Բարձր մաքրության գազատարների կիրառումը էլեկտրոնային ինժեներական համակարգերում

909 նախագծի շատ մեծածավալ ինտեգրալ սխեմաների գործարանը իմ երկրի էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության խոշոր շինարարական նախագիծ է Իններորդ հնգամյա պլանի ընթացքում՝ 0.18 միկրոն գծի լայնությամբ և 200 մմ տրամագծով չիպեր արտադրելու համար։

Շատ մեծածավալ ինտեգրալ սխեմաների արտադրության տեխնոլոգիան ոչ միայն ներառում է բարձր ճշգրտության տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են միկրոմեքենաշինությունը, այլև բարձր պահանջներ է դնում գազի մաքրության նկատմամբ։
909 նախագծի համար գազի մեծածախ մատակարարումն ապահովվում է ԱՄՆ-ի Praxair Utility Gas Co., Ltd. ընկերության և Շանհայի համապատասխան կողմերի համատեղ ձեռնարկության կողմից՝ գազի արտադրության գործարան համատեղ հիմնելու համար: Գազի արտադրության գործարանը գտնվում է 909 նախագծի գործարանի շենքի հարևանությամբ և զբաղեցնում է մոտավորապես 15,000 քառակուսի մետր տարածք: Տարբեր գազերի մաքրության և ելքի պահանջները

Բարձր մաքրության ազոտը (PN2), ազոտը (N2) և բարձր մաքրության թթվածինը (PO2) ստացվում են օդի բաժանման միջոցով: Բարձր մաքրության ջրածինը (PH2) ստացվում է էլեկտրոլիզի միջոցով: Արգոնը (Ar) և հելիումը (He) ձեռք են բերվում արտաքին աղբյուրներից: Կվազիգազը մաքրվում և զտվում է 909 նախագծում օգտագործելու համար: Հատուկ գազը մատակարարվում է բալոններով, իսկ գազի բալոնների պահարանը գտնվում է ինտեգրալ սխեմաների արտադրության գործարանի օժանդակ արհեստանոցում:
Այլ գազերի շարքին են դասվում նաև մաքուր չոր սեղմված օդի CDA համակարգը՝ 4185 մ3/ժ օգտագործման ծավալով, -70°C ճնշման տակ ցողի կետով և օգտագործման կետում գազում մասնիկների ոչ ավելի, քան 0.01 մկմ չափսերով։ Շնչող սեղմված օդի (BA) համակարգ՝ 90 մ3/ժ օգտագործման ծավալով, ճնշման տակ ցողի կետ 2℃, օգտագործման կետում գազում մասնիկների չափը ոչ ավելի, քան 0.3 մկմ, գործընթացային վակուումային (PV) համակարգ՝ 582 մ3/ժ օգտագործման ծավալով, -79993 Պա վակուումի աստիճանով։ Մաքրող վակուումային (HV) համակարգ՝ 1440 մ3/ժ օգտագործման ծավալով, -59995 Պա վակուումի աստիճանով։ Օդային կոմպրեսորային սենյակը և վակուումային պոմպի սենյակը գտնվում են 909 նախագծի գործարանի տարածքում։

Խողովակների նյութերի և պարագաների ընտրություն
VLSI արտադրության մեջ օգտագործվող գազը ունի չափազանց բարձր մաքրության պահանջներ։Բարձր մաքրության գազատարներՍովորաբար օգտագործվում են մաքուր արտադրական միջավայրերում, և դրանց մաքրության վերահսկողությունը պետք է համապատասխանի կամ ավելի բարձր լինի օգտագործվող տարածքի մաքրության մակարդակից։ Բացի այդ, մաքուր արտադրական միջավայրերում հաճախ օգտագործվում են բարձր մաքրության գազատարներ։ Մաքուր ջրածինը (PH2), բարձր մաքրության թթվածինը (PO2) և որոշ հատուկ գազեր դյուրավառ, պայթուցիկ, այրմանը նպաստող կամ թունավոր գազեր են։ Եթե գազատարի համակարգը սխալ է նախագծված կամ նյութերը սխալ են ընտրված, գազի կետում օգտագործվող գազի մաքրությունը ոչ միայն կնվազի, այլև կխափանվի։ Այն համապատասխանում է գործընթացի պահանջներին, բայց անվտանգ չէ օգտագործման համար և աղտոտում է մաքուր գործարանը՝ ազդելով մաքուր գործարանի անվտանգության և մաքրության վրա։
Բարձր մաքրության գազի որակի երաշխիքը օգտագործման կետում կախված է ոչ միայն գազի արտադրության, մաքրման սարքավորումների և ֆիլտրերի ճշգրտությունից, այլև մեծապես ազդվում է խողովակաշարային համակարգի բազմաթիվ գործոններից: Եթե մենք հույսներս դնենք գազի արտադրության սարքավորումների, մաքրման սարքավորումների և ֆիլտրերի վրա, պարզապես սխալ է անսահմանորեն բարձր ճշգրտության պահանջներ սահմանել՝ գազատար համակարգի սխալ նախագծման կամ նյութի ընտրության համար:
909 նախագծի նախագծման գործընթացում մենք հետևել ենք «Մաքուր կայանների նախագծման կանոնագրքին» GBJ73-84 (գործող ստանդարտն է՝ (GB50073-2001)), «Սեղմված օդի կայանների նախագծման կանոնագրքին» GBJ29-90, «Թթվածնի կայանների նախագծման կանոնագրքին» GB50030-91, «Ջրածնի և թթվածնի կայանների նախագծման կանոնագրքին» GB50177-93, ինչպես նաև խողովակաշարի նյութերի և պարագաների ընտրության համապատասխան տեխնիկական միջոցառումներին: «Մաքուր կայանների նախագծման կանոնագրքը» սահմանում է խողովակաշարի նյութերի և փականների ընտրությունը հետևյալ կերպ.

(1) Եթե գազի մաքրությունը մեծ է կամ հավասար է 99.999%-ի, իսկ ցողի կետը ցածր է -76°C-ից, պետք է օգտագործվի էլեկտրոլուսավորված ներքին պատով 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակ (316L) կամ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատով OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատե խողովակ (304): Փականը պետք է լինի դիֆրագմային կամ փչովի փական:

(2) Եթե գազի մաքրությունը մեծ է կամ հավասար է 99.99%-ի, իսկ ցողի կետը՝ -60°C-ից ցածր, պետք է օգտագործվի OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատե խողովակ (304)՝ էլեկտրոլիզացված ներքին պատով: Բացառությամբ այրվող գազատարների համար օգտագործվող փչովի փականների, մյուս գազատարների համար պետք է օգտագործվեն գնդիկավոր փականներ:

(3) Եթե չոր սեղմված օդի ցողի կետը ցածր է -70°C-ից, պետք է օգտագործվի OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատե խողովակ (304)՝ հղկված ներքին պատով: Եթե ցողի կետը ցածր է -40°C-ից, պետք է օգտագործվի OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատե խողովակ (304) կամ տաք ցինկապատված անխափան պողպատե խողովակ: Փականը պետք է լինի փչովի կամ գնդիկավոր փական:

(4) Փականի նյութը պետք է համատեղելի լինի միացնող խողովակի նյութի հետ։

Համաձայն տեխնիկական պահանջների և համապատասխան տեխնիկական միջոցառումների, խողովակաշարի նյութեր ընտրելիս մենք հիմնականում հաշվի ենք առնում հետևյալ ասպեկտները.

(1) Խողովակների նյութերի օդաթափանցելիությունը պետք է փոքր լինի: Տարբեր նյութերից պատրաստված խողովակներն ունեն տարբեր օդաթափանցելիություն: Եթե ընտրվեն ավելի մեծ օդաթափանցելիությամբ խողովակներ, աղտոտվածությունը հնարավոր չէ հեռացնել: Անժանգոտվող պողպատե և պղնձե խողովակները ավելի լավ են կանխում թթվածնի ներթափանցումը և կոռոզիան մթնոլորտում: Սակայն, քանի որ անժանգոտվող պողպատե խողովակները պակաս ակտիվ են, քան պղնձե խողովակները, պղնձե խողովակներն ավելի ակտիվ են մթնոլորտում խոնավությանը թույլ տալով ներթափանցել իրենց ներքին մակերեսներ: Հետևաբար, բարձր մաքրության գազատարների համար խողովակներ ընտրելիս անժանգոտվող պողպատե խողովակները պետք է լինեն առաջին ընտրությունը:

(2) Խողովակի նյութի ներքին մակերեսը ադսորբված է և փոքր ազդեցություն ունի գազի վերլուծության վրա: Չժանգոտվող պողպատե խողովակի մշակումից հետո որոշակի քանակությամբ գազ կպահպանվի իր մետաղական ցանցում: Երբ բարձր մաքրության գազն անցնում է դրա միջով, գազի այս մասը կմտնի օդային հոսքի մեջ և կառաջացնի աղտոտում: Միևնույն ժամանակ, ադսորբցիայի և վերլուծության շնորհիվ, խողովակի ներքին մակերեսի վրա գտնվող մետաղը նույնպես կարտադրի որոշակի քանակությամբ փոշի, ինչը կաղտոտի բարձր մաքրության գազը: 99.999%-ից կամ ppb մակարդակից բարձր մաքրությամբ խողովակաշարային համակարգերի համար պետք է օգտագործվի 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակ (316L):

(3) Չժանգոտվող պողպատե խողովակների մաշվածության դիմադրությունն ավելի լավ է, քան պղնձե խողովակներինը, իսկ օդային հոսքի էրոզիայի հետևանքով առաջացող մետաղական փոշին համեմատաբար ավելի քիչ է։ Մաքրության ավելի բարձր պահանջներ ունեցող արտադրամասերը կարող են օգտագործել 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակներ (316L) կամ OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատե խողովակներ (304), պղնձե խողովակներ չպետք է օգտագործվեն։

(4) 99.999%-ից բարձր գազի մաքրությամբ կամ ppb կամ ppt մակարդակներով խողովակաշարային համակարգերի համար, կամ «Մաքուր գործարանի նախագծման կանոնակարգում» նշված N1-N6 օդի մաքրության մակարդակներով մաքուր սենյակներում, գերմաքուր խողովակները կամEP գերմաքուր խողովակներպետք է օգտագործվի։ Մաքուր «մաքուր խողովակ՝ գերհարթ ներքին մակերեսով»։

(5) Արտադրական գործընթացում օգտագործվող որոշ հատուկ գազատարային համակարգեր խիստ կոռոզիոն գազեր են։ Այս խողովակաշարային համակարգերի խողովակները պետք է օգտագործվեն կոռոզիակայուն չժանգոտվող պողպատե խողովակներից։ Հակառակ դեպքում խողովակները կվնասվեն կոռոզիայի պատճառով։ Եթե մակերեսին կոռոզիայի բծեր են առաջանում, չպետք է օգտագործվեն սովորական անխափան պողպատե խողովակներ կամ ցինկապատ եռակցված պողպատե խողովակներ։

(6) Սկզբունքորեն, գազատարի բոլոր միացումները պետք է եռակցվեն։ Քանի որ ցինկապատ պողպատե խողովակների եռակցումը կքանդի ցինկապատ շերտը, ցինկապատ պողպատե խողովակները չեն օգտագործվում մաքուր սենյակներում խողովակների համար։

Հաշվի առնելով վերը նշված գործոնները՝ &7& նախագծում ընտրված գազատարի խողովակներն ու փականները հետևյալն են՝

Բարձր մաքրության ազոտի (PN2) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակներից (316L)՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատե փչակավոր փականներից։
Ազոտային (N2) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատից (316L) խողովակներից՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փչովի փականներից։
Բարձր մաքրության ջրածնային (PH2) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակներից (316L)՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատե փչակավոր փականներից։
Բարձր մաքրության թթվածնի (PO2) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատից (316L) խողովակներից՝ էլեկտրոլիզացված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փչակավոր փականներից։
Արգոնային (Ar) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատե խողովակներից (316L)՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, և օգտագործվում են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատե փականներ։
Հելիումի (He) համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատից (316L) խողովակներից՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փչովի փականներից։
Մաքուր չոր սեղմված օդի (CDA) համակարգի խողովակները պատրաստված են OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատից խողովակներից (304)՝ հղկված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փչովի փականներից։
Շնչառական սեղմված օդի (ՇՍՕ) համակարգի խողովակները պատրաստված են OCr18Ni9 չժանգոտվող պողպատից խողովակներից (304)՝ հղկված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված գնդիկավոր փականներից։
Գործընթացային վակուումային (PV) համակարգի խողովակները պատրաստված են UPVC խողովակներից, իսկ փականները՝ նույն նյութից պատրաստված վակուումային թիթեռաձև փականներից։
Մաքրող վակուումային (HV) համակարգի խողովակները պատրաստված են UPVC խողովակներից, իսկ փականները՝ նույն նյութից պատրաստված վակուումային թիթեռաձև փականներից։
Հատուկ գազային համակարգի խողովակները պատրաստված են 00Cr17Ni12Mo2Ti ցածր ածխածնային չժանգոտվող պողպատից (316L) խողովակներից՝ էլեկտրոլուսավորված ներքին պատերով, իսկ փականները պատրաստված են նույն նյութից պատրաստված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փչովի փականներից։

3. Խողովակաշարերի կառուցում և տեղադրում
3.1 «Մաքուր գործարանային շենքերի նախագծման կանոնագրքի» 8.3 բաժինը սահմանում է խողովակաշարերի միացումների հետևյալ դրույթները.
(1) Խողովակների միացումները պետք է եռակցվեն, բայց տաք ցինկապատ պողպատե խողովակները պետք է պարուրակված լինեն։ Պտուտակային միացումների կնքման նյութը պետք է համապատասխանի այս տեխնիկական բնութագրի 8.3.3 հոդվածի պահանջներին։
(2) Անգույն պողպատե խողովակները պետք է միացվեն արգոնային աղեղային եռակցման և հետույքային եռակցման կամ ակոսային եռակցման միջոցով, սակայն բարձր մաքրության գազատարները պետք է միացվեն հետույքային եռակցման միջոցով՝ առանց ներքին պատի վրա նշանների։
(3) Խողովակաշարերի և սարքավորումների միջև միացումը պետք է համապատասխանի սարքավորումների միացման պահանջներին։ Շղթաների միացումներ օգտագործելիս պետք է օգտագործվեն մետաղական շղթաներ։
(4) Խողովակաշարերի և փականների միջև միացումը պետք է համապատասխանի հետևյալ կանոնակարգերին

① Բարձր մաքրության գազատարները և փականները միացնող կնքող նյութը պետք է օգտագործի մետաղական միջադիրներ կամ կրկնակի լարեր՝ համաձայն արտադրական գործընթացի պահանջների և գազի բնութագրերի։
②Պտուտակային կամ եզրային միացման կնքման նյութը պետք է լինի պոլիտետրաֆտորէթիլեն։
3.2 Համաձայն տեխնիկական պահանջների և համապատասխան տեխնիկական միջոցառումների, բարձր մաքրության գազատարների միացումը պետք է հնարավորինս եռակցվի։ Եռակցման ժամանակ պետք է խուսափել ուղիղ հետևի եռակցումից։ Պետք է օգտագործվեն խողովակների թևքեր կամ պատրաստի միացումներ։ Խողովակների թևքերը պետք է պատրաստված լինեն նույն նյութից և ներքին մակերեսի հարթությունից, ինչ խողովակները։ Եռակցման ընթացքում, եռակցման մասի օքսիդացումը կանխելու համար, եռակցման խողովակի մեջ պետք է մտցվի մաքուր պաշտպանիչ գազ։ Չժանգոտվող պողպատե խողովակների համար պետք է օգտագործվի արգոնային աղեղային եռակցում, և խողովակի մեջ պետք է մտցվի նույն մաքրության արգոն գազ։ Պետք է օգտագործվի պտուտակավոր կամ պտուտակավոր միացում։ Ֆլանշերը միացնելիս պտուտակավոր միացումների համար պետք է օգտագործվեն լարեր։ Բացառությամբ թթվածնի և ջրածնի խողովակների, որոնք պետք է օգտագործեն մետաղական միջադիրներ, մյուս խողովակները պետք է օգտագործեն պոլիտետրաֆտորէթիլենային միջադիրներ։ Միջադիրներին փոքր քանակությամբ սիլիկոնային կաուչուկ քսելը նույնպես արդյունավետ կլինի։ Կբարելավվի կնքման ազդեցությունը։ Նմանատիպ միջոցառումներ պետք է ձեռնարկվեն նաև ֆլանշային միացումների կատարման ժամանակ։
Տեղադրման աշխատանքները սկսելուց առաջ անհրաժեշտ է խողովակների մանրամասն տեսողական զննում,կցամասեր, փականներ և այլն պետք է իրականացվեն: Սովորական չժանգոտվող պողպատե խողովակների ներքին պատը պետք է թթվացվի տեղադրումից առաջ: Թթվածնային խողովակաշարերի խողովակները, միացումները, փականները և այլն պետք է խստիվ արգելվեն յուղի ներթափանցումից և տեղադրումից առաջ պետք է խստորեն մաքրվեն համապատասխան պահանջներին համապատասխան:
Մինչև համակարգի տեղադրումը և շահագործման հանձնելը, փոխանցման և բաշխման խողովակաշարային համակարգը պետք է ամբողջությամբ մաքրվի մատակարարվող բարձր մաքրության գազով։ Սա ոչ միայն հեռացնում է տեղադրման ընթացքում պատահաբար համակարգի մեջ ընկած փոշու մասնիկները, այլև չորացնող դեր է խաղում խողովակաշարային համակարգում՝ հեռացնելով խողովակի պատի և նույնիսկ խողովակի նյութի կողմից կլանված խոնավություն պարունակող գազի մի մասը։

4. Խողովակաշարի ճնշման փորձարկում և ընդունում
(1) Համակարգի տեղադրումից հետո պետք է իրականացվի հատուկ գազատարներում բարձր թունավոր հեղուկներ տեղափոխող խողովակների 100% ռենտգենագրական ստուգում, և դրանց որակը չպետք է ցածր լինի II մակարդակից: Մյուս խողովակները պետք է ենթարկվեն նմուշառման ռենտգենագրական ստուգման, և նմուշառման ստուգման հարաբերակցությունը չպետք է լինի 5%-ից պակաս, որակը չպետք է ցածր լինի III աստիճանից:
(2) Ոչ քայքայիչ ստուգումն անցնելուց հետո պետք է իրականացվի ճնշման փորձարկում: Խողովակաշարային համակարգի չորությունն ու մաքրությունն ապահովելու համար հիդրավլիկ ճնշման փորձարկում չպետք է իրականացվի, այլ պետք է օգտագործվի պնևմատիկ ճնշման փորձարկում: Օդային ճնշման փորձարկումը պետք է իրականացվի մաքուր սենյակի մաքրության մակարդակին համապատասխանող ազոտի կամ սեղմված օդի միջոցով: Խողովակաշարի փորձարկման ճնշումը պետք է լինի նախագծային ճնշման 1.15-ապատիկը, իսկ վակուումային խողովակաշարի փորձարկման ճնշումը՝ 0.2 ՄՊա: Փորձարկման ընթացքում ճնշումը պետք է աստիճանաբար և դանդաղորեն բարձրացվի: Երբ ճնշումը բարձրանում է մինչև փորձարկման ճնշման 50%-ը, եթե որևէ աննորմալություն կամ արտահոսք չի հայտնաբերվում, շարունակեք քայլ առ քայլ բարձրացնել ճնշումը փորձարկման ճնշման 10%-ով և կայունացրեք ճնշումը յուրաքանչյուր մակարդակում 3 րոպե, մինչև փորձարկման ճնշումը հասնի: Կայունացրեք ճնշումը 10 րոպե, ապա իջեցրեք ճնշումը մինչև նախագծային ճնշումը: Ճնշման դադարեցման ժամանակը պետք է որոշվի արտահոսքի հայտնաբերման կարիքներին համապատասխան: Փրփրացնող նյութը որակավորված է, եթե արտահոսք չկա:
(3) Վակուումային համակարգի ճնշման փորձարկումն անցնելուց հետո, այն պետք է նաև անցկացնի 24-ժամյա վակուումային աստիճանի փորձարկում՝ համաձայն նախագծային փաստաթղթերի, և ճնշման մակարդակը չպետք է գերազանցի 5%-ը։
(4) Հոսքի փորձարկում։ PPB և ppt կարգի խողովակաշարային համակարգերի համար, համապատասխան տեխնիկական պայմանների համաձայն, ոչ մի արտահոսք չպետք է համարվի որակավորված, սակայն արտահոսքի քանակի փորձարկումն օգտագործվում է նախագծման ընթացքում, այսինքն՝ արտահոսքի քանակի փորձարկումն իրականացվում է օդամեկուսացման փորձարկումից հետո։ Ճնշումը աշխատանքային ճնշումն է, և ճնշումը դադարեցվում է 24 ժամով։ Միջին ժամային արտահոսքը որակավորված է 50 ppm-ից պակաս կամ հավասար։ Արտահոսքի հաշվարկը հետևյալն է.
Ա=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Բանաձևում.
Ժամային արտահոսք (%)
P1 - Բացարձակ ճնշումը փորձարկման սկզբում (Պա)
P2 - Բացարձակ ճնշումը փորձարկման վերջում (Պա)
T1 - թեստի սկզբում բացարձակ ջերմաստիճանը (K)
T2 - թեստի վերջում բացարձակ ջերմաստիճանը (K)