半导体芯片厂建设项目的挑战——气体分配系统

时间:2021-05-02 09:01:40 来源:蓝天音乐厅点击:

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随着“中国制造2025”,“国家集成电路产业发展推进纲要”的颁布,以及国家半导体大基金的成立,中国开始了一波 Fab 集成电路芯片厂的建设浪潮。半导体芯片厂新建项目投资巨大,一座 12 寸厂的项目总投资约在

20 亿美金以上,包括厂房基建、洁净室、大宗气体气站、厂务主系统、特气柜等气体盘面、一次配/二次配建设、半导体设备等投入。作为其中重要的气体系统建设,涉及众多复杂的施工安装调试环节,先让我们重点梳理下芯片厂气体分配系统的大致构成。

典型集成电路芯片厂气体分配系统

芯片厂主要气体传输系统构成

1. 大宗气体系统(Bulk Gas)

定义:为惰性气体进行存储和压力控制

气体种类:典型的惰性气体(氮气、氩气、压缩空气等)

管线尺寸:从1/4(监控管线)至 12 寸主管线

系统主要产品为:隔膜阀/波纹管阀/球阀、高纯接头(VCR、焊接形式)、卡套接头、调压阀、压力表等。

目前新的系统中还包括大宗特气系统,该系统利用固定的气体钢瓶或槽罐车来存储和运输。

2. 纯化系统(Purification)

定义:为高纯气体管路去除大宗气体中的杂质

3. 气柜(Gas Cabinets)

定义:为特气源(毒性、易燃性、易反应、腐蚀性气体)提供压力控制和流量监控,并且具备更换气瓶的能力。

位置:位于 Sub-fab 楼层或最底层

存储特气气源:NF3, SF6, WF6 等

管线尺寸:内部气体管路,一般情况工艺管线为 1/4 英寸,1/4-3/8 英寸主要是高纯氮气吹扫管路。

主要产品:高纯隔膜阀、单向阀、压力表、压力计、高纯接头(VCR、焊接形式)

这些气柜基本含钢瓶自动切换能力,保证持续的气体供给和安全更换钢瓶。

4. 分配Distribution

定义:连接气源至气体汇总盘

管线尺寸:在芯片厂内,大宗气体分配管路尺寸范围一般在 1/2 英寸至 2 英寸。

连接形式:特气管路一般情况下是利用焊接形式进行连接,不含任何机械连接或其他移动部件,主要原因是焊接连接密封可靠性强。

在一个芯片厂,就包含上百公里的卡套管连接传输气体,长度基本在 20 英尺左右,焊接在一起。有部分卡套管弯管以及管状焊接连接也是非常常见的。

5. 多功能阀箱(Valve Manifold Box,VMB)

定义:是分配特气从气源起至不同设备端

内部管路尺寸:1/4 英寸工艺管线,以及 1/4 - 3/8 英寸的吹扫管线。系统可能会使用电脑控制要求驱动阀门或者带手动阀门的较低成本的情况。

系统产品:高纯隔膜阀/波纹管阀、单向阀、高纯接头(VCR、微焊形式)、调压阀、压力表和压力计等。有些惰性气体的分配,主要使用 Valve Manifold Panel - VMP(多功能阀盘),敞开式气体盘面,无需密闭空间设计和额外的氮气吹扫。

6. 二次配阀盘/盒(Tool Hookup Panel)

定义:将半导体设备所需气体由气源连接至设备端,并提供相应压力调节,该盘面是相比 VMB(多功能阀箱)更接近设备端的气体控制系统。

气体管路尺寸:1/4 - 3/8 英寸

液体管路尺寸:1/2 - 1 英寸

排放管路尺寸:1/2 - 1 英寸

主要产品:隔膜阀/波纹管阀、单向阀、调压阀、压力计、压力表、高纯接头(VCR、微焊)、卡套接头、球阀、软管等。

7. 芯片厂特气系统输送路径

半导体芯片厂新建工程项目的挑战

产品的及时性

半导体芯片厂新建工程需要使用大量的高纯流体系统管阀件产品。由于芯片厂项目投资巨大,工期控制严格,一旦项目延后,损失是非常巨大,所以每个阶段的产品的及时供应是至关重要。一般在国外,工程公司往往会在工程现场设立专门的产品仓库,以便及时提取。

安全性

由于芯片厂内大量使用各类特殊介质(腐蚀性、毒害性、易燃易爆性特气和各类化学品),所以在为这些特殊介质设计传输系统时,密封可靠性是先要考虑的。例如,针对 SiH4(硅烷),PH3(磷烷)这类易燃气体在传输中就需要采用双套管设计(内管 EP 高纯卡套管,外管内夹层充氮气并配压力表侦测),以做到双重保护。除此之外,在特气柜以及特气的管路和阀件的材质选择必须是高纯不锈钢 6LV 或6LVV,以及内表面 EP(电抛光)处理的超高纯管阀件,以防止腐蚀性气体的泄漏

正确的安装与测试

芯片厂新建项目中,存在大量的现场安装、测试工作。其中大部分是焊接,VCR 连接,卡套接头安装以及氦气测漏等工作。这些工作需要正规的安装指导培训,只有具备该培训证书的工程人员才有资格上岗作业。规范且专业的施工安装是芯片厂将来平稳运营的保障。

世伟洛克助力芯片厂新建工程

专业的仓储物流系统,以及庞大的产品库存,可为重要芯片厂新建工程项目提前备货,以保证项目的顺利进行。

超高纯材料包括一次/二次熔炼高纯不锈钢 6LV/6LVV 以及部分合金材料,以及优异的内表面电化学处理工艺制造的管阀件产品可以满足半导体芯片厂特气苛刻应用的要求。除了可以提供双套管/双套管接头之外,世伟洛克封闭式双套管接头(closure Swagelok tube fitting),利用简易的安装,可以有效减少之前大量的双套管焊接次数,节约施工时间和成本,已被世界主流芯片厂广泛使用。此外,世伟洛克轨道焊机系统 M200 所具有的便携性和焊接快速性,可以帮助工程人员在复杂的芯片施工现场高效地进行焊接作业。

M200轨道式焊接系统

世伟洛克工程服务包括:

专业培训:

芯片厂流体系统安全安装的认证培训:帮助芯片项目建设工程人员正确安装流体系统产品,避免安装不当造成的安全隐患。

焊机系统培训:帮助工程人员熟练掌握焊机操作,提升现场焊接经验。

现场安装指导:现场工程师帮助客户进行现场安装指导

客户定制服务:拥有百级洁净室,可以为项目工程预制产品,提高项目完成效率

客户定制产品:针对现有标准产品进行客户定制优化功能

以下是世伟洛克为芯片新建工程焊接系统提供的装置:

焊机系统氩气吹扫辅助装置

焊接系统车

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