隨著半導體工藝制程的進步，大規(guī)模集成電路的制程精度已經(jīng)全面進入納米時代，隨著對氣流組織以及微環(huán)境控制的研究，固體顆粒污染物對于潔凈室環(huán)境的影響越來越容易控制，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污染則成為近年來暖通空調(diào)行業(yè)研究的重點問題。
1 AMC污染的危害與防護
一般而言AMC污染中有幾個主要污染物為堿類NH3、酸類SOx、NOx、HCl及有機類的TVOC等，而主要污染區(qū)域有以下幾個：一是NH，會和光阻劑發(fā)生中和反應(yīng)，形成T-Topping缺陷；二是各類有機污染物會附著在晶圓表面，導致組件氧化膜特性惡化；三是NH、各類酸類會發(fā)生反應(yīng)形成(NH4) 2SO4鹽霧等在光刻機鏡頭上結(jié)晶，造成鏡頭霧化。光刻機是整個半導體工藝的核心，光刻機鏡頭又是光刻機的心臟，對于這樣一個成本達到千萬甚至上億美元的設(shè)備，采取切實有效的防護措施是非常必要的。
目前對AMC污染的防護措施有兩種，一種是采取吸附型化學過濾器，這類材料會針對不同的污染成分進行處理，但是此種產(chǎn)品價格高，無法反復(fù)利用，同時針對不同污染物需要多層過濾，增加系統(tǒng)阻力。第二種就是利用水對空氣進行清洗，將空氣中分子污染成分通過水進行良好的吸收，而水又是相對廉價的介質(zhì)，清洗后的廢水通過一定的處理還可以回收再利用，但是水除了對SO2、NH3等 幾種污染物去除效率較高，對于其他污染物，尤其是NOx和TVOC基本無效，而水洗還容易形成等焓加濕過程，造成空氣溫度降低，濕度增加，因此水洗一般用 于新風系統(tǒng)，以去除室外大氣中的AMC污染為主，同時還要輔助增加化學過濾器，去除水洗無法吸收的污染物，而室內(nèi)污染一般通過化學過濾器消除。因此本文主要對新風機組中的水洗噴淋加濕段進行探討，其他化學過濾器的設(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)會影響水洗段去除空氣分子污染物的效率，同時也是水洗段日常成本的重要部分，自來水的價格低廉，但是本身雜質(zhì)較多，對去除AMC效率影響較大，而純水的成本相對較高，對于去除AMC效率可以做到一定保障，經(jīng)過實驗測算，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%。而一般半導體工廠均會設(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，來源穩(wěn)定方便。
新風機組水洗噴淋加濕段同時具備兩種功能，一個是去除AMC污染，一個是冬季加濕，其中第一個功能是全年使用，而第二個功能僅在冬季室外大氣絕對濕度低于室內(nèi)控制的濕度時才開啟，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須加濕的時候，室外濕熱空氣通過表冷段后達到機器露點送風，此時的風通過水洗段時，僅會將空氣中的塵埃、分子污染物等被水去除，而不會發(fā)生等焓加濕狀態(tài)，夏季室外新風經(jīng)過水洗段后，溫濕度參數(shù)不發(fā)生變化。而冬季當室外大氣絕對含濕量低于室內(nèi)絕對含濕量要求的時候，通過預(yù)熱段將空氣加熱至合適的溫度，通過不工作的表冷段后在水洗段清洗的同時，通過等焓加濕狀態(tài)將空氣濕度提升至送風狀態(tài)點，同時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，一個是冬季加濕量，一個是去除空氣分子污染物所需水量，這兩個水量計算方式不一樣，需要同時考慮，比較后選擇較大的水量，冬季加濕量根據(jù)室內(nèi)外空氣計算參數(shù)計算即可。在進風溫度達到設(shè)定溫度后即可通過等焓加濕過程完成，并且通過實驗測試，處于加濕狀態(tài)對于空氣分子污染物去除效率并沒有太大的影響，可以忽略。而去除空氣分子污染物的水量計算需要考慮因素比較多，如外氣污染物濃度、混合段長度、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)在對于室外大氣AMC污染的一個重要指標就是NH3和SO2的去除率，一般要求最少達到90%以上，可以有效節(jié)省化學過濾器成本。因此在這個前提下，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，同時水氣比越大則去除效率越好，水洗段的水氣比是一個重要參數(shù)，是指單位體積下，水與空氣比值，一般作為經(jīng)驗值供設(shè)備選型參考，如常見的兩道水噴淋段一般水氣比為1.2左右，此時的清洗水量是遠大于加濕水量，所以一般水洗段循環(huán)水量選型按照清洗水量來考慮，但是同時水氣比越高則代表循環(huán)水量越大，日常耗電耗水也會越高，所以也會增加使用成本。
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過濾段，使用成本已經(jīng)很低，但是適當采取一些節(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，水洗段一般會有一個底部水箱，讓水不停地循環(huán)噴淋，對空氣進行清洗，而表冷段會產(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散和空氣接觸的充分性，都會空出一定的空間，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，而因為水膜以較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，能達到足夠的吸水率，同時要防腐抗菌耐火，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啟循環(huán)水泵及水噴淋段，在我國南方地區(qū)大氣污染輕度污染的情況更為常見，但是為了防止重度污染造成的危害，設(shè)計上往往按照重度污染天氣的入口污染物濃度來計算水洗段，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)報大氣污染物濃度一般都是以全市范圍來考慮，為了更加準確，可以考慮在新風入口處設(shè)置空氣污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)測量結(jié)果選擇開啟不同等級的水洗段來達到最佳性價比的效果。
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