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，對制造設備的能耗提出了更為嚴格的要求。
半導體制造設備屬于高精密制造設備，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。
對于半導體制造設備的能效評估是十分有必要的。只有得到對目前設備準確的評估結果，才可能在設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備能效評估可供參考的最權威標準。
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。設備制造商也可在此基礎上做出持續(xù)改善計劃，是作為設備制造商完成節(jié)能目標的關鍵系統(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備不同模式下消耗的測量與計算方法、設備制造商的節(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。
（二）各動力供給及熱負載在設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）設備制造商的節(jié)能管理流程的建立與優(yōu)化
設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計與流程審核）也需要對設計進行持續(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上的交流，以使得節(jié)能的方案能最終落地且工藝設備在雙方的同一張節(jié)能藍圖內(nèi)。
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