プロジェクト概要
2025年、盛濤金属は東南アジアにおけるハイスペック半導体製造拡張プロジェクトに参加し、新設されたクリーンルーム生産施設向けに精密ステンレス鋼管システムを供給した。このプロジェクトは、高度なチップパッケージングおよびウェハ処理技術を専門とする大手半導体部品メーカーによって開発された。
新施設は約48,000平方メートルの敷地面積を有し、半導体化学処理、超純水供給、ガス供給システム、精密製造作業向けに設計された複数のクラス100およびクラス1000のクリーンルーム環境を備えていました。極めて繊細な生産環境のため、このプロジェクトでは材料の清浄度、寸法精度、耐腐食性、および内部表面品質に関して非常に厳しい要件が課されました。
Shengtao Metal社は、同施設の超高純度流体供給システム向けに、高純度ステンレス鋼管、軌道溶接サポート、カスタム製作サービス、および技術調整を提供する企業として選定されました。このプロジェクトでは、電解研磨された316Lステンレス鋼管、サニタリー継手、軌道溶接部品、クリーンルーム対応配管アセンブリなど、直径1/4インチから4インチまでの精密ステンレス鋼管が3,600メートル以上必要でした。
主な目的は、厳格なクリーンルーム環境下での連続半導体生産を支えることができる、非常に安定性が高く汚染のない配管インフラを構築することであった。
材料選定
半導体製造環境では、従来の産業用途よりもはるかに高い材料純度基準が求められます。微細な表面汚染、金属粒子の放出、腐食生成物などであっても、ウェーハの品質や生産歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があります。
技術評価の結果、エンジニアリングチームは、すべての重要なプロセス配管システムに高純度316Lステンレス鋼を選定しました。316Lは、標準的なステンレス鋼と比較して、優れた耐食性、低炭素含有量、そして超純水システムや特殊化学物質移送用途との適合性の向上を実現しています。
Shengtao Metalが供給するすべてのチューブ材料は、高純度半導体用途向けのASTM A269およびSEMI F20規格に準拠しています。安定した耐食性を維持し、不純物レベルを最小限に抑えるためには、化学組成の管理が特に重要です。
316L合金に含まれるモリブデンは、塩化物腐食や酸性化学物質への曝露に対する耐性を向上させ、また、炭素含有量が少ないため、軌道溶接作業中の炭化物析出のリスクを最小限に抑える。
腐食性の高い化学物質供給システムを含むいくつかのプロセスラインでは、溶接の一貫性と内面清浄度を向上させるために、硫黄含有量を極めて低くした高性能電解研磨チューブが使用された。
表面仕上げおよび清浄度に関する要件
このプロジェクトで最も要求の厳しい点の1つは、内部表面の仕上げ品質でした。半導体クリーンルームシステムでは、粒子発生、細菌付着、および化学物質残留物の蓄積を最小限に抑えるために、チューブ内部の表面が極めて滑らかであることが求められます。
顧客は、超純水システムについては内部表面粗さの最大値をRa ≤ 0.25 μm、薬品供給ラインについてはRa ≤ 0.38 μmと指定した。
これらの要件を満たすため、Shengtao Metalは多段階電解研磨手順と精密洗浄および不動態化処理を組み合わせた処理を実施しました。すべてのチューブは以下の処理を受けました。
電解研磨後、チューブ表面には非常に安定したクロムを豊富に含む不動態皮膜が形成され、耐食性と汚染制御性能が大幅に向上した。
半導体製造仕様に準拠した内部清浄度基準を確保するため、高純度窒素ブローダウン分析を用いて粒子数試験を実施した。
完成したチューブ製品はすべて、出荷前に二重構造のクリーンルーム用包装材で個別に密封されました。
技術的な課題
このプロジェクトは、いくつかの複雑な工学的および物流上の課題を抱えていた。
まず、クリーンルーム施設は極めて厳格な汚染管理基準に基づいて運営されていました。クリーンルーム環境に持ち込まれるすべての資材は、文書化されたトレーサビリティ、洗浄証明書、および管理された取り扱い手順が必要でした。
第二に、多くのプロセスシステムでは、超高純度化学薬品と脱イオン水が連続循環条件下で稼働している。内部腐食や汚染が発生すると、半導体生産の歩留まりに影響を与え、高額な製品損失につながる可能性がある。
第三に、クリーンルーム環境内に半導体製造装置が密集して配置されているため、設置許容誤差が非常に厳しくなりました。配管通路によっては、隣接するシステム間の設置間隔が120mm未満しか確保できない箇所もありました。
これらの課題に対処するため、Shengtao Metalは製造段階と設置段階の両方において、EPC請負業者、クリーンルームエンジニア、および設置チームと緊密に連携しました。
高度な3D配管モデルを使用して、配管経路の最適化、デッドレッグの最小化、および限られたクリーンルーム空間内での設置効率の向上を図った。
精密加工プロセス
このプロジェクトでは寸法精度と清浄度に関する厳しい要件が課せられていたため、盛涛金属は生産工程全体を通して専用の製造管理体制を確立した。
すべてのチューブ部分は、バリのない切断面と一貫した寸法精度を確保するため、CNCオービタルカッティングシステムを使用して加工されました。重要な接続部については、寸法公差は±0.1 mm以内に維持されました。
製造工程においては、軌道溶接との適合性も重要な検討事項でした。顧客は、汚染リスクを最小限に抑え、溶接の一貫性を向上させるため、クリーンルーム内の配管接合部のほとんどに完全自動化された軌道溶接を要求しました。
この要件を満たすため、Shengtao Metalは、すべてのチューブ製造ロットにおいて、端部加工形状、肉厚の均一性、および硫黄含有量の制御を最適化しました。
各生産バッチは以下の工程を経て製造されました。
また、無作為に抽出したサンプル試料に対して、硝酸浸漬法を用いた耐食性試験を実施し、不動態皮膜の完全性を検証した。
溶接部内の平均フェライト含有量は、半導体業界の管理された仕様の範囲内に収まっており、安定した耐食性と長期的な溶接信頼性を確保している。
設置および軌道溶接
クリーンルーム施設内での設置には、汚染を防ぐための高度に管理された手順が必要でした。
クリーンルームエリアに入る前に、チューブの各セクションは専用のエアロックチャンバーを通して搬送され、高純度アルコールによる拭き取り洗浄手順で洗浄された。設置作業員は組み立て作業中、完全なクリーンルーム用防護服を着用した。
軌道溶接は、超高純度アルゴンシールドガスを用いた自動密閉型溶接システムを使用して実施された。
軌道溶接プロセスには、いくつかの利点があった。
設置段階では、2,400箇所以上の軌道溶接継手が完成した。
各溶接部は、内部の溶接部の滑らかさと酸化による変色がないことを確認するため、ボアスコープによる目視検査と無作為の内視鏡検査を受けた。
極めて重要な超純水システムについては、半導体製造条件下における漏れ防止性能を確認するため、ヘリウムリーク試験も実施した。
測定された平均漏洩率は1×10⁻⁹ atm·cc/secを下回り、顧客の許容要件を満たした。
システムテストと検証
設置完了後、配管システムは広範な試運転および検証手順を受けた。
超純水循環試験を96時間連続運転し、粒子数、導電率、流量安定性を監視した。
化学薬品供給システムは、実際の運転温度および圧力条件下で、模擬プロセス薬品を用いて試験された。
検証結果は以下の通りである。
すべてのプロセスシステムにおいて、通常の運転圧力の1.5倍の圧力で圧力試験を実施した。試験期間中、漏れや圧力の不安定性は検出されなかった。
クライアントのエンジニアリングチームは、すべての配管システムがSEMIのクリーンルーム基準および国際的な半導体製造要件を満たしていることを確認した。
業務実績
生産開始から3か月後、半導体メーカーは新しいクリーンルーム施設の性能評価を実施した。
従来の生産システムと比較して、新しいステンレス鋼管インフラはいくつかの測定可能な改善点を達成した。
同施設の技術部門は、軌道溶接されたチューブシステムは手作業による介入が少なく、優れた長期的なシール信頼性を示したため、メンテナンス停止中の効率が向上したと報告した。
電解研磨されたチューブ内部表面は、超純水システムの清浄度を大幅に向上させ、繊細な製造工程における粒子蓄積のリスクを低減させた。
結論
この半導体クリーンルーム用チューブプロジェクトの成功裡の完了は、先端製造業における精密ステンレス鋼ソリューションの極めて重要な役割を実証した。
半導体製造施設では、極めて高いレベルの材料清浄度、耐腐食性、寸法精度、溶接品質が求められます。Shengtao Metalは、高純度316Lステンレス鋼、高度な電解研磨技術、精密な製造プロセス、そして厳格なクリーンルーム設置管理を組み合わせることで、現代の半導体製造要件を満たす、非常に信頼性の高い配管インフラを実現しました。
半導体製造能力に対する世界的な需要が拡大し続けるにつれ、クリーンルームのインフラ基準はますます厳しくなっています。高性能なステンレス鋼製チューブシステムは、高度な半導体製造環境において、安定した生産、汚染制御、そして長期的な運用信頼性を確保するために不可欠となっています。
Shengtao Metalは、半導体、医薬品、超クリーン産業用途における世界的な需要の高まりを支えるため、高純度ステンレス鋼の生産能力、電解研磨技術、精密加工システムへの投資を継続しています。
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