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200mmのチップを生産するための、我が国の第9次5カ年計画期間中の電子産業の主要な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求められるだけでなく、ガスの純度にも高い要件が求められます。
プロジェクト909へのバルクガス供給は、米国のプラクスエア・ユーティリティ・ガス社と上海の関係者が共同でガス生産プラントを設立する合弁会社によって行われます。ガス生産プラントは909プロジェクトの工場棟に隣接しており、約15,000平方メートルの面積をカバーしています。各種ガスの純度と出力要件は、
高純度窒素（PN₂）、窒素（N₂）、高純度酸素（PO₂）は空気分離により製造されます。高純度水素（PH₂）は電気分解により製造されます。アルゴン（Ar）とヘリウム（He）は外部委託により購入されます。この準ガスは精製・ろ過され、プロジェクト909で使用されます。特殊ガスはボトルで供給され、ガスボトルキャビネットは集積回路製造工場の補助作業場に設置されています。
その他のガスには、クリーンドライ圧縮空気CDAシステムがあり、使用量は4185m3/h、圧力下露点は-70℃、使用時点のガスの粒子サイズは0.01um以下です。呼吸用圧縮空気（BA）システムは、使用量90m3/h、圧力下露点は2℃、使用時点のガスの粒子サイズは0.3um以下、プロセス真空（PV）システムは、使用量582m3/h、使用時点の真空度は-79993Paです。洗浄真空（HV）システムは、使用量1440m3/h、使用時点の真空度は-59995Paです。空気圧縮機室と真空ポンプ室は、いずれも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 製造に使用されるガスには、極めて高い清浄度が求められます。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空間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。また、クリーンな生産環境では、高純度ガスパイプラインがよく使用されます。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、支燃性、または毒性のガスです。ガスパイプラインシステムの設計が不適切であったり、材料が不適切であったりすると、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、故障することもあります。プロセス要件を満たしていますが、安全に使用できず、クリーン工場を汚染し、クリーン工場の安全性と清浄度に影響を与えます。
使用時点における高純度ガスの品質保証は、ガス製造設備、精製設備、フィルターの精度だけでなく、配管システムにおける多くの要因によっても大きく左右されます。ガス製造設備、精製設備、フィルターに頼りすぎて、不適切なガス配管システムの設計や材料選択を補うために、限りなく高い精度を要求するのは、単純に誤りです。
909プロジェクトの設計プロセスでは、「クリーンプラント設計規格」GBJ73-84（現在の規格は（GB50073-2001））、「圧縮空気ステーション設計規格」GBJ29-90、「酸素ステーション設計規格」GB50030-91、「水素・酸素ステーション設計規格」GB50177-93、および関連する技術基準に従って、配管材料と付属品を選択しました。「クリーンプラント設計規格」では、配管材料とバルブの選択について次のように規定されています。
（1）ガス純度が99.999％以上かつ露点が-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）を使用する。バルブはダイヤフラムバルブまたはベローズバルブとする。
（2）ガス純度が99.99%以上かつ露点が-60℃未満の場合は、内壁電解研磨を施したOCr18Ni9ステンレス鋼管（304）を使用してください。可燃性ガス配管に使用するベローズ弁を除き、その他のガス配管にはボール弁を使用してください。
（3）乾燥圧縮空気の露点が-70℃未満の場合は、OCr18Ni9ステンレス鋼管（304）内壁研磨管を使用してください。露点が-40℃未満の場合は、OCr18Ni9ステンレス鋼管（304）または溶融亜鉛メッキシームレス鋼管を使用してください。バルブはベローズバルブまたはボールバルブを使用してください。
（４）バルブの材質は接続パイプの材質と適合性がなければならない。
仕様と関連する技術的対策の要件に応じて、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）配管材料の通気性は小さいことが望ましい。材質によって通気性は異なるため、通気性の高い配管を選択すると汚染物質を除去できません。ステンレス鋼管と銅管は、大気中の酸素の浸透や腐食を防ぐのに優れています。しかし、ステンレス鋼管は銅管よりも活性が低いため、銅管は大気中の水分が内面に浸透しやすい傾向があります。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に選択する必要があります。
（2）配管材料の内面は吸着され、ガス分析にわずかな影響を与えます。ステンレス鋼管は加工後、一定量のガスが金属格子に保持されます。高純度ガスが通過する際、このガスの一部が気流に入り、汚染を引き起こします。同時に、吸着・分析により、配管内面の金属も一定量の粉末を生成し、高純度ガスを汚染します。純度が99.999％以上またはppbレベルを超える配管システムには、00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（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て耐摩耗性に優れ、気流侵食による金属粉の発生も比較的少ない。清浄度に対する要求が高い生産工場では、00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）またはOCr18Ni9ステンレス鋼管（304）を使用することができ、銅管は使用してはならない。
（4）ガス純度が99.999％以上、またはppbレベルもしくはpptレベルの配管システム、または「クリーンファクトリー設計コード」で規定された空気清浄度レベルN1～N6のクリーンルームでは、超クリーンパイプまたはEPウルトラクリーンパイプ使用してください。「内面が非常に滑らかなクリーンチューブ」を使用してください。
（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、腐食性の高いガスが含まれるものがあります。これらのパイプラインシステムの配管には、耐腐食性ステンレス鋼管を使用する必要があります。そうでないと、腐食により損傷する可能性があります。表面に腐食斑点が発生した場合は、通常のシームレス鋼管や亜鉛メッキ溶接鋼管は使用しないでください。
（6）ガス管の接続は原則として溶接で行うべきである。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ない。
上記の要素を考慮すると、&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）系の配管は、内壁が電解研磨された00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブも同じ材質のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
窒素（N2）系の配管は、内壁が電解研磨された00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブも同じ材質のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
高純度水素（PH2）システムの配管は、内壁が電解研磨された00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブは同じ材料のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
高純度酸素（PO2）システムの配管は、内壁が電解研磨された00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブは同じ材料のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
アルゴン（Ar）系の配管は、内壁を電解研磨した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）系の配管は、内壁が電解研磨された00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブは同じ材質のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
クリーンドライ圧縮空気（CDA）システムの配管は、内壁が研磨されたOCr18Ni9ステンレス鋼管（304）で作られており、バルブは同じ材料のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
呼吸用圧縮空気（BA）システムのパイプは、内壁が研磨されたOCr18Ni9ステンレス鋼パイプ（304）で作られており、バルブは同じ材料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 パイプで作られており、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。
洗浄真空（HV）システムのパイプはUPVCパイプで作られており、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。
特殊ガスシステムの配管はすべて電解研磨された内壁を持つ00Cr17Ni12Mo2Ti低炭素ステンレス鋼管（316L）で作られており、バルブは同じ材料のステンレス鋼ベローズバルブで作られています。
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建築設計コード」第8.3項では、パイプラインの接続について以下の規定が定められています。
（１）管の接続は溶接で行うが、溶融亜鉛めっき鋼管はねじ込み接続とする。ねじ込み接続部のシール材は、本規格の第8.3.3条の規定に適合しなければならない。
（２）ステンレス鋼管の接続は、アルゴンアーク溶接と突合せ溶接またはソケット溶接で行うが、高純度ガス管路は、内壁に跡が残らない突合せ溶接で行う。
（３）配管と機器との接続は、機器の接続要件に適合する必要があります。ホース接続を使用する場合は、金属製のホースを使用する必要があります。
（4）配管とバルブの接続は、以下の規制に従う必要がある。
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、生産プロセスとガスの特性の要件に応じて、金属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ポリテトラフルオロエチレンを使用してください。
3.2 仕様書および関連する技術的措置の要求に従い、高純度ガスパイプラインの接続は可能な限り溶接で行う必要があります。溶接中は直接突合せ溶接を避け、管スリーブまたは仕上げ継手を使用する必要があります。管スリーブは、管と同じ材質および内面平滑性で作られている必要があります。溶接中は、溶接部の酸化を防止するため、溶接管内に純粋な保護ガスを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、同じ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は、ねじ接続にフェルールを使用する必要があります。酸素管と水素管は金属ガスケットを使用する必要がありますが、その他の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。ガスケットに少量のシリコーンゴムを塗布することも効果的です。シール効果を高めます。フランジ接続を行う場合も同様の対策を講じる必要があります。
設置作業が始まる前に、パイプの詳細な目視検査、継手、バルブ等の点検は必ず実施してください。一般的なステンレス鋼管の内壁は、設置前に酸洗する必要があります。酸素パイプラインの管、継手、バルブ等は油との接触を厳禁し、設置前に関連規定に従って厳格に脱脂する必要があります。
システムの設置および使用開始前に、送配水管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内に入り込んだ粉塵粒子を吹き飛ばすだけでなく、配管システム内の乾燥作用も果たし、管壁や配管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承認
（1）システム設置後、特殊ガスパイプラインにおける高毒性流体輸送管の全数放射線検査を実施し、その品質はII級以上でなければならない。その他の管については、抜き取り検査を実施し、抜き取り検査率は5％以上で、品質はIII級以上でなければならない。
（2）非破壊検査に合格した後、圧力テストを実施する必要があります。配管システムの乾燥度と清浄度を確保するために、水圧テストは実施せず、空気圧テストを使用する必要があります。空気圧テストは、クリーンルームの清浄度レベルに適合する窒素または圧縮空気を使用して実施する必要があります。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。テスト中は、圧力を徐々にゆっくりと上げていきます。圧力がテスト圧力の50％まで上昇したときに異常や漏れが見つからない場合は、テスト圧力の10％ずつ段階的に圧力を上げ続け、テスト圧力まで各レベルで3分間圧力を安定させます。10分間圧力を安定させた後、設計圧力まで圧力を下げます。圧力停止時間は、漏れ検出のニーズに応じて決定する必要があります。漏れがない場合、発泡剤は合格です。
（３）真空システムが圧力試験に合格した後、設計文書に従って24時間の真空度試験を実施し、加圧率は5％を超えてはならない。
（4）漏洩試験。ppb級およびppt級の配管システムについては、関連規格に基づき、漏洩がない場合を合格とみなすが、設計段階では漏洩量試験を実施する必要がある。つまり、気密試験後に漏洩量試験を実施する。圧力は作動圧力とし、24時間圧力を停止する。1時間あたり平均漏洩量が50ppm以下であれば合格とする。漏洩量の計算は以下のとおりである。
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
式では：
1時間あたりの漏れ（％）
P1 - 試験開始時の絶対圧力（Pa）
P2 - 試験終了時の絶対圧力（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