雙碳目標(biāo)與SEMI S23 能效評估

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

　　半導(dǎo)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_(dá)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(dāng)下和碳中和政策的持續(xù)加碼的未來,，半導(dǎo)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(yán)格的要求,。

　　半導(dǎo)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(qiáng)電磁場,、吹掃、冷卻等復(fù)雜工況,。且核心設(shè)備幾乎是全年365天,、全天24小時運(yùn)轉(zhuǎn)，這些情況無疑會打來驚人的能耗,。

　　對于半導(dǎo)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(zhǔn)確的評估結(jié)果，才可能在設(shè)備迭代更新時達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo),。SEMI早在2005年就已發(fā)布了指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)——SEMI S23,，其中文全稱為半導(dǎo)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(xì)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(dǎo)意見,。是目前針對半導(dǎo)體設(shè)備能效評估可供參考的最權(quán)威標(biāo)準(zhǔn),。

　　半導(dǎo)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(biāo)的關(guān)鍵系統(tǒng)文件之一,。

　　SEMI S23標(biāo)準(zhǔn)中給出了針對廠務(wù)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(fù)載的測量方法與改善方向&建議,。標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jìn)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(biāo)”）,。能耗是設(shè)備每年消耗的動力能源，在本標(biāo)準(zhǔn)中給出了標(biāo)準(zhǔn)的測量與計算方法,；性能指標(biāo)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(biāo)。

　　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(jī),。

　　（二）各動力供給及熱負(fù)載在設(shè)備不同模式下消耗的測量方法

　　標(biāo)準(zhǔn)中給出了process（工藝）,、idle（待機(jī)）,、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(biāo)準(zhǔn)中給出了“轉(zhuǎn)換系數(shù)”這個概念,，不管是DIW,，還是排風(fēng)，都可以通過一個系數(shù)轉(zhuǎn)換成等效的電能,。

　?。ㄈ┰O(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(yīng)建立完善的節(jié)能評估與改善體系，組建專業(yè)的團(tuán)隊,，制定明確的目標(biāo),。既需要持續(xù)地優(yōu)化流程（例如每年進(jìn)行多次的設(shè)計與流程審核）也需要對設(shè)計進(jìn)行持續(xù)的精進(jìn)（例如不斷尋找和優(yōu)化能耗的影響因子）。標(biāo)準(zhǔn)中列舉了非常詳細(xì)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(lán)圖內(nèi),。