24 時間の真空度試験も実施し、加圧率は 5% を超えてはなりません。
(4) 漏れテスト。 ppb および ppt グレードのパイプライン システムの場合、関連仕様書によれば、漏れがなければ合格とみなされますが、漏れ量試験は設計時に使用されます。つまり、漏れ量試験は気密試験の後に実行されます。圧力は使用圧力であり、圧力は 24 時間停止されます。 1 時間当たりの平均漏れ量は認定として 50ppm 以下です。漏れの計算は次のようになります。
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
式では次のようになります。
1時間あたりの漏れ量(%)
P1-試験開始時の絶対圧力(Pa)
P2 - テスト終了時の絶対圧力 (Pa)
T1 - 試験開始時の絶対温度 (K)
T2 - 試験終了時の絶対温度 (K)
投稿日時: 2023 年 12 月 12 日