架构节能环保的半导体晶圆厂

乏味 · 发表于 2010-12-29 14:48:45

作者：Marty Sedler, Anisha Ladha and Edward Smith, Intel Corp., Santa Clara, Calif. 　来源: 半导体国际

英特尔公司的创始人之一戈登•摩尔是一位久经沙场的环保卫士，在公司塑造了环保意识的传奇并持续至今。我们非常鼓励我们的员工用同层次的知识和创造力去解决设计与生产的环境挑战，他们所做的就是创造和开发下一个突破性的技术。

综合能源管理

我们建立了自己的综合能源管理方案组合。通过各种努力，包括且不限于资源保护、能源效率、太阳能安装、绿色电力采购、高效建造设计等，我们已建立了行之有效的可持续的方法，以经济环保的途径购买和使用能源。十多年来，英特尔公司有一项规划，涉及能源保护、扩展至可再生能源投资以及计算环境节能内容，一直致力于减少各项运营对环境的影响。

半导体制造业的大趋势本质上都是走向更高能效。举例来说，从200毫米至300毫米晶圆工艺的转变就将能耗降低了约20%。摩尔定律可帮助节省每个芯片的能源，因为更小的功能尺寸可使每个晶圆上放置更多芯片。此外，芯片变小的趋势也显著减少了制造每个芯片所需的能源。

除了通过向300毫米过渡而获取经济效益之外，我们还达到了电和天然气的高能效。2001年，英特尔公司实施了一个资本融资计划专用于环保和能效项目。该计划的目的是维护改良的重要性并限制资金用于其它目的。其成果体现在整个公司的众多能效和环保的改进，包括高效照明、智能系统控制、锅炉功效、冷却水改良、清洁室加热、通风和空调改良、以及操作工艺和步骤改良。

从那时起，我们以动力保护为中心，投资了3500多万美元，共同完成了1300多项协同工作，同时成功节省超过6.40亿千瓦时的能源使用。所有投资每年带来约1800万美元的成本节省。

图1. 在俄勒冈州英特尔公司的Ronler Acres园区里，人们正在进行冷却水能耗的优化工作。

成功的要素在于狠抓整个晶圆厂场所的资金和基础工作。员工对自己的创新进行设想、证实和实施，然后作为正式的工艺展开应用到其它制造场所。比方说，在俄勒冈州人们正在进行冷却水能耗的优化工作。在新墨西哥州，从初始的“汽化器”技术向可控地燃料注入技术转变，对大型热水锅炉进行改良，节省了40%的操作能耗。在亚利桑那州，改良工程减少了吸附式干燥机的清洗次数，使得提供等量压缩空气给半导体制造厂的动力成本降低了30%。此外，所有晶圆厂都很注重将用电量降至最低以符合冷却水的规格，这需要对空气流速编排、输出温度规格、冷却塔复位温度和冷却水温度季节变化进行改良（图2）。

图2. 所有晶圆厂都很注重将用电量降至最低以符合冷却水的规格。图中是Ronler Acres园区CUB1旁边的冷却塔。

在爱尔兰的晶圆厂内部，工程师们对初制晶圆和动力消耗之间的关系进行了研究，发现可以解除负载对能耗的影响。其研究动因是，晶圆厂的加工工具是整体能耗的主要来源，鉴于晶圆厂在过去对灵活性的需求程度，整体能耗基本上是固定的。传统上，工具处于闲置状态并准备返回进行生产，生产的时间不长，通常是几个小时。而在闲置状态下，工具仍然消耗了80%以上的动力。

从另一个极端看，如果将工具完全关闭而不占用动力，则在实际的制造环境中就无机动性可言，因为这些工具需要花费数周时间和大量资源才能返回投入生产。我们的工程师研发出一套方案，可节省80-90%的能源，并可让工具在一天至一周内再次投入生产，不用考虑安全、输出和质量问题。

“处理成本在以前是固定的成本，而现在是可变成本，这对我们来说是很有利的，”爱尔兰晶圆厂厂长Joe Foley说到。“能耗的降低可帮助我们减少环境影响，并降低我们客户的成本。环保计划的优点在于所带来的节省是年复一年的，工厂运营的越久，节省的就越多。”

图3. 在新墨西哥州，英特尔公司员工利用现有热回收制冷机至热给水的热量，显著提高了中心工厂的能效。图中是Ronler Acres园区CUB1中的热回收歧管。

在新墨西哥州，英特尔公司员工利用现有热回收制冷机至热给水的热量，显著提高了中心工厂的能效（图3）。设备工程师们利用设备位于中心地区的优势研发出一套计划，可解决如下问题：

• 用于热反渗透给水的大蒸汽容量。

• 现有的冷凝器水返回热回收造成的维护问题。

• 未使用的部分闲置的资本设备（热回收制冷机（HRC））。

• 热负荷消退后HRC趋向于浪涌。

• 开关泵操作造成的液压不平衡。

• 冷却水冷却的空气压缩机形成的热量浪费——由于散热通过冷却塔而浪费。

该项目分为三个阶段。第一阶段自2009年9月开始采用，运行一个新的热回收回路，从热回收水（HRW）管路到反渗透给水热交换器。经过细心设计，现有的热交换泵可重复使用，从而在这一制造阶段获取更大的投资收益（ROI）。到目前为止，所带来的节省非常可观、及时，且超出了预期。

第二阶段是将连接新HRC线的扩展部分至空气压缩机，这样可除去空气压缩机的热量，而不使用冷却水来冷却。这种设计使冷却水系统减少了一个大负载，将热量导入HRW系统中进行处理。该设计还有一个冷却水及热回收水的供温复位功能，以提高供应温度级别分别至最高温度和最低温度。

在第二阶段设计中还对HRW和冷却水泵进行了翻新，用变频驱动器获得更良好的温控，消除了HRC浪涌的趋势，同时基本消除了浪费泵能量的旁通流。

第三阶段刚刚开始，将着重进一步把负载从蒸汽转向HRW，无需使用更多的天然气。

可再生能源

除了在环保和效率方面的努力，我们还参与购买绿色电力用于我们美国的设施。

我们将长远的清洁能源承诺再度扩展，2008年公司承诺购买可再生能源证书，以支持每年13亿千瓦时以上发电量，作为多年合同的一部分。这次采购将英特尔公司置于美国环保署绿色能源合作机构的全国50强和财富500强之首。2010年，我们将采购量增加了10%，承诺超过美国可再生能源信贷的14.3亿千瓦时，继续保持在环保署绿色能源合作机构排行的首位。这些采购量大约相当于我们整个美国电力使用的51%。鉴于我们的行动、教育和领导作用，2008年和2009年我们获得了环保署的年度合作机构奖。

根据美国环保署的说法，英特尔公司的采购，涉及风能、太阳能、小型水电、地热和生物质资源，对环境的益处相当于每年减少近20万辆客车的行驶，其电力每年可供超过13万美国普通家庭使用。我们的希望在于，巨额采购将持续刺激绿色能源市场，引导出额外的绿色发电能力，并最终降低这些发电技术的成本。

太阳能设施

2008年后期，英特尔公司发起了一项太阳能计划，在四个园区安装太阳能系统。在印度两个最大的园区里，太阳能热水系统现在可供应园区几乎全部的热水，每年节省约7万千瓦时电力。英特尔公司位于俄勒冈州的Jones Farm 园区建有我们首个太阳能电力设施，还有一个该公司新墨西哥州场地的一个小项目，用于展现数据中心太阳能应用的益处。

最近的一次太阳能设施于2010年1月开始安装，计划在四个州的设施中进行八个太阳能项目。这些项目将包括地面安装和屋顶安装太阳能电力设施，到2010年中期太阳能发电能力将达到近2.5兆瓦。这些附加的设施项目扩大了我们的可再生能源采购，增强了我们支持通过自己的设施制造清洁能源的承诺。

清洁技术投资

英特尔投资部，是公司的全球投资机构，迄今为止已投资1.25亿美元，涉及对象超过12家清洁技术公司，用于加速创业公司的创新。在研发替代能源来源领域，案例有：

• 2000万美元，投资中国创益科技公司（Trony Solar）进行当地绿色创新。

• 扩大产能至105兆瓦，并提高研发力。

• 英特尔投资部和其他投资方给分拆公司SpectraWatt投资5000万美元，该公司为太阳能面板制造光伏电池。

• 3500万美元投资给德国薄膜太阳能公司Sulfurcell，用于扩大产能。

• 1250万美元投资给半导体及太阳能电池制造的材料制造商Voltaix。

“英特尔致力于可再生能源计划，持续减少碳排放，促进市场，让可再生能源更经济、更贴近个人和企业，”英特尔的高级副总裁兼制造及供应链总经理Brian Krzanich说到。“我们有更远大的使命，通过太阳能和其它清洁能源投资将我们的能源组合多样化，这对于我们来说，在全球范围内都会继续作为优先考虑事项。”

Author Information

Marty Sedler is the director of global utilities and infrastructure for Intel. He has been with Intel 15 years, integrating energy management and energy policy responsibilities within a formal process. He is responsible for all energy supply issues, ensuring the capacity, price and reliability of utility supplies/infrastructure to Intel facilities worldwide, as well as supporting conservation programs.

Anisha Ladha is a senior environmental engineer in Intel’s Global Environmental Group. She has worked in a range of environmental areas, including the design and management of chemical treatment systems across Intel’s global operations. She has a bachelor’s degree in environmental science from Florida International University and a master’s degree in environmental change and management from the University of Oxford in England.

Edward Smith has been the global energy conservation manager at Intel since mid-2009. He has spent the past 16 years at Intel in New Mexico, Massachusetts and California, with roles in procurement, manufacturing and corporate services. He has a bachelor’s degree from Michigan State, and an MBA from Notre Dame.

qiao11lang · 发表于 2011-1-4 20:28:22

所有搞工厂的都能考虑到环境保护资源节约就好了但是桓远之将未来悉数吐露也无法换来当代人的努力啊。。。

架构节能环保的半导体晶圆厂

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