Wprowadzenie do specjalistycznej szafy gazowej BSGS

Specjalistyczna szafa gazowa BSGS

W zaawansowanych zakładach produkcyjnych półprzewodników, paneli TFT-LCD, fotowoltaiki, baterii litowo-jonowych i innych branżach, specjalistyczne gazy takie jak silan (SiH₄), amoniak (NH₃), wodór (H₂), chlor (Cl₂), sześciofluorek wolframu (WF₆) i inne specjalistyczne gazy są dostarczane na miejsce w butlach wysokociśnieniowych i transportowane rurociągami do komór procesowych w celu ułatwienia krytycznych procesów, takich jak osadzanie warstw, trawienie i domieszkowanie. Większość tych gazów jest łatwopalna, wybuchowa, silnie toksyczna lub silnie korozyjna. Pomiędzy butlami a urządzeniami procesowymi musi istnieć centralny węzeł integrujący magazynowanie, regulację ciśnienia, przełączanie, monitorowanie, blokady i oczyszczanie gazów wylotowych – BSGS (Bulk Specialty Gas System).

WPROWADZENIE DO FUNKCJI

Przegląd specjalistycznej szafy gazowej BSGS

Prezentacja specjalistycznej szafy gazowej BSGS firmy Wofly Technology

01 Ogólna struktura

Specjalistyczna szafa gazowa BSGS to pionowa stalowa szafa integrująca sześć jednostek: uszczelniony obszar magazynowania butli, zespół rozdzielacza gazu i zaworów ze stali nierdzewnej, jednostkę regulacji ciśnienia, jednostkę sterowania interfejsem człowiek-maszyna opartą na PLC, jednostkę detekcji gazu i blokad bezpieczeństwa oraz jednostkę oczyszczania gazów wylotowych. Linie gazowe wykorzystują rurki ze stali nierdzewnej 316L EP/BA i zawory membranowe o wysokiej czystości, aby spełnić wymagania dotyczące gazów o wysokiej czystości SEMI. Górna część szafy jest wyposażona w czerwone, żółte i zielone światła alarmowe, a drzwi szafy posiadają okno podglądowe i zamek mechaniczny. Butle są mocowane do dedykowanych wsporników, a wymiana butli może być przeprowadzona dopiero po pomyślnym zakończeniu procesu izolacji i przedmuchu.

                       Wnętrze specjalistycznej szafy gazowej BSGS

02 Automatyczne przełączanie podwójnego zbiornika

BSGS jest skonfigurowany z dwiema lustrzanymi liniami gazowymi: jedną dla butli głównej i jedną dla butli zapasowej. Sterownik PLC monitoruje ciśnienie wylotowe butli głównej w czasie rzeczywistym. Gdy ciśnienie spadnie do ustawionego dolnego limitu procesowego, automatycznie zamyka zespół zaworu butli głównej i otwiera zespół zaworu butli zapasowej, umożliwiając przełączenie bez przerywania pracy, jednocześnie uruchamiając alarm wskazujący potrzebę wymiany butli. Zapobiega to przerwaniu dopływu gazu procesowego spowodowanemu wyczerpaniem się jednej butli. Podczas procesu przełączania system automatycznie wykonuje przedmuch rurociągu i utrzymanie ciśnienia (test szczelności), aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu gazów między dwiema liniami i cofaniu się powietrza do rurociągu o wysokiej czystości.

03 Wielostopniowa regulacja ciśnienia i stabilne ciśnienie wylotowe

Ciśnienie w butlach waha się od kilku megapaskali do ponad dziesięciu megapaskali (ciśnienie par NH3 wynosi około 0,9 MPa, podczas gdy butle SiH4 pod wysokim ciśnieniem mogą osiągać ponad dziesięć MPa), podczas gdy koniec procesu wymaga tylko 0,2 do 0,5 MPa. Specjalistyczna szafa gazowa BSGS stabilizuje ciśnienie wylotowe poprzez dwustopniowy proces redukcji ciśnienia – pierwotną redukcję ciśnienia (po stronie wysokiego ciśnienia) i wtórną redukcję ciśnienia (precyzyjna regulacja po stronie niskiego ciśnienia) – w połączeniu z manometrami, przetwornikami ciśnienia i płytkami otworowymi. Na rozdzielaczu zainstalowane są pneumatyczne zawory membranowe i zawory zwrotne, a zawory posiadają połączenia typu VCR 316L z uszczelnieniem czołowym.

                      Wyświetlanie orurowania panelu specjalistycznej szafy gazowej

04 Detekcja nieszczelności i alarmy blokad bezpieczeństwa

Detektory są instalowane wewnątrz szafy zgodnie z właściwościami gazów: detektory katalitycznego spalania lub podczerwieni są używane do gazów palnych (H₂, SiH₄, NH₃); detektory elektrochemiczne są używane do gazów silnie toksycznych i korozyjnych (Cl₂, PH₃, AsH₃) i są umieszczone na dole lub na górze szafy w zależności od gęstości gazów. Gdy stężenie osiągnie niski próg alarmowy, uruchamiany jest alarm dźwiękowy i wizualny oraz przesyłany sygnał; gdy osiągnie wysoki próg alarmowy, zawór końca butli jest automatycznie zamykany, aktywowana jest wentylacja awaryjna, wyłączane są obwody elektryczne nieprzystosowane do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, a sygnał blokady jest wysyłany do systemu GDS zakładu.

                                Prezentacja czujnika dymu

05 Dodatnie ciśnienie przeciwwybuchowe i bezpieczeństwo elektryczne

W przypadku zastosowań z gazami łatwopalnymi i wybuchowymi, takimi jak SiH₄, H₂ i NH₃, specjalistyczna szafa gazowa BSGS jest wyposażona w szafę sterowniczą z dodatnim ciśnieniem przeciwwybuchowym typu PXK. Do szafy dostarczane jest czyste sprężone powietrze lub azot (N₂) w celu utrzymania niewielkiego dodatniego ciśnienia, zapobiegając przedostawaniu się mieszanin wybuchowych z zewnątrz; ekran dotykowy HMI, przycisk zatrzymania awaryjnego oraz alarmy dźwiękowe i wizualne znajdują się w komorze dodatniego ciśnienia, a komponenty elektryczne są dobierane zgodnie z klasą przeciwwybuchowości Ex.

          Prezentacja szaf z dodatnim ciśnieniem przeciwwybuchowym

06 Oczyszczanie gazów wylotowych i zgodność z normami emisji

Specjalistyczna szafa gazowa BSGS podczas operacji przedmuchu, wymiany i wymiany butli uwalnia niewielką ilość gazów procesowych wylotowych. Po adsorpcji i neutralizacji gazy wylotowe są odprowadzane na zewnątrz przez dedykowany kanał wylotowy, zgodnie z normami emisji, zapobiegając w ten sposób gromadzeniu się gazów toksycznych i łatwopalnych w warsztacie.

WPROWADZENIE DO FUNKCJI

Rola specjalistycznych szaf gazowych BSGS w systemach masowego doprowadzania gazów specjalistycznych

                Prezentacja wyposażenia warsztatowego firmy Wofly Technology

01 Rozwiązywanie problemów z połączeniem systemowym

Kompletny łańcuch dostaw gazów specjalistycznych składa się z czterech sekcji: ① obszar źródła gazu (pokój z butlami/stacja gazów specjalistycznych) przechowuje stojaki na butle; ② specjalistyczna szafa gazowa BSGS zajmuje się przełączaniem, regulacją ciśnienia, monitorowaniem, blokadami i oczyszczaniem gazów wylotowych; ③ rurociągi dystrybucyjne i skrzynki zaworowe (VMB/VMP) dostarczają gazy o wysokiej czystości do różnych stref procesowych; ④ na końcu urządzenia procesowego (narzędzie) gazy są kierowane przez panel sterowania gazem końcowym (GCP) do komór trawienia, osadzania i implantacji jonów. Specjalistyczna szafa gazowa BSGS znajduje się w segmencie ② i stanowi fizyczną i bezpieczeństwa granicę między obszarem magazynowania butli wysokociśnieniowych a pomieszczeniem czystym.

  Wybór specjalistycznych systemów gazowych BSGS (tylko w celach informacyjnych)

02 Izolacja bezpieczeństwa

Kluczową wartością systemu specjalistycznej szafy gazowej BSGS jest izolacja. Butle wysokociśnieniowe, silnie toksyczne i łatwopalne są zawsze zamknięte w szafie wyposażonej w okno podglądowe; podczas normalnej pracy personel nie ma kontaktu z liniami gazowymi pod wysokim ciśnieniem. W przypadku wycieku natychmiast aktywowana jest wentylacja awaryjna, a blokada wysokiego alarmu zamyka zawór. Ulatniający się gaz jest zatrzymywany w szafie, oczyszczany, a następnie odprowadzany, zapobiegając jego rozprzestrzenianiu się do pomieszczenia czystego, korytarzy lub obszarów pracy personelu, zapewniając w ten sposób, że stężenia gazów w głównym obszarze warsztatu pozostają zawsze poniżej dopuszczalnego poziomu narażenia zawodowego (OEL).

03 Ciągłe doprowadzanie gazu

Linie produkcyjne półprzewodników pracują 24 godziny na dobę, a pojedyncza przerwa w doprowadzaniu gazu do jednego urządzenia może spowodować zniszczenie całej partii płytek. System automatycznego przełączania podwójnych butli w specjalistycznej szafie gazowej BSGS przekształca wymianę butli z operacji offline w proces online: gdy butla główna zostanie wyczerpana, butla zapasowa automatycznie przechodzi w tryb online, umożliwiając personelowi operacyjnemu i konserwacyjnemu wymianę pustej butli bez przerywania procesu. Po wymianie system automatycznie wykonuje konserwację ciśnienia i przedmuch przed powrotem do ścieżki zasilania głównego, bezpośrednio zapewniając ogólny wskaźnik wykorzystania linii produkcyjnej.

                                Prezentacja rurociągów masowego doprowadzania gazu

04 Wtórna stabilizacja ciśnienia i jakość doprowadzania powietrza

Specjalistyczne szafy gazowe BSGS zazwyczaj dostarczają gaz do urządzeń procesowych za pomocą rurociągów BA/EP o długości od dziesiątek do setek metrów. Na trasie występują wahania ciśnienia spowodowane oporem tarcia, dystrybucją gazu w VMB i jednoczesnym poborem gazu przez wiele urządzeń. Specjalistyczna szafa gazowa BSGS precyzyjnie reguluje ciśnienie wylotowe do wymagań procesowych na etapie wtórnej regulacji ciśnienia. Współpracując z przetwornikiem ciśnienia poniżej strumienia w celu kompensacji w pętli zamkniętej, utrzymuje stabilne ciśnienie wlotowe w VMB, zapobiegając w ten sposób konkurencji wielu urządzeń o gaz i unikając wahań przepływu, które mogłyby wpłynąć na jednorodność warstwy i selektywność trawienia.

                              Prezentacja projektu masowego doprowadzania gazu

05 Przesyłanie danych zintegrowane z systemami GDS/GMS

Nowoczesny BSGS służy jako węzeł terenowy dla zakładowego systemu detekcji gazów (GDS) i systemu monitorowania gazów (GMS). Za pomocą okablowania lub komunikacji Modbus/Profinet, BSGS przesyła dane w czasie rzeczywistym – w tym status butli (w użyciu/w trybie gotowości/pusta), ciśnienie wlotowe i wylotowe, skumulowany przepływ, stężenie detektora, status drzwi szafy i kody alarmowe – do centralnego pokoju monitorowania. Umożliwia to personelowi operacyjnemu i konserwacyjnemu zdalne określenie, które szafy wymagają wymiany butli i które sekcje rurociągów mają drobne nieszczelności, ułatwiając w ten sposób konserwację predykcyjną.

06 Zgodność z zamkniętą pętlą po stronie emisji

Specjalistyczna szafa gazowa BSGS wstępnie przetwarza gazy wylotowe z przedmuchu, wymiany i detekcji nieszczelności wewnątrz szafy przed skierowaniem ich do scrubbera zakładu w celu scentralizowanego odprowadzania. Wraz z zakładowym systemem wentylacji wyciągowej tworzy kompletny, zgodny system z zamkniętą pętlą obejmujący źródło gazu, punkt użycia i odprowadzanie. Ten system z zamkniętą pętlą jest wymogiem obowiązkowym dla nowych i modernizowanych obiektów półprzewodnikowych zgodnie z normami takimi jak SEMI S2 (Przewodnik oceny bezpieczeństwa urządzeń półprzewodnikowych), GB 50177 (Kodeks projektowania stacji wodoru) i GB/T 50493 (Norma projektowania systemów detekcji i alarmów gazów palnych/toksycznych).

                              Prezentacja projektu masowego doprowadzania gazu