雙碳目標與SEMI S23 能效評估

　　作為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國,，中國已經(jīng)明確提出力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的雙碳目標,。

　　半導體工業(yè)正是一個高能耗產(chǎn)業(yè),。以臺積電為例,，據(jù)統(tǒng)計自2010年到2019年，用電增加223.8%,。2020年臺積電用電量是63億度,。2022年臺積電3nm廠投產(chǎn)，每年用電量或?qū)⑦_到77億度,，這個數(shù)字為臺灣地區(qū)用電量的3%,。

　　在能源成本日益高漲的當下和碳中和政策的持續(xù)加碼的未來，半導體企業(yè)無法忽視因能源成本增加而帶來的高額支出,，在節(jié)約成本,、綠色環(huán)保、可處持續(xù)發(fā)展等方面,，對制造設(shè)備的能耗提出了更為嚴格的要求,。

　　半導體制造設(shè)備屬于高精密制造設(shè)備，使用過程中需要產(chǎn)生潔凈空間,、恒溫,、高溫、高壓,、真空,、強電磁場、吹掃,、冷卻等復雜工況,。且核心設(shè)備幾乎是全年365天、全天24小時運轉(zhuǎn),，這些情況無疑會打來驚人的能耗,。

　　對于半導體制造設(shè)備的能效評估是十分有必要的。只有得到對目前設(shè)備準確的評估結(jié)果,，才可能在設(shè)備迭代更新時達到節(jié)能減排的目標,。SEMI早在2005年就已發(fā)布了指導標準——SEMI S23，其中文全稱為半導體制程設(shè)備能源,、動力與物料使用效率規(guī)范,。其不僅引入且明確了與效率有關(guān)的概念，而且詳細介紹了測量方法的與分析工具,，更針對持續(xù)改善使用速率和效率給出了指導意見,。是目前針對半導體設(shè)備能效評估可供參考的最權(quán)威標準。

　　半導體生產(chǎn)企業(yè)可以依據(jù)S23評估報告有效估算和分配使用能源,。設(shè)備制造商也可在此基礎(chǔ)上做出持續(xù)改善計劃,，是作為設(shè)備制造商完成節(jié)能目標的關(guān)鍵系統(tǒng)文件之一。

　　SEMI S23標準中給出了針對廠務供給的動力（Exhaust、Vacuum,、CDA,、N2、UPW,、DIW,、電能）的消耗及設(shè)備對潔凈室造成的熱負載的測量方法與改善方向&建議。標準的內(nèi)容可以分為三個主要部分,，能耗&節(jié)能的含義,、各動力供給及熱負載在設(shè)備不同模式下消耗的測量與計算方法、設(shè)備制造商的節(jié)能管理流程的建立與優(yōu)化,。

　?。ㄒ唬┠芎?amp;節(jié)能的含義

　　能耗不是簡單的數(shù)字，節(jié)能不是簡單的減法,。

　　想要評估能耗并進而制定正確的節(jié)能方案,，非常重要的兩個概念為“Energy Consumption”（能耗）與“Performance Metric”（“性能指標”）。能耗是設(shè)備每年消耗的動力能源,，在本標準中給出了標準的測量與計算方法,；性能指標為工藝設(shè)備的工藝性能參數(shù)，在大多數(shù)情況下是一個動態(tài)變化且難以與能耗同等量化的指標,。

　　不管是作為工藝設(shè)備的制造商,，還是終端用戶，不以戰(zhàn)略的眼光看待節(jié)能,，不僅得到的收益會大打折扣，更不利的是會在競爭中錯失良機,。

　?。ǘ└鲃恿┙o及熱負載在設(shè)備不同模式下消耗的測量方法

　　標準中給出了process（工藝）、idle（待機）,、rest（休息）與sleep（睡眠）四種基本模式,，并規(guī)定了process時間為全年的70%，downtime為5%,，idle為8%,，剩余的17%分布在idle、rest與sleep之間,。

　　對于各類動力供給,，標準中給出了“轉(zhuǎn)換系數(shù)”這個概念，不管是DIW,，還是排風,，都可以通過一個系數(shù)轉(zhuǎn)換成等效的電能。

　　（三）設(shè)備制造商的節(jié)能管理流程的建立與優(yōu)化

　　設(shè)備制造商應建立完善的節(jié)能評估與改善體系,，組建專業(yè)的團隊,，制定明確的目標。既需要持續(xù)地優(yōu)化流程（例如每年進行多次的設(shè)計與流程審核）也需要對設(shè)計進行持續(xù)的精進（例如不斷尋找和優(yōu)化能耗的影響因子）,。標準中列舉了非常詳細的要求與建議,，非常重要的一項是與終端用戶保持信息的同步與技術(shù)上的交流，以使得節(jié)能的方案能最終落地且工藝設(shè)備在雙方的同一張節(jié)能藍圖內(nèi),。