一、洁净室温湿度处理基本介绍
目前半导体厂由于其工艺加工线宽极小,在30~180纳米之间,因此对温湿度的精度要求很高,基本上温度设定点为22℃, 控制精度要求为±0.5℃,相对湿度设定点为45%RH精度为±5%RH。该类净室一般采用新风集中处理加FFU系统,在回风层或静压箱内设干表冷器。洁净室内的洁净度由新风机组保证,温湿度由MAU及干冷盘管DCC保证。
二、洁净室温湿度处理基本流程
目前,半导体洁净室厂房通常采用新风空调箱(Makeup Air Unit,MAU) +风机过滤单元(Fan Filter Unit,FFU) +干冷盘管(Dry Cooling Coil,DCC)的设计,即新风空调箱MAU对外气进行处理后,将具有一定洁净等级和温湿度的新风送到洁净室的回风通道中,和循环回风进行混合后再经过干表冷盘管后进入洁净室吊顶上方的静压箱,通过风机过滤单元FFU加压后进入洁净室生产区域,从而基本达到无尘室的温湿度、洁净度及正压度的要求。由于整个洁净室内摆满了各种生产机器,这些机器都保持持续的运转,会产生大量的热量,这些热量在通过回风通道内的干盘管DCC时进行冷却而被带走,从而达到长时间稳定的温湿度环境。
对于洁净室的温湿度控制,最主要的两块是新风空调箱和干盘管。新风空调箱除了要保证外界大气经过其中的初、中和高效过滤网,把0.3μm以上的颗粒过滤掉外,还要根据洁净室里面的温湿度情况调整出风口的温湿度,保证送入的新风在规定的温湿度范围内。而干盘管是根据洁净室里面安装的温湿度传感器测量的值来调整干盘管冷水阀的开度,进而调节回风和送风混合后的温湿度,以保证满足半导体工艺的温湿度需求。
洁净室内的机台发热量分布不均匀,这主要室由于每种工艺制程设备的发热量大不相同,例如炉管机台的发热量相较于其他机台大得多(基本在3~5倍之间),因此必须在洁净室内用干盘管DCC带走这些热量。通常要求同一制程或工艺通道的气流经过同一区的DCC,在建筑已经确定的情况下,制程的分布要与回风道垂直,如果条件允许,最好是将不同制程的区域区隔开,这样可避免金属粒子污染,且提高温湿度控制的稳定性。为得到精确的温湿度控制,应尽量避免或减少Ballroom (开放型的洁净室) 内各区域之间的气流交叉,所以各区域的干表冷器结构形式、空气侧阻力应尽量一致。
考虑室内湿度控制精度及表冷器空气阻力等因素,应确保DCC在表面干燥的工况下工作,DCC所用的冷冻水温度应根据室内湿负荷、室内空气的露点温度等因素确定,半导体厂房工艺生产设备发湿量较低,考虑DCC所用冷冻水本身的温度控制精度以及其他的安全余量,实际工程中一般冷冻水供水温度比室内空气露点温度高2~3℃,温差通常取3~5℃,根据室内温度控制精度确定。按照洁净室本身温湿度控制设定值要求,即温度22℃,湿度45%RH,其对应的露点温度为9.5℃,所以,DCC的冷冻水温度通常控制在12℃。DCC所用的冷冻水通常以混水方式或换热方式得到。
考虑干表冷器空气阻力,干表冷器断面风速不宜太高,因为过高的风速会使干表冷器空气侧阻力偏大。而由于房间噪声要求的限制FFU所能提供的机外余压有限,一般为90Pa,考虑其他风路阻力,干表冷器的空气侧阻力通常控制在40 Pa左右。
通常情况下,洁净室的温湿度控制在22±0.5℃,45%±5%RH,MAU的送风温度基本控制在21℃~21.5℃,再和循环风混合后,FFU 出风口的温度控制在22℃,这样经过工作层面后,温度将会再上升,在机台负载变化的情况下,干冷盘管控制带走热量的多少,确保整个环境温度基本稳定。
三、洁净室温湿度控制注意点
在空调的温湿度处理过程中,为了解决除湿问题,通常采用湿度优先的方法,冷水阀主要用来除湿,同时也造成温度的下降,然后通过热水阀的再热,使温湿度均能达到所要求的值,这样的做法虽然可以满足设计要求,但在相当多的时候,冷热水阀使能量相互抵消,造成了能源的浪费。同样,如果进入洁净室的新风温度过高,将导致整个洁净室的热负荷加大,DCC开度增大以抵消新风带来的热负荷;如果进入洁净室的新风的温度过低,将使得在DCC开度为零时都无法达到环境温度的要求。由于空调系统的能耗占整个半导体厂的能耗的30%~35%,因此对空调设备进行优化控制,选择合理温湿度设定值,对提高整个洁净室温湿度控制的稳定性及节能具有重要的意义。
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