半导体制造关键子系统！读懂半导体真空系统的应用及维护的重要性

半导体制造关键子系统！读懂半导体真空系统的应用及维护的重要性

随着半导体产业的飞速发展，半导体设备市场规模也在同步增长。相关数据显示，2017年至2022年，全球半导体设备市场规模从566亿美元提升至1076.4亿美元。设备市场扩增极大提升了设备零部件需求。据推算，2022年全球半导体设备零部件采购额约为500亿美元。

2022年全球半导体市场销售额达到5741亿美元，2024年预计达到5760亿美元
数据来源：WSTS

半导体设备全球市场规模
资料来源：SEMI，民生证券研究院

按照结构组成，半导体零部件可大致分为：机械类、电气类、机电一体类、气/液/真空系统类、仪器仪表类、光学类等。

其中真空系统类则分为干式真空泵、分子泵等各种真空泵、各类阀件、压力计以及O型密封圈等。

半导体设备产业链上下游图片
来源：民生证券研究院

LSI Research 统计，近10年来半导体关键子系统供应商销售额排名，前十位被真空泵、光学系统、阀门厂家牢牢占据。用最直观的数据举例，一个月产4万片的晶圆厂，大约需要上千台真空泵及尾气处理系统和500台分子泵。可见真空系统在半导体行业的重要性。

半导体制造与真空系统

半导体产品的整个制造过程可分为：晶圆加工—氧化—光刻—刻蚀—薄膜沉积—互连—测试—封装 等步骤，其中包括了上百个具体的工艺环节。

其中真空系统在半导体制造中涵盖了晶片加工、薄膜涂覆、化学气相淀积、等离子体刻蚀等多个环节。

真空系统在半导体制造中的作用

主要有两点：

❶抽取工艺腔的气体，去除颗粒与多余的水汽等杂质，有助于减少其对半导体材料的污染；

❷控制气压，实现对半导体器件制造过程中的精确控制。根据以上需求半导体设备的真空系统主要由干式真空泵，分子泵与冷泵产品构成。

干式真空泵

目前在半导体领域推广的干式真空泵主要为：多级罗茨真空泵、爪式真空泵和螺杆真空泵。

在半导体生产线上，进出样品加载腔（L/L腔），传输腔和工艺处理腔都需真空环境，但对真空系统的要求有所不同。

对于L/L腔抽真空，干式真空泵面临的主要挑战是耐受高频大气冲击；对于传输腔，干式真空泵面临的主要挑战是大气冲击以及控制特定气量下的压力；对于工艺腔抽真空，干式真空泵的要求是耐腐蚀，稳定性高，处理粉尘能力强及密封性良好。

目前工艺处理腔真空系统主流大多是采用罗茨+多级爪式干泵或罗茨+多级罗茨干泵的多级泵结构。

分子泵

分子泵广泛应用于半导体制造过程中的光刻机、薄膜沉积设备、刻蚀设备、离子注入机、原子层沉积（ALD）等关键设备。

如 EDWARDS STP 磁悬浮涡轮分子泵适用于要求高真空、低振动、无污染、少维护的半导体工艺中。

其多轴磁力轴承系统可使转子在运行期间维持悬浮状态，消除了机械轴承带来的损坏风险，同时较大降低噪音和振动。

EDWARDS STP 系列磁悬浮涡轮分子泵：抽气速度300L/s至4500L/s，极限压力<10-10mbar，工艺气体流量处理能力强

芯片生产过程需不间断使用有机溶剂和酸性溶液，反应过程会产生大量的有毒有害的气体。

EDWARDS STP 系列磁悬浮涡轮分子泵为工艺过程提供保护涂层、氮气吹扫、加热保护等选项，其可靠的质量和性能，在市场上享有较高声誉，在许多具有挑战性的半导体工艺中是理想设备。

尾气处理设备

半导体工艺中使用的气体有毒性，易燃易爆，腐蚀等特点，不能直接排放至大气中，需要用尾气处理设备将不可控的气体转换为可控气体，以下为废气的排放路径。

EDWARDS 以 Atlas 为代表的一系列尾气处理设备具有良好的气体处理效率，粉尘处理能力强和安全性高，得到了全球半导体客户的认可。

同时尾气处理设备与干式真空泵组成集成系统，以应对高风险工艺，提升工艺稳定性与空间利用率，共同构成了 EDWARDS 完整的半导体真空及尾气处理解决方案。

半导体真空系统维护、维修的重要性

纵观全球半导体行业的发展态势，其制造工艺对半导体设备的要求已越来越苛刻。

相应的，半导体零部件在材料、结构、工艺、品质、精度、可靠性、稳定性等各方面也面临着更高的标准。

对于真空系统及尾气处理设备同样如此。真空系统是半导体设备的重要组成部分，真空泵运行情况的优劣直接影响成品的质量和设备的安全。

所以，对真空系统及尾气处理设备定期检查、及时发现故障和处理，可有效节约维修时间，保证设备安全经济运行。

而真实数据也证明了以上观点。通过分析2017年至2022年全球半导体真空泵市场规模情况我们可以得出结论：维修市场与设备市场共同组成了半导体真空泵市场全景，其中维修市场占比约25%，说明半导体真空泵拥有庞大的维修市场。

许多真空系统及尾气处理设备是24小时不间断运行的，维修设备注定增加生产成本，该数据也让半导体厂商认识到设备检测、检查、维护、维修的重要性。

2017-2022年全球半导体真空泵市场规模情况
图片来源：华经产业研究院