在国家碳达峰碳中和战略背景下，半导体制造作为能源密集型产业，提前规划节能减排措施至关重要。随着设备技术的持续创新，可以在设备设计与制作阶段引入节能减排的理念。本文基于SEMI S23标准，结合150份实测报告，对半导体制程设备在设计和工艺过程中的能耗情况进行分析，并探讨设备设计过程中可实现的节能措施。

电能

电能消耗约占半导体制程设备总能耗的60-90%，是主要的能源消耗来源。目前，许多设备并未配备“休眠”或“低能耗”状态，仅维持在高能耗的“待机”状态。采用更智能的能耗管理模式，如增加rest或sleep模式，将有效减少能耗。

冷却水系统 (PCW)

冷却水系统消耗约占总能耗的5-40%。通过设备设计中的冷却水管理措施，可以实现明显的节能效果。具体措施包括：

1.    增加温度和流量控制：随着工艺的变化，周期性调节冷却水流量，避免持续高流量输出，有助于减少不必要的冷却水使用。

2.    流量和温度的优化控制：如果冷却水流量有周期性变化但出口温度恒定，则表明仍有节能空间。可以通过减少不必要的流量输出，优化水资源利用。

3.    无流量控制设备：设备若没有流量控制，通常会维持稳定高流量，进出水温差很小。这类设备在冷却水管理方面有较大改进空间，可以通过智能化流量调节来减少水资源的浪费。
 

热负荷 (Heat Burden)

热负荷约占设备总能耗的2-20%，是通过外部空调系统的能耗计算得出的。由于涉及无法直接测量的输入和输出热值（如化学反应热等），报告中应明确注明哪些热值被纳入或忽略，以便最终用户在设备选型时做出更准确的能耗对比。

排气系统 (Exhaust)

排气系统的能耗占比约为2-10%，尽管占比不大，但设计上可通过减少风量实现节能。在满足SEMI S6和SEMI S2安全标准的前提下，通过优化排气结构设计，可降低排气能耗。

氮气 (Nitrogen)

氮气消耗约占设备总能耗的0.1-8%，主要用于氮封，吹扫。通过在idle模式下减少氮气吹扫用量，或采用调节阀、压力开关、氧气浓度探测器等设备来代替持续吹扫，可以有效减少氮气的使用。

压缩干燥空气 (CDA)

压缩干燥空气消耗约占总能耗的0.1-3%，用于驱动设备阀门。尽管这部分消耗相对较小，但仍可通过合理的气源调度减少不必要的气体浪费。

总结

节能减排不仅是对未来的可持续性承诺，更是对成本的有效控制。通过对半导体设备在设计阶段的能源使用进行优化管理，可以在不影响生产效率的前提下，显著降低能耗。

来源：米格实验室


SEMI Staff联系方式：
吴迪 / Ein Wu
Tel: 021.6027.8509
Email: [email protected]