雙碳目標與SEMI S23 能效評估

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

　　半導體工業正是一個高能耗產業。以臺積電為例，據統計自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，每年用電量或將達到77億度，這個數字為臺灣地區用電量的3%。

　　在能源成本日益高漲的當下和碳中和政策的持續加碼的未來，半導體企業無法忽視因能源成本增加而帶來的高額支出，在節約成本、綠色環保、可處持續發展等方面，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，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能減排的目標。SEMI早在2005年就已發布了指導標準——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。

　　半導體生產企業可以依據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改善計劃，是作為設備制造商完成節能目標的關鍵系統文件之一。

　　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。標準的內容可以分為三個主要部分，能耗&節能的含義、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、設備制造商的節能管理流程的建立與優化。

　　（一）能耗&節能的含義

　　能耗不是簡單的數字，節能不是簡單的減法。

　　想要評估能耗并進而制定正確的節能方案，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，在大多數情況下是一個動態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，不以戰略的眼光看待節能，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“轉換系數”這個概念，不管是DIW，還是排風，都可以通過一個系數轉換成等效的電能。

　　（三）設備制造商的節能管理流程的建立與優化

　　設備制造商應建立完善的節能評估與改善體系，組建專業的團隊，制定明確的目標。既需要持續地優化流程（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的精進（例如不斷尋找和優化能耗的影響因子）。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，以使得節能的方案能最終落地且工藝設備在雙方的同一張節能藍圖內。