雙(shuang)碳目標與SEMI S23 能(neng)效評(ping)估
作為世(shi)界(jie)上(shang)最大的(de)能源生產國和消費國，中(zhong)國已經明確提出力爭在2030年(nian)前實現碳(tan)達峰、2060年(nian)前實現碳(tan)中(zhong)和的(de)雙碳(tan)目標。
半導體工業正是一個(ge)高能耗產業。以臺(tai)(tai)積電(dian)(dian)(dian)為例，據(ju)統(tong)計自(zi)2010年(nian)到2019年(nian)，用電(dian)(dian)(dian)增加223.8%。2020年(nian)臺(tai)(tai)積電(dian)(dian)(dian)用電(dian)(dian)(dian)量(liang)是63億(yi)度。2022年(nian)臺(tai)(tai)積電(dian)(dian)(dian)3nm廠投產，每年(nian)用電(dian)(dian)(dian)量(liang)或將達到77億(yi)度，這(zhe)個(ge)數(shu)字(zi)為臺(tai)(tai)灣地區(qu)用電(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)3%。
在能源成本(ben)日(ri)益高漲的(de)(de)當下(xia)和(he)碳中和(he)政策的(de)(de)持(chi)續加碼的(de)(de)未(wei)來，半導體企業無(wu)法忽(hu)視因能源成本(ben)增加而(er)帶來的(de)(de)高額支出，在節約(yue)成本(ben)、綠(lv)色環保、可處持(chi)續發展等方面，對制造設(she)備的(de)(de)能耗提出了更(geng)為嚴格的(de)(de)要求。
半導體制造(zao)設(she)備(bei)屬于(yu)高(gao)(gao)精密制造(zao)設(she)備(bei)，使用過程(cheng)中需要(yao)產生潔凈空間、恒溫、高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)壓、真空、強(qiang)電磁場(chang)、吹(chui)掃(sao)、冷卻(que)等復(fu)雜(za)工況(kuang)。且核(he)心設(she)備(bei)幾乎是全年365天、全天24小時運轉，這些(xie)情況(kuang)無疑會(hui)打(da)來驚人的(de)能(neng)耗。
對于(yu)半導(dao)體(ti)制(zhi)造(zao)設(she)備的(de)(de)能效評(ping)(ping)估(gu)是十分有必要(yao)的(de)(de)。只有得到對目前(qian)設(she)備準(zhun)確的(de)(de)評(ping)(ping)估(gu)結果，才可(ke)能在(zai)設(she)備迭代更新時達到節能減排(pai)的(de)(de)目標。SEMI早在(zai)2005年就已(yi)發布了指導(dao)標準(zhun)——SEMI S23，其中文全稱為半導(dao)體(ti)制(zhi)程設(she)備能源(yuan)、動力與(yu)(yu)物料(liao)使(shi)用(yong)效率規范。其不僅引入且明確了與(yu)(yu)效率有關的(de)(de)概念，而且詳(xiang)細介紹了測(ce)量方(fang)法的(de)(de)與(yu)(yu)分析(xi)工具，更針對持續改善使(shi)用(yong)速率和效率給出了指導(dao)意見。是目前(qian)針對半導(dao)體(ti)設(she)備能效評(ping)(ping)估(gu)可(ke)供(gong)參考(kao)的(de)(de)最(zui)權威標準(zhun)。
半導體生產企業可(ke)以依據S23評(ping)估報告有效(xiao)估算和分(fen)配使(shi)用能源。設備制(zhi)造商也可(ke)在(zai)此基礎(chu)上做出(chu)持續改善計劃，是作為設備制(zhi)造商完成節能目標(biao)的關鍵系統文件之一。
SEMI S23標(biao)(biao)準中給(gei)出了針對廠務供給(gei)的(de)(de)(de)動力（Exhaust、Vacuum、CDA、N2、UPW、DIW、電能(neng)）的(de)(de)(de)消耗(hao)及(ji)設(she)(she)備對潔凈室(shi)造成(cheng)的(de)(de)(de)熱負載(zai)的(de)(de)(de)測(ce)量方法(fa)與(yu)改(gai)善(shan)方向(xiang)&建議。標(biao)(biao)準的(de)(de)(de)內容可以(yi)分(fen)為三個主要部分(fen)，能(neng)耗(hao)&節能(neng)的(de)(de)(de)含義、各動力供給(gei)及(ji)熱負載(zai)在(zai)設(she)(she)備不同模(mo)式(shi)下消耗(hao)的(de)(de)(de)測(ce)量與(yu)計(ji)算方法(fa)、設(she)(she)備制造商的(de)(de)(de)節能(neng)管理流程的(de)(de)(de)建立與(yu)優化。
（一(yi)）能耗&節能的含(han)義(yi)
能耗不是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)數字，節能不是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)減法。
想要評(ping)估能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)并進而制定正確(que)的節能(neng)(neng)方案，非常重要的兩個概念為”Energy Consumption”（能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)）與”Performance Metric”（“性能(neng)(neng)指標(biao)”）。能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)是設(she)備每年(nian)消耗(hao)(hao)(hao)的動(dong)力能(neng)(neng)源(yuan)，在本標(biao)準中給出了標(biao)準的測量與計算方法；性能(neng)(neng)指標(biao)為工藝設(she)備的工藝性能(neng)(neng)參數(shu)，在大多數(shu)情況下是一個動(dong)態變化且難以與能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)同等量化的指標(biao)。
不(bu)管(guan)是(shi)作為工藝設備的(de)制造商，還是(shi)終端(duan)用戶，不(bu)以戰(zhan)略的(de)眼光看待(dai)節能(neng)，不(bu)僅(jin)得到的(de)收益會大打折扣，更不(bu)利的(de)是(shi)會在(zai)競爭中(zhong)錯失良機(ji)。
（二）各動力供給及(ji)熱負(fu)載在設(she)備不同模式下消耗的測量方(fang)法(fa)
標準中給出了process（工藝(yi)）、idle（待機）、rest（休息）與(yu)sleep（睡眠）四種基本(ben)模式(shi)，并(bing)規定了process時間(jian)為全年的70%，downtime為5%，idle為8%，剩余的17%分布(bu)在idle、rest與(yu)sleep之間(jian)。
對于各類(lei)動力(li)供給，標準中給出了“轉換(huan)系數”這個概念，不管(guan)是(shi)DIW，還是(shi)排風，都可以通過(guo)一個系數轉換(huan)成等(deng)效的電能(neng)。
（三）設(she)備制造商(shang)的(de)節能管理流程的(de)建(jian)立(li)與優化
設備制(zhi)造商應建立完善(shan)的(de)(de)(de)節(jie)能評估與(yu)改善(shan)體系，組建專業的(de)(de)(de)團隊，制(zhi)定(ding)明確的(de)(de)(de)目標(biao)。既需(xu)要持續(xu)地優(you)化流程(cheng)（例(li)如每年進行多(duo)次(ci)的(de)(de)(de)設計(ji)與(yu)流程(cheng)審核）也需(xu)要對設計(ji)進行持續(xu)的(de)(de)(de)精進（例(li)如不(bu)斷尋找和(he)優(you)化能耗的(de)(de)(de)影響因(yin)子）。標(biao)準中列(lie)舉了(le)非常(chang)詳細的(de)(de)(de)要求與(yu)建議，非常(chang)重(zhong)要的(de)(de)(de)一(yi)項是與(yu)終(zhong)端用(yong)戶保持信(xin)息的(de)(de)(de)同(tong)(tong)步與(yu)技術上的(de)(de)(de)交流，以使得(de)節(jie)能的(de)(de)(de)方案能最終(zhong)落地且工(gong)藝設備在(zai)雙方的(de)(de)(de)同(tong)(tong)一(yi)張節(jie)能藍(lan)圖內。
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