雙碳目標(biāo)與SEMI S23 能效評(píng)估

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

半導(dǎo)體工業(yè)正是一個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)。以臺(tái)積電為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)自2010年到2019年，用電增加223.8%。2020年臺(tái)積電用電量是63億度。2022年臺(tái)積電3nm廠投產(chǎn)，每年用電量或?qū)⑦_(dá)到77億度，這個(gè)數(shù)字為臺(tái)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(lái)，半導(dǎo)體企業(yè)無(wú)法忽視因能源成本增加而帶來(lái)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(duì)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(guò)程中需要產(chǎn)生潔凈空間、恒溫、高溫、高壓、真空、強(qiáng)電磁場(chǎng)、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(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，這些情況無(wú)疑會(huì)打來(lái)驚人的能耗。

對(duì)于半導(dǎo)體制造設(shè)備的能效評(píng)估是十分有必要的。只有得到對(duì)目前設(shè)備準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果，才可能在設(shè)備迭代更新時(shí)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(dòng)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(cè)量方法的與分析工具，更針對(duì)持續(xù)改善使用速率和效率給出了指導(dǎo)意見(jiàn)。是目前針對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備能效評(píng)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(píng)估報(bào)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(jì)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(duì)廠務(wù)供給的動(dòng)力（Exhaust、Vacuum、CDA、N2、UPW、DIW、電能）的消耗及設(shè)備對(duì)潔凈室造成的熱負(fù)載的測(cè)量方法與改善方向&建議。標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容可以分為三個(gè)主要部分，能耗&節(jié)能的含義、各動(dòng)力供給及熱負(fù)載在設(shè)備不同模式下消耗的測(cè)量與計(jì)算方法、設(shè)備制造商的節(jié)能管理流程的建立與優(yōu)化。

（一）能耗&節(jié)能的含義

能耗不是簡(jiǎn)單的數(shù)字，節(jié)能不是簡(jiǎn)單的減法。

想要評(píng)估能耗并進(jìn)而制定正確的節(jié)能方案，非常重要的兩個(gè)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(dòng)力能源，在本標(biāo)準(zhǔn)中給出了標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量與計(jì)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(gè)動(dòng)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(huì)大打折扣，更不利的是會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中錯(cuò)失良機(jī)。

（二）各動(dòng)力供給及熱負(fù)載在設(shè)備不同模式下消耗的測(cè)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(shí)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(duì)于各類動(dòng)力供給，標(biāo)準(zhǔn)中給出了“轉(zhuǎn)換系數(shù)”這個(gè)概念，不管是DIW，還是排風(fēng)，都可以通過(guò)一個(gè)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(yīng)建立完善的節(jié)能評(píng)估與改善體系，組建專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，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(jì)與流程審核）也需要對(duì)設(shè)計(jì)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(xiàng)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)。

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