真空泵的分类与作用机理以及在半导体行业的应用

真空是指在指定空间内低于环境大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子数密度低于该地区大气压的气体分子数密度。

完全没有气体的空间状态称为绝对真空，实际上是不存在的。

在真空技术中，常用真空度来衡量真空状态下空间气体的稀薄程度，通常真空度用气体的压力值来表示。压力值越高，真空度越低；压力值越低，真空度越高。

常用的压力单位为Pa，1Pa压力是在1平方米的面积上作用1N的力；此外还有标准大气压1atm、托Torr、巴Bar等压力单位。

一般认为在标准情况下760mm高的汞柱产生的压力为1atm，即1atm=760mmHg=101325Pa；1Torr=1/760 atm；1Pa=10ubar（微巴）=10^-2 mbar （毫巴）。

通常可以把真空度划分为以下区段：低真空，10^5 Pa-10^2 Pa；中真空，10^2 Pa-10^-1 Pa；高真空，10^-1 Pa-10^-5 Pa；超高真空，＜10^-5 Pa。

表1：真空度划分范围及应用领域

图源：中科仪招股说明书

表2：气体传输泵的分类及应用

图源：中科仪招股说明书

根据国际真空技术统计工作组（International Statisticsfor Vacuum Technology，后文简称ISVT）的分类，将真空行业分为8个类别，包括粗真空、工艺真空、工业真空、半导体工艺真空、半导体外薄膜沉积、太阳能、仪器制造以及科学研究。

图1：ISVT根据真空度的不同要求和应用领域将真空行业分为8个类别

图源：ISVT,  广发证券

真空泵是制造业重要的通用设备，半导体应用占据最大份额，光伏高增长。根据 ISVT，2019 年全球真空设备的市场规模约 350 亿元，其中半导体用真空设备约 135 亿元，占比约 38%，是最大的应用领域，此外光伏领域的真空泵需求正快速增长。

真空泵在半导体领域用途广泛，在半导体大硅片生产环节的单晶炉，在晶圆制造环节的光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机等，在封测环节的模塑设备领域，真空泵均有广泛的运用。