Введение в специальный газовый шкаф BSGS

Шкаф специального газа BSGS

На высокотехнологичных производственных предприятиях полупроводников, TFT-ЖК-дисплеев, фотовольтаики, литий-ионных аккумуляторов и других отраслях специальные газы, такие как силан (SiH₄), аммиак (NH₃), водород (H₂), хлор (Cl₂), гексафторид вольфрама (WF₆) и другие специальные газы, доставляются на объект в баллонах высокого давления и транспортируются по трубопроводам в технологические камеры для обеспечения критически важных процессов, таких как осаждение пленок, травление и легирование. Большинство этих газов являются легковоспламеняющимися, взрывоопасными, высокотоксичными или высококоррозионными. Между баллонами и технологическим оборудованием должен быть центральный узел, объединяющий хранение, регулирование давления, переключение, мониторинг, блокировку и очистку отходящих газов — BSGS (система подачи специальных газов в больших объемах).

ВВЕДЕНИЕ В ФУНКЦИОНАЛ

Обзор шкафа специального газа BSGS

Демонстрация шкафа специального газа BSGS от Wofly Technology

01 Общая структура

Шкаф специального газа BSGS представляет собой вертикальный стальной шкаф, объединяющий шесть блоков: герметичную зону хранения баллонов, узел распределительного коллектора и клапанов из нержавеющей стали, блок регулирования давления, блок управления с человеко-машинным интерфейсом на базе ПЛК, блок обнаружения газа и системы безопасности, а также блок очистки отходящих газов. Газовые линии используют трубки из нержавеющей стали 316L EP/BA и диафрагменные клапаны высокой чистоты для соответствия требованиям SEMI к газам высокой чистоты. Верхняя часть шкафа оснащена красными, желтыми и зелеными сигнальными лампами, а дверца шкафа имеет смотровое окно и механический замок. Баллоны закреплены на специальных кронштейнах, и замена баллонов может производиться только после успешного завершения процесса изоляции и продувки.

                       Внутри шкафа специального газа BSGS

02 Автоматическое переключение на двойной бак

BSGS сконфигурирован с двумя зеркальными газовыми линиями: одна для основного баллона, другая для резервного. ПЛК в режиме реального времени контролирует выходное давление основного баллона. Когда давление падает до установленного нижнего предела процесса, он автоматически закрывает узел клапана основного баллона и открывает узел клапана резервного баллона, обеспечивая переключение без прерывания работы и одновременно активируя сигнал тревоги, указывающий на необходимость замены баллона. Это предотвращает прерывание технологического газа из-за опустошения одного баллона. В процессе переключения система автоматически выполняет продувку трубопровода и поддержание давления (проверку на утечку) для предотвращения перекрестного загрязнения газов между двумя линиями и обратного потока воздуха в трубопровод высокой чистоты.

03 Многоступенчатое регулирование давления и стабильный выход давления

Давление в баллонах варьируется от нескольких мегапаскалей до более чем десяти мегапаскалей (давление паров NH₃ составляет примерно 0,9 МПа, в то время как баллоны с SiH₄ высокого давления могут достигать более десяти МПа), тогда как технологический конец требует всего 0,2–0,5 МПа. Шкаф специального газа BSGS стабилизирует выходное давление посредством двухступенчатого процесса снижения давления — первичного снижения давления (на стороне высокого давления) и вторичного снижения давления (точной регулировки на стороне низкого давления) — в сочетании с манометрами, датчиками давления и дроссельными шайбами. На коллекторе установлены пневматические диафрагменные клапаны и обратные клапаны, причем клапаны имеют соединения с уплотнением по торцу 316L VCR.

                      Отображение трубопроводов на панели специального газового шкафа

04 Обнаружение утечек и сигнализация блокировки безопасности

Детекторы устанавливаются внутри шкафа в соответствии со свойствами газов: каталитические или инфракрасные детекторы используются для горючих газов (H₂, SiH₄, NH₃); электрохимические детекторы используются для высокотоксичных и коррозионных газов (Cl₂, PH₃, AsH₃) и располагаются внизу или вверху шкафа в зависимости от плотности газов. Когда концентрация достигает нижнего порога сигнализации, срабатывает звуковая и световая сигнализация и передается сигнал; когда она достигает верхнего порога сигнализации, автоматически закрывается клапан на конце баллона, активируется аварийная вентиляция, отключаются невзрывозащищенные электрические цепи и отправляется сигнал блокировки в систему обнаружения утечек (GDS) предприятия.

                                   Демонстрация датчика дыма

05 Взрывозащищенное избыточное давление и электробезопасность

Для применений, связанных с легковоспламеняющимися и взрывоопасными газами, такими как SiH₄, H₂ и NH₃, шкаф специального газа BSGS оснащен взрывозащищенным шкафом управления с избыточным давлением типа PXK. В шкаф подается чистый сжатый воздух или азот (N₂), чтобы поддерживать небольшое избыточное давление, предотвращая проникновение взрывоопасных смесей извне; сенсорный экран HMI, кнопка аварийной остановки, а также звуковая и световая сигнализация расположены внутри камеры с избыточным давлением, а электрические компоненты выбираются в соответствии с классом взрывозащиты Ex.

          Выставка взрывозащищенных шкафов с избыточным давлением

06 Очистка отходящих газов и соответствие нормам выбросов

Шкаф специального газа BSGS выделяет небольшое количество технологических отходящих газов во время операций продувки, замены и смены баллонов. После адсорбции и нейтрализации отходящие газы выбрасываются наружу через специальный вытяжной канал в соответствии с нормами выбросов, тем самым предотвращая накопление токсичных и легковоспламеняющихся газов в цехе.

ВВЕДЕНИЕ В ФУНКЦИОНАЛ

Роль шкафов специального газа BSGS в системах подачи специальных газов в больших объемах

               Демонстрация оборудования цеха Wofly Technology

01 Устранение неисправностей системной связи

Полная цепочка поставок специальных газов состоит из четырех разделов: ① Зона источника газа (комната баллонов/станция специальных газов) хранит стеллажи для баллонов; ② Шкаф специального газа BSGS отвечает за переключение, регулирование давления, мониторинг, блокировку и очистку отходящих газов; ③ Распределительные трубопроводы и клапанные коробки (VMB/VMP) подают газы высокой чистоты в различные технологические зоны; ④ На конце технологического оборудования (Tool) газы направляются через панель управления газом на конечной точке (GCP) в камеры травления, осаждения и ионной имплантации. Шкаф специального газа BSGS расположен в сегменте ① и служит физической и безопасной границей между зоной хранения баллонов высокого давления и чистым помещением.

  Подборка систем специального газа BSGS (только для справки)

02 Изоляция безопасности

Основная ценность системы шкафа специального газа BSGS заключается в изоляции. Баллоны высокого давления, высокотоксичные и легковоспламеняющиеся газы всегда находятся внутри шкафа, оснащенного смотровым окном; во время нормальной работы персонал не контактирует с газовыми линиями высокого давления. В случае утечки немедленно активируется аварийная вентиляция, а блокировка высокого уровня тревоги отключает клапан. Утечка газа удерживается внутри шкафа, очищается, а затем выбрасывается, предотвращая его распространение в чистое помещение, коридоры или зоны работы персонала, тем самым гарантируя, что концентрация газа в основной рабочей зоне всегда остается ниже предельно допустимой концентрации (OEL).

03 Непрерывная подача газа

Производственные линии полупроводников работают круглосуточно, и однократное прерывание подачи газа к одному устройству может привести к браку всей партии пластин. Система автоматического переключения на двойной баллон в шкафу специального газа BSGS превращает замену баллона из автономной операции в процесс в режиме онлайн: когда основной баллон опустошается, резервный баллон автоматически включается в работу, позволяя эксплуатационному и обслуживающему персоналу заменить пустой баллон без прерывания процесса. После замены система автоматически выполняет поддержание давления и продувку перед переключением обратно на основной путь подачи, напрямую обеспечивая общий коэффициент использования производственной линии.

                               Выставка трубопроводов для газов в больших объемах

04 Вторичная стабилизация давления и качества подачи воздуха

Шкафы специального газа BSGS обычно подают технологическое оборудование через трубопроводы BA/EP, охватывающие расстояния от десятков до сотен метров. На маршруте возникают колебания давления из-за сопротивления трения, распределения газа в VMB и одновременного потребления газа несколькими единицами оборудования. Шкаф специального газа BSGS точно регулирует выходное давление до технологического требования на стадии вторичного регулирования давления. Работая совместно с последующим датчиком давления для компенсации по замкнутому контуру, он поддерживает стабильное входное давление в VMB, тем самым предотвращая конкуренцию нескольких устройств за газ и избегая колебаний расхода, которые могут повлиять на однородность пленки и селективность травления.

                              Презентация проекта по газам в больших объемах

05 Загрузка данных, интегрированная с системами GDS/GMS

Современный BSGS служит полевым узлом для общезаводской системы обнаружения утечек газа (GDS) и системы мониторинга газа (GMS). По проводной связи или через Modbus/Profinet BSGS передает в центральную диспетчерскую в режиме реального времени данные, включая статус баллона (используется/резервный/пустой), входное и выходное давление, суммарный расход, концентрацию датчика, статус дверцы шкафа и коды тревоги. Это позволяет эксплуатационному и обслуживающему персоналу удаленно определять, какие шкафы требуют замены баллонов, а какие участки трубопроводов имеют незначительные утечки, тем самым облегчая предиктивное техническое обслуживание.

06 Соответствие замкнутому контуру на стороне выбросов

Шкаф специального газа BSGS предварительно обрабатывает отходящие газы от продувки, замены и обнаружения утечек внутри шкафа перед их подачей на скруббер предприятия для централизованного выброса. Вместе с системой вытяжной вентиляции предприятия это образует полную, соответствующую требованиям замкнутую систему, охватывающую источник газа, точку использования и выброс. Эта замкнутая система является обязательным требованием для новых и модернизируемых полупроводниковых предприятий в соответствии со стандартами, такими как SEMI S2 (Руководство по оценке безопасности оборудования для полупроводниковой промышленности), GB 50177 (Строительные нормы для водородных станций) и GB/T 50493 (Стандарт проектирования систем обнаружения и сигнализации горючих/токсичных газов).

                             Презентация проекта по газам в больших объемах