隨著半導(dǎo)體工藝制程的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路的制程精度已經(jīng)全面進(jìn)入納米時(shí)代，隨著對(duì)氣流組織以及微環(huán)境控制的研究，固體顆粒污染物對(duì)于潔凈室環(huán)境的影響越來(lái)越容易控制，而空氣分子污染AMC ( Airborne Molecular Contamination )逐漸成為影響潔凈室環(huán)境和工藝制程良率的重要影響因素，而如何有效地去除AMC污染則成為近年來(lái)暖通空調(diào)行業(yè)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。
1 AMC污染的危害與防護(hù)
一般而言AMC污染中有幾個(gè)主要污染物為堿類NH3、酸類SOx、NOx、HCl及有機(jī)類的TVOC等，而主要污染區(qū)域有以下幾個(gè)：一是NH，會(huì)和光阻劑發(fā)生中和反應(yīng)，形成T-Topping缺陷；二是各類有機(jī)污染物會(huì)附著在晶圓表面，導(dǎo)致組件氧化膜特性惡化；三是NH、各類酸類會(huì)發(fā)生反應(yīng)形成(NH4) 2SO4鹽霧等在光刻機(jī)鏡頭上結(jié)晶，造成鏡頭霧化。光刻機(jī)是整個(gè)半導(dǎo)體工藝的核心，光刻機(jī)鏡頭又是光刻機(jī)的心臟，對(duì)于這樣一個(gè)成本達(dá)到千萬(wàn)甚至上億美元的設(shè)備，采取切實(shí)有效的防護(hù)措施是非常必要的。
目前對(duì)AMC污染的防護(hù)措施有兩種，一種是采取吸附型化學(xué)過(guò)濾器，這類材料會(huì)針對(duì)不同的污染成分進(jìn)行處理，但是此種產(chǎn)品價(jià)格高，無(wú)法反復(fù)利用，同時(shí)針對(duì)不同污染物需要多層過(guò)濾，增加系統(tǒng)阻力。第二種就是利用水對(duì)空氣進(jìn)行清洗，將空氣中分子污染成分通過(guò)水進(jìn)行良好的吸收，而水又是相對(duì)廉價(jià)的介質(zhì)，清洗后的廢水通過(guò)一定的處理還可以回收再利用，但是水除了對(duì)SO2、NH3等 幾種污染物去除效率較高，對(duì)于其他污染物，尤其是NOx和TVOC基本無(wú)效，而水洗還容易形成等焓加濕過(guò)程，造成空氣溫度降低，濕度增加，因此水洗一般用 于新風(fēng)系統(tǒng)，以去除室外大氣中的AMC污染為主，同時(shí)還要輔助增加化學(xué)過(guò)濾器，去除水洗無(wú)法吸收的污染物，而室內(nèi)污染一般通過(guò)化學(xué)過(guò)濾器消除。因此本文主要對(duì)新風(fēng)機(jī)組中的水洗噴淋加濕段進(jìn)行探討，其他化學(xué)過(guò)濾器的設(shè)置不在本文范圍內(nèi)。
2水洗噴淋加濕段的選型
水洗段的所用水質(zhì)會(huì)影響水洗段去除空氣分子污染物的效率，同時(shí)也是水洗段日常成本的重要部分，自來(lái)水的價(jià)格低廉，但是本身雜質(zhì)較多，對(duì)去除AMC效率影響較大，而純水的成本相對(duì)較高，對(duì)于去除AMC效率可以做到一定保障，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，純水水洗段可以將大氣中SO2成分去除90%以上，NH3成分去除80%以上，即使較難溶于水的NOx、成分亦可去除30%~40%。而一般半導(dǎo)體工廠均會(huì)設(shè)置純水站提供高純度純水，水洗加濕段用水采用去離子水( DI Water)即可，來(lái)源穩(wěn)定方便。
新風(fēng)機(jī)組水洗噴淋加濕段同時(shí)具備兩種功能，一個(gè)是去除AMC污染，一個(gè)是冬季加濕，其中第一個(gè)功能是全年使用，而第二個(gè)功能僅在冬季室外大氣絕對(duì)濕度低于室內(nèi)控制的濕度時(shí)才開(kāi)啟，因此建議將水洗段放置在預(yù)熱段、表冷段之后，與表冷段相鄰，這樣的好處是夏季無(wú)須加濕的時(shí)候，室外濕熱空氣通過(guò)表冷段后達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)送風(fēng)，此時(shí)的風(fēng)通過(guò)水洗段時(shí)，僅會(huì)將空氣中的塵埃、分子污染物等被水去除，而不會(huì)發(fā)生等焓加濕狀態(tài)，夏季室外新風(fēng)經(jīng)過(guò)水洗段后，溫濕度參數(shù)不發(fā)生變化。而冬季當(dāng)室外大氣絕對(duì)含濕量低于室內(nèi)絕對(duì)含濕量要求的時(shí)候，通過(guò)預(yù)熱段將空氣加熱至合適的溫度，通過(guò)不工作的表冷段后在水洗段清洗的同時(shí)，通過(guò)等焓加濕狀態(tài)將空氣濕度提升至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，同時(shí)滿足清潔和加濕的需求。
水洗噴淋加濕段的主要參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是冬季加濕量，一個(gè)是去除空氣分子污染物所需水量，這兩個(gè)水量計(jì)算方式不一樣，需要同時(shí)考慮，比較后選擇較大的水量，冬季加濕量根據(jù)室內(nèi)外空氣計(jì)算參數(shù)計(jì)算即可。在進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度后即可通過(guò)等焓加濕過(guò)程完成，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，處于加濕狀態(tài)對(duì)于空氣分子污染物去除效率并沒(méi)有太大的影響，可以忽略。而去除空氣分子污染物的水量計(jì)算需要考慮因素比較多，如外氣污染物濃度、混合段長(zhǎng)度、液滴粒徑、水噴淋段的段數(shù)、水洗段的水汽比等，而其中影響最大的就是水噴淋段的段數(shù)和水氣比。現(xiàn)在對(duì)于室外大氣AMC污染的一個(gè)重要指標(biāo)就是NH3和SO2的去除率，一般要求最少達(dá)到90%以上，可以有效節(jié)省化學(xué)過(guò)濾器成本。因此在這個(gè)前提下，一般水噴淋段需要設(shè)置兩道噴水段，噴出水霧顆粒直徑一般不大于400μm，確保能滿足清洗和加濕的雙重功能，同時(shí)水氣比越大則去除效率越好，水洗段的水氣比是一個(gè)重要參數(shù)，是指單位體積下，水與空氣比值，一般作為經(jīng)驗(yàn)值供設(shè)備選型參考，如常見(jiàn)的兩道水噴淋段一般水氣比為1.2左右，此時(shí)的清洗水量是遠(yuǎn)大于加濕水量，所以一般水洗段循環(huán)水量選型按照清洗水量來(lái)考慮，但是同時(shí)水氣比越高則代表循環(huán)水量越大，日常耗電耗水也會(huì)越高，所以也會(huì)增加使用成本。
3水洗噴淋加濕段的節(jié)能措施
雖然水洗噴淋段相比化學(xué)過(guò)濾段，使用成本已經(jīng)很低，但是適當(dāng)采取一些節(jié)能措施是可以在不影響清洗和加濕效果的前提下盡量降低日常能耗成本。
(1)利用表冷段凝結(jié)水，水洗段一般會(huì)有一個(gè)底部水箱，讓水不停地循環(huán)噴淋，對(duì)空氣進(jìn)行清洗，而表冷段會(huì)產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，凝結(jié)水是比較清潔的水，在夏季可以作為水洗段用水的補(bǔ)充。所以合理設(shè)置底部水箱的尺寸可以收集表冷段凝結(jié)水，節(jié)約用水。
(2)增加濕膜，一般兩道水噴淋間為了保證水霧擴(kuò)散和空氣接觸的充分性，都會(huì)空出一定的空間，而在空段的上增加濕膜，可以在濕膜表面形成水膜，只要能夠保證水膜的濕潤(rùn)度，可以確保所有空氣都與水膜接觸，從而清洗其中的空氣分子污染物，而因?yàn)樗ひ暂^少水量即可充分保持，有效降低水氣比，可以節(jié)約用水，同時(shí)循環(huán)水量降低可以讓循環(huán)水泵選型變小，節(jié)約用電。但是濕膜材料本身要求較高，需采用親水性材料，能達(dá)到足夠的吸水率，同時(shí)要防腐抗菌耐火，所以一定要綜合考慮設(shè)置。
(3)根據(jù)室外污染情況合理開(kāi)啟循環(huán)水泵及水噴淋段，在我國(guó)南方地區(qū)大氣污染輕度污染的情況更為常見(jiàn)，但是為了防止重度污染造成的危害，設(shè)計(jì)上往往按照重度污染天氣的入口污染物濃度來(lái)計(jì)算水洗段，而常規(guī)水洗段都有兩道，所以在輕度污染的天氣僅開(kāi)啟一道 水洗段即可滿足污染物去除效率的要求，這樣用水用電可以直接節(jié)約一半，但目前預(yù)報(bào)大氣污染物濃度一般都是以全市范圍來(lái)考慮，為了更加準(zhǔn)確，可以考慮在新風(fēng)入口處設(shè)置空氣污染物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果選擇開(kāi)啟不同等級(jí)的水洗段來(lái)達(dá)到最佳性價(jià)比的效果。
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