半导体设备能耗评价标准，助力双碳与可持续发展

2022-04-21

双碳目标和 SEMI S23 能效评估

作为全球最大的能源生产国和消费国，中国明确提出了力争2030年碳达峰和2060年碳中和的双碳目标。

半导体行业是高能耗行业。以台积电为例，据统计，从2010年到2019年，用电量增长了223.8%。2020年，台积电的用电量为63亿千瓦时。2022年台积电3nm厂投产，年用电量可能达到77亿度电，占台湾用电量的3%。

在当前能源成本不断上涨以及未来碳中和政策不断加码的时代，半导体企业不能忽视能源成本增加带来的高额支出。在节约成本、绿色环保、可持续发展等方面能耗管理办法，制造设备的能耗提出了更加严格的要求。

半导体制造设备属于高精度制造设备，在使用过程中需要洁净空间、恒温、高温、高压、真空、强电磁场、吹扫、冷却等复杂的工作条件。而核心设备几乎是一年365天，一天24小时，这些情况无疑会叫惊人的能耗。

有必要对半导体制造设备的能源效率进行评估。只有获得对当前设备的准确评价结果，才能在设备迭代更新时达到节能减排的目标。早在2005年，SEMI就发布了指导标准——SEMI S23，全称是半导体工艺设备的能源、功率和材料利用效率规范。它不仅介绍和阐明了与效率相关的概念，还详细介绍了测量方法和分析工具，为持续提高使用率和效率提供了指导。是目前半导体设备能效评价中最具权威性的参考标准。

半导体制造商可以根据 S23 评估报告有效地估算和分配能源。设备制造商也可以在此基础上制定持续改进计划，这是设备制造商实现节能目标的关键制度文件之一。

SEMI S23标准给出了工厂提供的功率（,, CDA, N2、UPW, DIW, 电能）的消耗和设备对设备造成的热负荷的测量方法和改进方向和建议。整理房间。标准内容可分为三个主要部分，能耗与节能的含义，不同模式设备供电和热负荷消耗的测量与计算方法，节能管理的建立与优化。设备制造商的程序。

(一）能耗&节能的意义

能耗不是一个简单的数字，节能也不是简单的减法。

为了评估能源消耗，然后制定正确的节能计划，两个非常重要的概念是“ ”（能耗）和“ ”（“绩效指标”）。能耗是设备每年消耗的电能，本标准给出了标准的测量和计算方法；性能指标是工艺设备的工艺性能参数，大多数情况下是动态变化的，很难作为能耗量化。指数。

无论是工艺设备制造商还是终端用户，如果不从战略角度看待节能，不仅获得的收益会大打折扣，还会在竞争中失去机会。

(二）设备不同模式下电源和热负荷消耗的测量方法

标准给出了四种基本模式（进程）、idle（待机）、rest（休息）和sleep（睡眠），并规定时间为一年的70%、5%、idle为8%、其余为17%分布在空闲、休息和睡眠之间。

对于各类电源，标准给出了“转换系数”的概念。无论是DIW还是排风，都可以通过一个系数转换成等效电能。

(三）设备制造商节能管理流程的建立与优化

设备生产企业应建立完善的节能评价和改进体系，组建专业团队，设定明确目标。既需要对流程进行持续优化（例如每年进行多次设计和流程审核），也需要对设计进行持续细化（例如对能耗因素进行持续搜索和优化）。该标准列出了非常详细的要求和建议。很重要的一点是与终端用户保持信息同步和技术交流，让节能方案最终落地，工艺设备在双方的节能蓝图中。