909 프로젝트 초대형 집적회로 공장은 제9차 5개년 계획 기간 중 우리나라 전자산업의 주요 건설 프로젝트로, 선폭 0.18마이크론, 직경 200mm의 칩을 생산하는 프로젝트입니다.
매우 대규모 집적회로의 제조 기술에는 미세 가공과 같은 고정밀 기술이 필요할 뿐만 아니라, 가스 순도에 대한 높은 요구 사항도 있습니다.
909 프로젝트의 대량 가스 공급은 미국 프렉스에어 유틸리티 가스(Praxair Utility Gas Co., Ltd.)와 상하이에 있는 관련 업체들의 합작법인을 통해 이루어지며, 가스 생산 공장을 공동으로 설립합니다. 이 가스 생산 공장은 909 프로젝트 공장 건물 인근에 위치하며, 약 15,000제곱미터 규모입니다. 다양한 가스의 순도 및 생산량 요건은 다음과 같습니다.
고순도 질소(PN2), 질소(N2), 고순도 산소(PO2)는 공기 분리를 통해 생산됩니다. 고순도 수소(PH2)는 전기분해를 통해 생산됩니다. 아르곤(Ar)과 헬륨(He)은 외부에서 구매합니다. 준가스는 정제 및 여과 과정을 거쳐 909 프로젝트에 사용됩니다. 특수 가스는 병에 담겨 공급되며, 가스 병 캐비닛은 집적회로 생산 공장의 보조 작업장에 있습니다.
기타 가스로는 청정 건조 압축 공기 CDA 시스템이 있으며, 사용량은 4,185m³/h, 압력 이슬점은 -70°C, 사용 지점에서 가스 내 입자 크기는 0.01μm 이하입니다. 호흡용 압축 공기(BA) 시스템은 사용량이 90m³/h, 압력 이슬점은 2°C, 사용 지점에서 가스 내 입자 크기는 0.3μm 이하, 공정 진공(PV) 시스템은 사용량이 582m³/h, 사용 지점 진공도는 -79,993Pa입니다. 세척 진공(HV) 시스템은 사용량이 1,440m³/h, 사용 지점 진공도는 -59,995Pa입니다. 공기 압축기실과 진공 펌프실은 모두 909 프로젝트 공장 구역에 있습니다.
파이프 소재 및 부속품 선택
VLSI 생산에 사용되는 가스는 매우 높은 청결도 요건을 갖추고 있습니다.고순도 가스 파이프라인청정 생산 환경에서 일반적으로 사용되며, 청정도 관리는 사용 공간의 청정도 수준과 동일하거나 그보다 높아야 합니다! 또한, 고순도 가스 파이프라인은 청정 생산 환경에서 자주 사용됩니다. 순수 수소(PH2), 고순도 산소(PO2) 및 일부 특수 가스는 가연성, 폭발성, 연소 촉진성 또는 독성 가스입니다. 가스 파이프라인 시스템이 부적절하게 설계되거나 재료가 부적절하게 선택되면 가스 지점에서 사용되는 가스의 순도가 감소할 뿐만 아니라 고장도 발생합니다. 공정 요건은 충족하지만 사용하기에 안전하지 않고 청정 공장을 오염시켜 청정 공장의 안전과 청정도에 영향을 미칩니다.
사용 지점에서 고순도 가스의 품질 보장은 가스 생산, 정제 장비 및 필터의 정확도뿐만 아니라 파이프라인 시스템의 여러 요인에 의해 크게 영향을 받습니다. 가스 생산 장비, 정제 장비 및 필터에만 의존한다면, 부적절한 가스 배관 시스템 설계나 재료 선택을 보완하기 위해 훨씬 더 높은 정밀도를 요구하는 것은 옳지 않습니다.
909 프로젝트 설계 과정에서 당사는 "청정 플랜트 설계 기준" GBJ73-84(현행 기준은 (GB50073-2001)), "압축 공기 스테이션 설계 기준" GBJ29-90, "산소 스테이션 설계 기준" GB50030-91, "수소 및 산소 스테이션 설계 기준" GB50177-93 및 파이프라인 자재 및 부속품 선정을 위한 관련 기술 기준을 준수했습니다. "청정 플랜트 설계 기준"은 파이프라인 자재 및 밸브 선정을 다음과 같이 규정합니다.
(1) 가스 순도가 99.999% 이상이고 이슬점이 -76°C 미만인 경우, 내벽이 전해연마된 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L) 또는 내벽이 전해연마된 OCr18Ni9 스테인리스 강관(304)을 사용해야 합니다. 밸브는 다이어프램 밸브 또는 벨로우즈 밸브를 사용해야 합니다.
(2) 가스 순도가 99.99% 이상이고 이슬점이 -60°C 미만인 경우, 내벽이 전해연마된 OCr18Ni9 스테인리스 강관(304)을 사용해야 합니다. 가연성 가스 배관에는 벨로우즈 밸브를 사용하는 경우를 제외하고, 기타 가스 배관에는 볼 밸브를 사용해야 합니다.
(3) 건조 압축 공기의 이슬점이 -70°C 미만인 경우, 내벽이 연마된 OCr18Ni9 스테인리스 강관(304)을 사용해야 합니다. 이슬점이 -40°C 미만인 경우, OCr18Ni9 스테인리스 강관(304) 또는 용융아연도금 이음매 없는 강관을 사용해야 합니다. 밸브는 벨로우즈 밸브 또는 볼 밸브를 사용해야 합니다.
(4) 밸브의 재질은 연결관의 재질과 적합하여야 한다.
사양 및 관련 기술 조치의 요구 사항에 따라 파이프라인 재료를 선택할 때 주로 다음 측면을 고려합니다.
(1) 배관 재질의 공기 투과도는 작아야 합니다. 재질에 따라 배관의 공기 투과도는 다릅니다. 공기 투과도가 높은 배관을 선택하면 오염 물질을 제거할 수 없습니다. 스테인리스강 배관과 구리 배관은 대기 중 산소의 침투 및 부식을 방지하는 데 더 효과적입니다. 그러나 스테인리스강 배관은 구리 배관보다 활성도가 낮기 때문에 구리 배관은 대기 중 수분이 배관 내부로 침투하는 데 더 효과적입니다. 따라서 고순도 가스 배관용 배관을 선택할 때는 스테인리스강 배관을 우선적으로 선택해야 합니다.
(2) 배관재의 내부 표면은 흡착되어 가스 분석에 미치는 영향이 미미합니다. 스테인리스강 배관은 가공 후 금속 격자에 일정량의 가스가 체류합니다. 고순도 가스가 통과할 때, 이 가스 일부가 공기 흐름으로 유입되어 오염을 유발합니다. 또한, 흡착 및 분석 과정에서 배관 내부 금속에서 일정량의 분말이 생성되어 고순도 가스를 오염시킵니다. 순도 99.999% 또는 ppb 이상의 배관 시스템에는 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스강(316L)을 사용해야 합니다.
(3) 스테인리스강관은 구리관보다 내마모성이 우수하며, 기류 침식으로 발생하는 금속 분진이 상대적으로 적습니다. 청정도가 높은 생산 작업장에서는 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스강관(316L) 또는 OCr18Ni9 스테인리스강관(304)을 사용할 수 있으며, 구리관은 사용할 수 없습니다.
(4) 가스 순도가 99.999% 이상 또는 ppb 또는 ppt 수준인 배관 시스템 또는 "청정공장설계기준"에 명시된 N1-N6의 공기 청정도를 갖춘 청정실의 경우 초청정 배관 또는EP 초청정 파이프사용해야 합니다. "내부 표면이 매우 매끄러운 깨끗한 튜브"를 사용하세요.
(5) 생산 공정에 사용되는 일부 특수 가스 파이프라인 시스템은 부식성이 매우 높습니다. 이러한 파이프라인 시스템의 배관은 부식 방지 스테인리스 강관을 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 부식으로 인해 배관이 손상될 수 있습니다. 표면에 부식이 발생한 경우 일반 이음매 없는 강관이나 아연도금 용접 강관을 사용해서는 안 됩니다.
(6) 원칙적으로 모든 가스 배관 연결부는 용접해야 합니다. 아연도금강관을 용접하면 아연도금층이 파괴되므로 클린룸 배관에는 아연도금강관을 사용하지 않습니다.
위의 요소들을 고려하여 &7& 프로젝트에서 선정된 가스 파이프라인 파이프와 밸브는 다음과 같습니다.
고순도 질소(PN2) 시스템 파이프는 전해연마 내벽을 가진 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 만들어지고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 만들어집니다.
질소(N2) 시스템 파이프는 전해연마 내벽을 가진 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 만들어졌으며, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 만들어졌습니다.
고순도 수소(PH2) 시스템 파이프는 전해연마 내벽을 가진 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 만들어지고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 만들어졌습니다.
고순도 산소(PO2) 시스템 파이프는 전해연마 내벽을 가진 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 만들어지고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 만들어졌습니다.
아르곤(Ar)계 파이프는 내벽을 전해연마한 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 제작되며, 동일 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브가 사용됩니다.
헬륨(He) 시스템 파이프는 전해연마 내벽을 가진 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 만들어지고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 만들어집니다.
청정건조압축공기(CDA) 시스템 파이프는 내벽이 광택처리된 OCr18Ni9 스테인리스강 파이프(304)로 제작되고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스강 벨로우즈 밸브로 제작됩니다.
호흡용 압축공기(BA) 시스템 파이프는 내벽이 광택 처리된 OCr18Ni9 스테인리스 강관(304)으로 제작되고, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 볼 밸브로 제작됩니다.
공정 진공(PV) 시스템 파이프는 UPVC 파이프로 만들어지고, 밸브는 동일한 재질로 만들어진 진공 버터플라이 밸브로 만들어집니다.
세척 진공(HV) 시스템 파이프는 UPVC 파이프로 만들어졌으며, 밸브는 동일한 재질로 만들어진 진공 버터플라이 밸브로 만들어졌습니다.
특수가스 시스템의 파이프는 모두 내벽을 전해연마한 00Cr17Ni12Mo2Ti 저탄소 스테인리스 강관(316L)으로 제작되었으며, 밸브는 동일한 재질의 스테인리스 벨로우즈 밸브로 제작되었습니다.
3 파이프라인의 건설 및 설치
3.1 “청정공장건축설계법” 제8.3조는 파이프라인 연결에 대해 다음과 같은 규정을 규정하고 있습니다.
(1) 배관 연결은 용접으로 하되, 아연도금강관은 나사산을 가공하여야 한다. 나사산 가공의 밀봉재는 본 규격 제8.3.3항의 요건을 준수하여야 한다.
(2) 스테인리스강관은 아르곤아크용접과 맞대기용접 또는 소켓용접으로 접속하되, 고순도가스관의 경우에는 내벽에 흔적이 없도록 맞대기용접으로 접속하여야 한다.
(3) 파이프라인과 장비 사이의 연결은 장비의 연결 요구 사항을 준수해야 합니다. 호스 연결을 사용할 경우 금속 호스를 사용해야 합니다.
(4) 파이프라인과 밸브의 연결은 다음 규정을 준수해야 합니다.
① 고순도 가스 파이프라인과 밸브를 연결하는 밀봉재는 생산 공정 및 가스 특성의 요구에 따라 금속 개스킷이나 더블 페룰을 사용해야 합니다.
②나사산 또는 플랜지 연결부의 밀봉재는 폴리테트라플루오로에틸렌을 사용해야 합니다.
3.2 고순도 가스 파이프라인의 연결은 사양 및 관련 기술 조치의 요구 사항에 따라 가능한 한 용접해야 합니다. 용접 시 직접 맞대기 용접은 피해야 합니다. 파이프 슬리브 또는 완성된 조인트를 사용해야 합니다. 파이프 슬리브는 파이프와 동일한 재질 및 내부 표면 매끄러움으로 제작되어야 합니다. 용접 시 용접부의 산화를 방지하기 위해 순수 보호 가스를 용접 파이프에 주입해야 합니다. 스테인리스강 파이프의 경우 아르곤 아크 용접을 사용하고, 동일한 순도의 아르곤 가스를 파이프에 주입해야 합니다. 나사산 연결 또는 나사산 연결을 사용해야 합니다. 플랜지를 연결할 때는 나사산 연결에 페룰을 사용해야 합니다. 산소관과 수소관은 금속 개스킷을 사용해야 하지만, 다른 파이프는 폴리테트라플루오로에틸렌 개스킷을 사용해야 합니다. 개스킷에 소량의 실리콘 고무를 도포하는 것도 효과적입니다. 밀봉 효과를 향상시킵니다. 플랜지 연결 시에도 유사한 조치를 취해야 합니다.
설치 작업을 시작하기 전에 파이프의 자세한 시각 검사를 실시합니다.피팅, 밸브 등은 반드시 세척해야 합니다. 일반 스테인리스강 배관의 내벽은 설치 전 산세척을 해야 합니다. 산소 배관의 배관, 부속품, 밸브 등은 기름이 닿지 않도록 엄격히 금지해야 하며, 설치 전 관련 규정에 따라 탈지해야 합니다.
시스템을 설치하고 가동하기 전에 송배전 파이프라인 시스템을 공급된 고순도 가스로 완전히 정화해야 합니다. 이는 설치 과정에서 시스템에 실수로 들어간 먼지 입자를 제거할 뿐만 아니라, 파이프라인 시스템을 건조시켜 배관 벽과 배관 재질에 흡수된 수분 함유 가스의 일부를 제거합니다.
4. 파이프라인 압력 테스트 및 승인
(1) 시스템 설치 후, 특수가스 파이프라인 내 고독성 유체를 운반하는 배관은 100% 방사선 검사를 실시해야 하며, 그 품질은 2급 이상이어야 한다. 기타 배관은 표본 추출 방사선 검사를 실시해야 하며, 표본 추출 검사율은 5% 이상이어야 하며, 품질은 3급 이상이어야 한다.
(2) 비파괴 검사를 통과한 후에는 압력 시험을 실시해야 합니다. 배관 시스템의 건조도와 청정도를 보장하기 위해 수압 시험은 실시하지 않고 공압 시험을 실시해야 합니다. 공기압 시험은 클린룸의 청정도에 맞는 질소 또는 압축 공기를 사용하여 실시해야 합니다. 파이프라인의 시험 압력은 설계 압력의 1.15배, 진공 파이프라인의 시험 압력은 0.2MPa로 합니다. 시험 중에는 압력을 점진적으로 천천히 높여야 합니다. 압력이 시험 압력의 50%까지 상승했을 때 이상이나 누출이 발견되지 않으면 시험 압력의 10%씩 단계적으로 압력을 높이고 시험 압력에 도달할 때까지 각 수준에서 3분 동안 압력을 안정시킵니다. 10분 동안 압력을 안정시킨 후 설계 압력까지 압력을 낮춥니다. 압력 정지 시간은 누출 감지의 필요에 따라 결정해야 합니다. 누출이 없으면 발포제가 적격한 것으로 간주됩니다.
(3) 진공시스템이 압력시험에 합격한 후에는 설계문서에 따라 24시간 진공도 시험을 실시하여야 하며, 가압률은 5%를 초과해서는 안 된다.
(4) 누출 시험. ppb 및 ppt 등급 파이프라인 시스템의 경우, 관련 규격에 따라 누출이 없는 경우 적격으로 간주해야 하지만, 설계 단계에서 누출량 시험을 실시합니다. 즉, 기밀 시험 후 누출량 시험을 실시합니다. 압력은 작동 압력이며, 24시간 동안 압력을 유지하지 않습니다. 시간당 평균 누출량이 50ppm 이하인 경우 적격으로 간주됩니다. 누출량 계산은 다음과 같습니다.
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
공식에서:
1시간 누출(%)
P1-시험 시작 시 절대압력(Pa)
P2-시험 종료 시 절대압력(Pa)
T1-시험 시작 시 절대 온도(K)
T2-시험 종료 시 절대 온도(K)
게시 시간: 2023년 12월 12일