L'usine de circuits intégrés à très grande échelle du projet 909 est un projet de construction majeur de l'industrie électronique de mon pays au cours du neuvième plan quinquennal visant à produire des puces d'une largeur de ligne de 0,18 micron et d'un diamètre de 200 mm.
La technologie de fabrication de circuits intégrés à très grande échelle implique non seulement des technologies de haute précision telles que le micro-usinage, mais impose également des exigences élevées en matière de pureté du gaz.
L'approvisionnement en gaz en vrac du projet 909 est assuré par une coentreprise entre Praxair Utility Gas Co., Ltd. (États-Unis) et les parties concernées à Shanghai, visant à établir conjointement une usine de production de gaz. Cette usine est adjacente au bâtiment de l'usine du projet 909 et couvre une superficie d'environ 15 000 m². Les exigences de pureté et de rendement des différents gaz sont prises en compte.
L'azote de haute pureté (PN2), l'azote (N2) et l'oxygène de haute pureté (PO2) sont produits par séparation de l'air. L'hydrogène de haute pureté (PH2) est produit par électrolyse. L'argon (Ar) et l'hélium (He) sont achetés en sous-traitance. Le quasi-gaz est purifié et filtré pour être utilisé dans le projet 909. Le gaz spécial est fourni en bouteilles, et l'armoire à bouteilles est située dans l'atelier auxiliaire de l'usine de production de circuits intégrés.
Français D'autres gaz comprennent également le système CDA d'air comprimé propre et sec, avec un volume d'utilisation de 4185 m3/h, un point de rosée sous pression de -70 °C et une taille de particules ne dépassant pas 0,01 um dans le gaz au point d'utilisation. Système d'air comprimé respirable (BA), volume d'utilisation de 90 m3/h, point de rosée sous pression de 2 ℃, taille de particules dans le gaz au point d'utilisation ne dépassant pas 0,3 um, système de vide de procédé (PV), volume d'utilisation de 582 m3/h, degré de vide au point d'utilisation de -79993 Pa. Système de vide de nettoyage (HV), volume d'utilisation de 1440 m3/h, degré de vide au point d'utilisation de -59995 Pa. La salle des compresseurs d'air et la salle des pompes à vide sont toutes deux situées dans la zone de l'usine du projet 909.
Sélection de matériaux de tuyauterie et d'accessoires
Le gaz utilisé dans la production VLSI a des exigences de propreté extrêmement élevées.Gazoducs de haute puretéLes gazoducs sont généralement utilisés dans des environnements de production propres, et leur niveau de propreté doit être conforme, voire supérieur, à celui de l'espace utilisé ! De plus, des gazoducs de haute pureté sont souvent utilisés dans ces environnements. L'hydrogène pur (PH2), l'oxygène de haute pureté (PO2) et certains gaz spéciaux sont inflammables, explosifs, comburants ou toxiques. Une conception ou un choix de matériaux inapproprié du système de gazoducs peut entraîner une diminution de la pureté du gaz utilisé, voire une défaillance. Bien qu'il réponde aux exigences du procédé, son utilisation est dangereuse et pollue l'usine propre, compromettant ainsi la sécurité et la propreté de celle-ci.
La garantie de la qualité du gaz de haute pureté au point d'utilisation dépend non seulement de la précision des équipements de production, de purification et de filtrage, mais aussi, dans une large mesure, de nombreux facteurs du réseau de canalisations. Si l'on se fie aux équipements de production, de purification et de filtrage, il est tout simplement erroné d'imposer des exigences de précision infiniment plus élevées pour compenser une conception ou un choix de matériaux inappropriés du réseau de canalisations.
Lors de la conception du projet 909, nous avons suivi le « Code de conception des installations de traitement des eaux usées » GBJ73-84 (la norme actuelle est la GB50073-2001), le « Code de conception des stations d'air comprimé » GBJ29-90, le « Code de conception des stations d'oxygène » GB50030-91 et le « Code de conception des stations d'hydrogène et d'oxygène » GB50177-93, ainsi que les mesures techniques pertinentes pour le choix des matériaux et des accessoires des canalisations. Le « Code de conception des installations de traitement des eaux usées » stipule le choix des matériaux et des vannes comme suit :
(1) Si la pureté du gaz est supérieure ou égale à 99,999 % et que le point de rosée est inférieur à -76 °C, il convient d'utiliser un tube en acier inoxydable bas carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) à paroi intérieure électropolie ou un tube en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) à paroi intérieure électropolie. La vanne doit être à membrane ou à soufflet.
(2) Si la pureté du gaz est supérieure ou égale à 99,99 % et que le point de rosée est inférieur à -60 °C, un tube en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) à paroi intérieure électropolie doit être utilisé. À l'exception des vannes à soufflet destinées aux gazoducs combustibles, des vannes à boisseau sphérique doivent être utilisées pour les autres gazoducs.
(3) Si le point de rosée de l'air comprimé sec est inférieur à -70 °C, il convient d'utiliser un tube en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) à paroi intérieure polie. Si le point de rosée est inférieur à -40 °C, il convient d'utiliser un tube en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) ou un tube en acier sans soudure galvanisé à chaud. La vanne doit être à soufflet ou à boisseau sphérique.
(4) Le matériau de la vanne doit être compatible avec le matériau du tuyau de raccordement.
Conformément aux exigences des spécifications et aux mesures techniques pertinentes, nous prenons principalement en compte les aspects suivants lors de la sélection des matériaux de canalisation :
(1) La perméabilité à l'air des matériaux des tuyaux doit être faible. La perméabilité à l'air varie selon les matériaux. Si des tuyaux plus perméables à l'air sont choisis, la pollution ne pourra pas être éliminée. Les tuyaux en acier inoxydable et en cuivre sont plus efficaces pour empêcher la pénétration et la corrosion de l'oxygène atmosphérique. Cependant, les tuyaux en acier inoxydable étant moins actifs que les tuyaux en cuivre, ces derniers sont plus sensibles à la pénétration de l'humidité atmosphérique. Par conséquent, lors du choix de tuyaux pour des gazoducs de haute pureté, les tuyaux en acier inoxydable doivent être privilégiés.
(2) La surface intérieure du tube est adsorbée et a peu d'effet sur l'analyse du gaz. Après le traitement du tube en acier inoxydable, une certaine quantité de gaz est retenue dans son réseau métallique. Lors du passage du gaz de haute pureté, cette partie pénètre dans le flux d'air et pollue. Parallèlement, du fait de l'adsorption et de l'analyse, le métal à la surface intérieure du tube produit également une certaine quantité de poudre, polluant le gaz de haute pureté. Pour les systèmes de tuyauterie dont la pureté est supérieure à 99,999 % ou ppb, il est recommandé d'utiliser un tube en acier inoxydable bas carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) La résistance à l'usure des tubes en acier inoxydable est supérieure à celle des tubes en cuivre, et la poussière métallique générée par l'érosion par l'air est relativement faible. Les ateliers de production exigeant une propreté plus élevée peuvent utiliser des tubes en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) ou OCr18Ni9 (304). Les tubes en cuivre ne doivent pas être utilisés.
(4) Pour les systèmes de tuyauterie dont la pureté du gaz est supérieure à 99,999 % ou aux niveaux ppb ou ppt, ou dans les salles blanches dont les niveaux de propreté de l'air sont de N1 à N6 spécifiés dans le « Clean Factory Design Code », des tuyaux ultra-propres ouTuyaux ultra-propres EPdoit être utilisé. Nettoyer « tube propre avec surface intérieure ultra-lisse ».
(5) Certains systèmes de gazoducs spéciaux utilisés dans le processus de production contiennent des gaz hautement corrosifs. Les conduites de ces systèmes doivent être en acier inoxydable résistant à la corrosion. Dans le cas contraire, elles risquent d'être endommagées par la corrosion. En cas de taches de corrosion en surface, il est déconseillé d'utiliser des tubes en acier sans soudure ordinaires ou des tubes en acier galvanisé soudé.
(6) En principe, tous les raccordements de gazoducs doivent être soudés. Le soudage des tubes en acier galvanisé détruisant la couche galvanisée, ces tubes ne sont pas utilisés pour les salles blanches.
Compte tenu des facteurs ci-dessus, les conduites et vannes du gazoduc sélectionnées dans le projet &7& sont les suivantes :
Les tuyaux du système d'azote de haute pureté (PN2) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de vannes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système d'azote (N2) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système d'hydrogène de haute pureté (PH2) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système d'oxygène de haute pureté (PO2) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système Argon (Ar) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies et des soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau sont utilisées.
Les tuyaux du système d'hélium (He) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système d'air comprimé propre et sec (CDA) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) avec des parois intérieures polies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système d'air comprimé respirable (BA) sont constitués de tuyaux en acier inoxydable OCr18Ni9 (304) avec des parois intérieures polies, et les vannes sont constituées de vannes à boisseau sphérique en acier inoxydable du même matériau.
Les tuyaux du système de vide de processus (PV) sont constitués de tuyaux en UPVC et les vannes sont constituées de vannes papillon à vide fabriquées dans le même matériau.
Les tuyaux du système de nettoyage sous vide (HV) sont constitués de tuyaux en UPVC et les vannes sont constituées de vannes papillon à vide fabriquées dans le même matériau.
Les tuyaux du système de gaz spécial sont tous constitués de tubes en acier inoxydable à faible teneur en carbone 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) avec des parois intérieures électropolies, et les vannes sont constituées de soupapes à soufflet en acier inoxydable du même matériau.
3 Construction et installation de canalisations
3.1 L'article 8.3 du « Clean Factory Building Design Code » stipule les dispositions suivantes pour les raccordements de canalisations :
(1) Les raccords de tuyaux doivent être soudés, mais les tuyaux en acier galvanisé à chaud doivent être filetés. Le matériau d'étanchéité des raccords filetés doit être conforme aux exigences de l'article 8.3.3 de la présente spécification.
(2) Les tuyaux en acier inoxydable doivent être connectés par soudage à l'arc sous argon et soudage bout à bout ou soudage par emboîtement, mais les conduites de gaz de haute pureté doivent être connectées par soudage bout à bout sans marques sur la paroi intérieure.
(3) La connexion entre les canalisations et l'équipement doit être conforme aux exigences de connexion de l'équipement. Lors de l'utilisation de raccords de tuyaux, des tuyaux métalliques doivent être utilisés.
(4) Le raccordement entre les canalisations et les vannes doit être conforme aux réglementations suivantes
1. Le matériau d'étanchéité reliant les conduites de gaz de haute pureté et les vannes doit utiliser des joints métalliques ou des doubles embouts en fonction des exigences du processus de production et des caractéristiques du gaz.
②Le matériau d'étanchéité au niveau du raccord fileté ou à bride doit être du polytétrafluoroéthylène.
3.2 Conformément aux spécifications et aux mesures techniques applicables, le raccordement des conduites de gaz de haute pureté doit être autant que possible soudé. Le soudage bout à bout direct est à éviter. Des manchons ou des joints finis doivent être utilisés. Ces manchons doivent être fabriqués dans le même matériau et avoir la même surface intérieure lisse que les conduites. Lors du soudage, afin d'éviter l'oxydation de la pièce à souder, un gaz protecteur pur doit être introduit dans le tube soudé. Pour les conduites en acier inoxydable, le soudage à l'arc sous argon doit être utilisé, et de l'argon de même pureté doit être introduit dans le tube. Un raccord fileté ou un raccord fileté doit être utilisé. Pour le raccordement des brides, des embouts doivent être utilisés pour les raccords filetés. À l'exception des conduites d'oxygène et d'hydrogène, qui doivent utiliser des joints métalliques, les autres conduites doivent utiliser des joints en polytétrafluoroéthylène. L'application d'une petite quantité de caoutchouc de silicone sur les joints sera également efficace. L'étanchéité sera renforcée. Des mesures similaires doivent être prises pour le raccordement des brides.
Avant le début des travaux d'installation, une inspection visuelle détaillée des tuyaux,accessoires, vannes, etc. doivent être effectuées. La paroi intérieure des tuyaux en acier inoxydable ordinaires doit être décapée avant l'installation. Les tuyaux, raccords, vannes, etc. des canalisations d'oxygène doivent être strictement exempts d'huile et doivent être rigoureusement dégraissés conformément aux exigences en vigueur avant l'installation.
Avant l'installation et la mise en service du système, le réseau de canalisations de transport et de distribution doit être entièrement purgé avec le gaz haute pureté fourni. Cela permet non seulement d'éliminer les particules de poussière tombées accidentellement dans le système lors de l'installation, mais aussi de sécher le réseau en éliminant une partie du gaz humide absorbé par la paroi et même par le matériau du tuyau.
4. Essai de pression et réception du pipeline
(1) Après l'installation du système, les conduites transportant des fluides hautement toxiques dans les gazoducs spéciaux doivent être soumises à un contrôle radiographique complet, leur qualité devant être au moins de niveau II. Les autres conduites doivent être soumises à un contrôle radiographique par échantillonnage, le taux de contrôle par échantillonnage devant être au moins de 5 % et leur qualité devant être au moins de niveau III.
(2) Après avoir réussi l'inspection non destructive, un essai de pression doit être effectué. Afin de garantir la sécheresse et la propreté du système de tuyauterie, il est conseillé d'utiliser un essai de pression pneumatique plutôt qu'un essai hydraulique. L'essai de pression d'air doit être réalisé avec de l'azote ou de l'air comprimé adapté au niveau de propreté de la salle blanche. La pression d'essai de la canalisation doit être égale à 1,15 fois la pression de conception, et celle de la canalisation de vide à 0,2 MPa. Pendant l'essai, la pression doit être augmentée progressivement. Lorsque la pression atteint 50 % de la pression d'essai, et si aucune anomalie ni fuite n'est détectée, continuer à augmenter la pression progressivement de 10 % de la pression d'essai, puis la stabiliser pendant 3 minutes à chaque niveau jusqu'à la pression d'essai. Stabiliser la pression pendant 10 minutes, puis la réduire à la pression de conception. Le temps d'arrêt de la pression doit être déterminé en fonction des besoins de détection des fuites. L'agent moussant est qualifié en l'absence de fuite.
(3) Une fois que le système de vide a réussi le test de pression, il doit également effectuer un test de degré de vide de 24 heures conformément aux documents de conception, et le taux de pressurisation ne doit pas être supérieur à 5 %.
(4) Essai d'étanchéité. Pour les systèmes de canalisations de qualité ppb et ppt, conformément aux spécifications applicables, aucune fuite ne doit être considérée comme qualifiée, mais l'essai de quantité de fuite est utilisé lors de la conception, c'est-à-dire après l'essai d'étanchéité à l'air. La pression est la pression de service, et la pression est maintenue pendant 24 heures. La fuite horaire moyenne est inférieure ou égale à 50 ppm, comme qualifié. Le calcul de la fuite est le suivant :
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Dans la formule :
Fuite par heure (%)
P1-Pression absolue au début du test (Pa)
P2-Pression absolue à la fin de l'essai (Pa)
T1 - température absolue au début du test (K)
T2 - température absolue à la fin du test (K)
Date de publication : 12 décembre 2023