在半導(dǎo)體制造這個高度精密且復(fù)雜的領(lǐng)域中，泵（Pump）扮演著不可或缺的關(guān)鍵角色。從創(chuàng)造高真空環(huán)境到精確控制氣體流量，泵的性能直接影響著半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
一、半導(dǎo)體設(shè)備中泵的定義與重要性
半導(dǎo)體設(shè)備中的泵是用于控制氣體或液體的流動，實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)和真空環(huán)境營造的裝置。在芯片制造的各個環(huán)節(jié)，如光刻、刻蝕、沉積等，都需要精確的氣體環(huán)境和壓力條件，泵就是實現(xiàn)這些條件的“幕后功臣”。它能夠確保反應(yīng)室內(nèi)的氣體純度、壓力穩(wěn)定性以及流量精準性，從而保障半導(dǎo)體器件的性能和良率。
二、泵的種類、結(jié)構(gòu)、原理與功能
1. 分子泵
結(jié)構(gòu)：分子泵通常由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和靜止的定子組成，轉(zhuǎn)子上安裝有多層葉片，形成復(fù)雜的氣體傳輸通道。其軸承系統(tǒng)包括油潤滑、脂潤滑和磁懸浮等多種類型，以滿足不同的運行需求和真空度要求。
原理：基于分子動量傳遞原理，當轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，氣體分子與高速運動的葉片表面碰撞，獲得定向動量，從而被驅(qū)趕到泵的出口方向，實現(xiàn)氣體的抽排，逐步建立高真空或超高真空環(huán)境。
功能：能夠在高真空和超高真空領(lǐng)域提供穩(wěn)定的抽氣能力，有效降低反應(yīng)室內(nèi)的氣體分子數(shù)，減少雜質(zhì)污染，為高精度的半導(dǎo)體工藝如電子束光刻、分子束外延等提供理想的真空條件。
2. 干泵
結(jié)構(gòu)：常見的干泵有渦旋干泵、螺桿干泵等。以渦旋干泵為例，它由動渦盤和靜渦盤組成，通過精確的型線設(shè)計和密封結(jié)構(gòu)，形成多個壓縮腔室。
原理：動渦盤在電機驅(qū)動下做偏心平動運動，使氣體在壓縮腔室內(nèi)被逐步壓縮并排出。整個過程無需潤滑油，避免了油蒸汽對半導(dǎo)體工藝的污染。
功能：適用于對真空度要求較高且不能有油污染的半導(dǎo)體工藝，如刻蝕、化學(xué)氣相沉積（CVD）等。它可以高效地抽除反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和顆粒，維持反應(yīng)室內(nèi)的清潔和穩(wěn)定的真空度。
3. 旋片泵
結(jié)構(gòu)：主要由泵體、轉(zhuǎn)子、旋片和彈簧等部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子偏心安裝在泵體內(nèi)，旋片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可自由滑動，通過彈簧的作用保持與泵體內(nèi)壁的緊密接觸。
原理：當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋片在離心力和彈簧力的作用下，將泵腔分隔成不同的容積區(qū)域，實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出，從而達到抽氣的目的。
功能：常用于中低真空度的應(yīng)用場景，如作為分子泵或干泵的前級泵，輔助建立初步的真空環(huán)境，也可用于一些對真空度要求不高的半導(dǎo)體工藝輔助環(huán)節(jié)，如真空包裝、真空干燥等。
4. 渦旋泵
結(jié)構(gòu)：由動渦盤和靜渦盤相互嚙合而成，動渦盤在驅(qū)動機構(gòu)的帶動下做公轉(zhuǎn)平動運動，與靜渦盤之間形成多個月牙形的壓縮腔室。
原理：氣體從渦旋泵的外周進氣口進入壓縮腔室，隨著動渦盤的運動，腔室逐漸向中心移動，氣體被不斷壓縮并最終從中心排氣口排出，實現(xiàn)連續(xù)的吸氣和排氣過程。
功能：在半導(dǎo)體制造中，可用于需要較大抽氣速率和中高真空度的工藝，如真空熔煉、真空鍍膜等，能夠穩(wěn)定地維持工藝所需的真空環(huán)境，并保證氣體的高效傳輸。
5. 半導(dǎo)體高壓泵
結(jié)構(gòu)：一般采用多級壓縮結(jié)構(gòu)，包括葉輪、蝸殼、軸封等部件。葉輪通過高速旋轉(zhuǎn)對流體做功，實現(xiàn)壓力的逐步提升，軸封采用特殊的密封技術(shù)確保高壓下的密封性。
原理：依據(jù)離心力原理，電機帶動葉輪高速轉(zhuǎn)動，使進入泵內(nèi)的氣體或液體在離心力的作用下加速，動能轉(zhuǎn)化為壓力能，經(jīng)過多級葉輪的連續(xù)壓縮，達到所需的高壓輸出。
功能：在半導(dǎo)體外延生長、高壓化學(xué)氣相沉積等工藝中，能夠提供精確控制的高壓氣體環(huán)境，保證反應(yīng)物質(zhì)在高壓下按照預(yù)定的工藝參數(shù)進行化學(xué)反應(yīng)和沉積，從而制備出高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料和器件結(jié)構(gòu)。
6. 半導(dǎo)體泵浦固體激光器
結(jié)構(gòu)：由半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，通過光學(xué)耦合系統(tǒng)將泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)（如 Nd:YAG 晶體等）上，還包括諧振腔等光學(xué)元件，以實現(xiàn)激光的振蕩和輸出放大。
原理：半導(dǎo)體激光器發(fā)出的高能量光子被激光增益介質(zhì)吸收，使介質(zhì)中的粒子實現(xiàn)能級躍遷，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，進而產(chǎn)生受激輻射，通過諧振腔的反饋和放大作用，輸出高功率、高頻率穩(wěn)定性的激光束。
功能：在半導(dǎo)體材料加工領(lǐng)域，如芯片切割、打孔、焊接等工藝中，利用其高能量密度的激光束實現(xiàn)高精度、非接觸式的加工，能夠滿足半導(dǎo)體器件微小化、高精度制造的需求，提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
三、各類泵在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用
1. 分子泵：在半導(dǎo)體光刻設(shè)備中，用于維持曝光區(qū)域的超高真空環(huán)境，確保光線傳播不受氣體分子散射影響，提高光刻分辨率；在刻蝕設(shè)備中，精確控制反應(yīng)氣體的分壓和流量，保證刻蝕過程的均勻性和選擇性；在物理氣相沉積（PVD）設(shè)備中，為金屬或化合物薄膜的沉積創(chuàng)造高真空條件，提高薄膜的純度和附著力。
2. 干泵：在化學(xué)氣相沉積（CVD）設(shè)備中，及時抽除反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體，維持反應(yīng)室內(nèi)的穩(wěn)定壓力和氣體成分，保證薄膜生長的質(zhì)量和均勻性；在離子注入設(shè)備中，提供清潔的真空環(huán)境，避免雜質(zhì)對離子束的干擾，確保離子注入的劑量和能量精確控制；在半導(dǎo)體封裝設(shè)備中，用于去除封裝材料中的揮發(fā)物和空氣，提高封裝的可靠性和穩(wěn)定性。
3. 旋片泵：作為前級泵與分子泵或干泵聯(lián)用，在半導(dǎo)體制造的初始抽真空階段，快速降低系統(tǒng)壓力，為后續(xù)高真空泵的工作創(chuàng)造條件；在一些小型半導(dǎo)體實驗室設(shè)備中，用于簡單的真空實驗或樣品處理，如真空除氣、真空蒸餾等。
4. 渦旋泵：在真空鍍膜設(shè)備中，配合其他真空泵共同工作，提供較大的抽氣速率，確保鍍膜過程中反應(yīng)氣體的充分供應(yīng)和廢氣的及時排出，提高鍍膜效率和膜層質(zhì)量；在半導(dǎo)體材料制備的真空熔煉設(shè)備中，維持爐內(nèi)的真空度，防止金屬氧化和雜質(zhì)污染，保證半導(dǎo)體材料的純度和性能。
5. 半導(dǎo)體高壓泵：在半導(dǎo)體外延生長設(shè)備中，精確控制反應(yīng)氣體的高壓輸送和流量，保證外延層的生長速率和質(zhì)量；在高壓化學(xué)氣相沉積（HPCVD）設(shè)備中，為反應(yīng)提供所需的高壓環(huán)境，促進化學(xué)反應(yīng)的進行，制備出高質(zhì)量的半導(dǎo)體薄膜和結(jié)構(gòu)，如碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體材料的制備。
6. 半導(dǎo)體泵浦固體激光器：在芯片切割設(shè)備中，利用高能量激光束對晶圓進行切割，實現(xiàn)窄切縫、高精度的切割效果，提高芯片的生產(chǎn)效率和良品率；在芯片焊接設(shè)備中，通過激光的局部加熱作用，實現(xiàn)芯片與封裝基板之間的高精度焊接，確保電氣連接的可靠性；在半導(dǎo)體檢測設(shè)備中，作為光源用于光學(xué)檢測和分析，如激光誘導(dǎo)熒光光譜（LIF）、拉曼光譜（Raman）等技術(shù)，實現(xiàn)對半導(dǎo)體材料和器件的無損檢測和特性分析。
四、泵的制造廠商
1. 國際知名廠商
安捷倫（Agilent）：在半導(dǎo)體泵領(lǐng)域擁有廣泛的產(chǎn)品線，其分子泵和干泵產(chǎn)品以高精度、高穩(wěn)定性著稱，廣泛應(yīng)用于全球頂尖半導(dǎo)體制造企業(yè)的高端工藝生產(chǎn)線，為先進芯片制造提供可靠的真空解決方案。
愛德華（Edwards）：在真空技術(shù)方面具有深厚的技術(shù)積累，其生產(chǎn)的分子泵、干泵以及真空系統(tǒng)在全球半導(dǎo)體市場占據(jù)重要地位，尤其在電子束光刻、刻蝕等關(guān)鍵工藝設(shè)備中表現(xiàn)出色，以先進的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品服務(wù)贏得了良好的口碑。
萊寶（Leybold）：提供多種類型的半導(dǎo)體泵，包括分子泵、旋片泵和干泵等，產(chǎn)品具有高效、耐用的特點，適用于不同規(guī)模和工藝要求的半導(dǎo)體制造企業(yè)，其真空技術(shù)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中得到廣泛認可和應(yīng)用。
普發(fā)（Pfeiffer Vacuum）：專注于真空技術(shù)研發(fā)和制造，生產(chǎn)的分子泵、干泵和真空測量儀器等產(chǎn)品在半導(dǎo)體行業(yè)具有較高的知名度和市場份額，為半導(dǎo)體制造過程中的真空環(huán)境控制提供了全面的解決方案，產(chǎn)品性能可靠，技術(shù)先進。
2. 國內(nèi)優(yōu)秀廠商
中科科儀（KYKY）：在國內(nèi)半導(dǎo)體泵制造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，自主研發(fā)生產(chǎn)的分子泵、干泵等產(chǎn)品在國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并逐步拓展國際市場。其產(chǎn)品在性能上不斷突破，部分技術(shù)指標已達到國際先進水平，為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展提供了有力支持。
漢鐘精機（Hanbell）：以螺桿式真空泵為特色產(chǎn)品，在半導(dǎo)體制造的真空應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的市場份額。其產(chǎn)品具有節(jié)能、穩(wěn)定等優(yōu)點，通過不斷技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，為半導(dǎo)體企業(yè)提供了性價比高的真空設(shè)備選擇，在國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。
沈科儀（SYKY）：專注于真空設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，其分子泵、干泵以及真空系統(tǒng)產(chǎn)品在國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)中具有一定的競爭力，為半導(dǎo)體制造企業(yè)提供了多樣化的真空解決方案，在滿足國內(nèi)市場需求的同時，也在不斷提升自身的技術(shù)實力和產(chǎn)品質(zhì)量，助力我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。
半導(dǎo)體設(shè)備中的泵作為核心組件，其種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原理精妙，各自在不同的半導(dǎo)體工藝中發(fā)揮著獨特而關(guān)鍵的作用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對泵的性能和技術(shù)要求也將越來越高，而眾多的泵制造廠商也將在不斷的技術(shù)創(chuàng)新和市場競爭中，推動半導(dǎo)體泵技術(shù)持續(xù)進步，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展提供堅實的設(shè)備保障。
（來源Semi Dance）
