半导体厂节能题.doc

半导体厂节能专题 半导体厂耗能指标之建立壹、? ? ? ? 前 言 贰、? ? ? ? 理论及实测说明 参、? ? ? ? 结果与讨论 肆、? ? ? ? 制程冷却水的节能(实例说明) 伍、? ? ? ? 结 论陆、? ? ? ? 参考文献 ■ 台北科技大学冷冻空调研究所∕林洋闵、胡石政 ■  ■ 台北科技大学机电整合研究所∕吴振旭 ■  就半导体厂而言，了解耗能指标对于节约能源的执行是非常重要的，因此本文特别针对半导体厂建立一个能源分析的模型，将此模型应用于一个每年投片量约为420,000片的标准8吋DRAM厂，介绍其厂务系统的耗能指针研究，包括冰水系统、外气系统、循环空气系统、排气系统、压缩空气系统、制程冷却水系统、真空系统及超纯水系统，并以实际的节能改善例子说明能源指针的功用和节能的效益。  高科技产业是目前台湾经济之主要动力，其中尤以半导体晶圆制造及光电工业为主轴，并带动封装测试及光电周边产品制造等产业，最近更延伸至生物科技产业。一般人常误以为半导体产业既然是高科技产业，一定是省能工业，事实上，半导体产业耗能相当庞大，一般而言冷冻容量达10,000RT之商用空调标的物相当少，但一座八吋晶圆厂之冷冻容量往往就已接近10,000 RT。而且由于晶圆制造与光电工业之附加价值高，能源费用占整体生产成本之比例低，导致厂务普遍养成产能至上、工程进度为重之认知，在高可靠度之电能供应下便鲜少注意到节约能源。 高科技产业之耗电量惊人，并且为了因应制程和产品的良率，电力质量要求甚高，因此形成科学园区与一般工业区截然不同之用电特性，即「高用电成长、高供电质量、高用电负载密度及高产值」的特质。台湾得以享用数十年之廉价电力，未来将因世界性二氧化碳排放量之管制而成为历史，各高科技产业如不力行节能减废，除必须负担高额电费外，甚至会面临贸易制裁的问题。 ??以某半导体工厂为标的，其无尘室(clean room)面积为11,182m2 (生产区Fab为8,717m2)，晶圆(wafer)尺寸为200mm，满载月产256M DRAM35,000片。此规模的半导体工厂单位耗能量是以厂务监控系统(Facility Monitoring System；FMS)的信息为基础，搭配现场实际量测平均值，以计算出换算系数。至于制程区(process area)与设备保养区(machine maintain area)方面，虽然生产装置的负荷各有差异，但是均可由单位耗能的方式进行计算。 另外，温度的量测方法是取温湿度计不同之10个时间点量测A、B、C、D、E等状态点(参阅图1)及排气温度，并取其平均温度。而风速的量测则是以风速计量测滤网风机模块(Fan Filter Unit，FFU)下方之风速，以计算每个FFU实际出风速度，进而推算出整厂的循环风量和换气次数。  图1. 无尘室各种热负荷模型  一、Fab内部负荷计算模式 该半导体厂系统架构由13部满载为78,000 CMH 之外气空调箱(MAU)供应，内部循环则为FFU系统。无尘室送风温度为22±2℃，相对湿度约等于43±5 %，吸收Fab 和机台发热以及无尘室制程设备(Facility)发热后，与外气风管送入之低温新鲜外气混合，再经过干盘管(Dry Coil)冷却后至无尘室FFU上方(TRUSS)，再藉由FFU系统送入无尘室内。Dry Coil主要功能为调整控制无尘室温度，如图1所示，由无尘室内各状态点及风量来计算无尘室内部的负荷；图2则为排气负荷风车耗电分布图。  图2. 排气负荷风车耗电分布图二、设备发热的空调耗能 设备发热的空调耗能包括：1.装置发热的室内负荷所消耗的空调能源； 2.无尘室内维持清净度所需之除尘系统空调能源。除此之外，空调除尘方式以FFU方式计算每个空调耗能，最后再计算含除尘机器的设备发热空调耗能。生产机台包括蚀刻(Etching)、薄膜(Film)、黄光(Photo)、扩散(Diffusion)及其它等，一天输入电力总共为176,808kWh，装置总发热量为7,367kW。于装置负荷中，室内负荷占36.6%(2,697.6kW)、冷却水负荷占56.6%(4173.8kW)、排气负荷占6.7%(495kW)，以此换算装置的发热密度是309.4 W/m2(室内负荷：2,697.6 kW / 生产区Fab的面积：8,717 m2)，图3为设备热负荷比例示意图。图3. 设备热负荷比例示意图  若以冷却塔、冷却水帮浦及冰水机的耗电量除以冰水机的负荷(RT)，经单位换算后得到夏季和冬季的每单位冷却负荷的耗能数据，如表1。 表1. 夏季和冬季每单位冷却负荷之耗能数据 三、装置发热负荷的详细项目 ? ? ? ? 1.冷却能源 ? ?