在半导体制造这个高度精密且复杂的领域中，泵（Pump）扮演着不可或缺的关键角色。从创造高真空环境到精确控制气体流量，泵的性能直接影响着半导体产品的质量和生产效率。
一、半导体设备中泵的定义与重要性
半导体设备中的泵是用于控制气体或液体的流动，实现压力调节和真空环境营造的装置。在芯片制造的各个环节，如光刻、刻蚀、沉积等，都需要精确的气体环境和压力条件，泵就是实现这些条件的“幕后功臣”。它能够确保反应室内的气体纯度、压力稳定性以及流量精准性，从而保障半导体器件的性能和良率。
二、泵的种类、结构、原理与功能
1. 分子泵
• 结构：分子泵通常由高速旋转的转子和静止的定子组成，转子上安装有多层叶片，形成复杂的气体传输通道。其轴承系统包括油润滑、脂润滑和磁悬浮等多种类型，以满足不同的运行需求和真空度要求。
• 原理：基于分子动量传递原理，当转子高速旋转时，气体分子与高速运动的叶片表面碰撞，获得定向动量，从而被驱赶到泵的出口方向，实现气体的抽排，逐步建立高真空或超高真空环境。
• 功能：能够在高真空和超高真空领域提供稳定的抽气能力，有效降低反应室内的气体分子数，减少杂质污染，为高精度的半导体工艺如电子束光刻、分子束外延等提供理想的真空条件。
2. 干泵
• 结构：常见的干泵有涡旋干泵、螺杆干泵等。以涡旋干泵为例，它由动涡盘和静涡盘组成，通过精确的型线设计和密封结构，形成多个压缩腔室。
• 原理：动涡盘在电机驱动下做偏心平动运动，使气体在压缩腔室内被逐步压缩并排出。整个过程无需润滑油，避免了油蒸汽对半导体工艺的污染。
• 功能：适用于对真空度要求较高且不能有油污染的半导体工艺，如刻蚀、化学气相沉积（CVD）等。它可以高效地抽除反应产生的气体和颗粒，维持反应室内的清洁和稳定的真空度。
3. 旋片泵
• 结构：主要由泵体、转子、旋片和弹簧等部件构成。转子偏心安装在泵体内，旋片在转子的槽内可自由滑动，通过弹簧的作用保持与泵体内壁的紧密接触。
• 原理：当转子旋转时，旋片在离心力和弹簧力的作用下，将泵腔分隔成不同的容积区域，实现气体的吸入、压缩和排出，从而达到抽气的目的。
• 功能：常用于中低真空度的应用场景，如作为分子泵或干泵的前级泵，辅助建立初步的真空环境，也可用于一些对真空度要求不高的半导体工艺辅助环节，如真空包装、真空干燥等。
4. 涡旋泵
• 结构：由动涡盘和静涡盘相互啮合而成，动涡盘在驱动机构的带动下做公转平动运动，与静涡盘之间形成多个月牙形的压缩腔室。
• 原理：气体从涡旋泵的外周进气口进入压缩腔室，随着动涡盘的运动，腔室逐渐向中心移动，气体被不断压缩并最终从中心排气口排出，实现连续的吸气和排气过程。
• 功能：在半导体制造中，可用于需要较大抽气速率和中高真空度的工艺，如真空熔炼、真空镀膜等，能够稳定地维持工艺所需的真空环境，并保证气体的高效传输。
5. 半导体高压泵
• 结构：一般采用多级压缩结构，包括叶轮、蜗壳、轴封等部件。叶轮通过高速旋转对流体做功，实现压力的逐步提升，轴封采用特殊的密封技术确保高压下的密封性。
• 原理：依据离心力原理，电机带动叶轮高速转动，使进入泵内的气体或液体在离心力的作用下加速，动能转化为压力能，经过多级叶轮的连续压缩，达到所需的高压输出。
• 功能：在半导体外延生长、高压化学气相沉积等工艺中，能够提供精确控制的高压气体环境，保证反应物质在高压下按照预定的工艺参数进行化学反应和沉积，从而制备出高质量的半导体材料和器件结构。
6. 半导体泵浦固体激光器
• 结构：由半导体激光器作为泵浦源，通过光学耦合系统将泵浦光聚焦到激光增益介质（如 Nd:YAG 晶体等）上，还包括谐振腔等光学元件，以实现激光的振荡和输出放大。
• 原理：半导体激光器发出的高能量光子被激光增益介质吸收，使介质中的粒子实现能级跃迁，形成粒子数反转分布，进而产生受激辐射，通过谐振腔的反馈和放大作用，输出高功率、高频率稳定性的激光束。
• 功能：在半导体材料加工领域，如芯片切割、打孔、焊接等工艺中，利用其高能量密度的激光束实现高精度、非接触式的加工，能够满足半导体器件微小化、高精度制造的需求，提高加工效率和产品质量。
三、各类泵在半导体设备中的应用
1. 分子泵：在半导体光刻设备中，用于维持曝光区域的超高真空环境，确保光线传播不受气体分子散射影响，提高光刻分辨率；在刻蚀设备中，精确控制反应气体的分压和流量，保证刻蚀过程的均匀性和选择性；在物理气相沉积（PVD）设备中，为金属或化合物薄膜的沉积创造高真空条件，提高薄膜的纯度和附着力。
2. 干泵：在化学气相沉积（CVD）设备中，及时抽除反应产生的副产物气体，维持反应室内的稳定压力和气体成分，保证薄膜生长的质量和均匀性；在离子注入设备中，提供清洁的真空环境，避免杂质对离子束的干扰，确保离子注入的剂量和能量精确控制；在半导体封装设备中，用于去除封装材料中的挥发物和空气，提高封装的可靠性和稳定性。
3. 旋片泵：作为前级泵与分子泵或干泵联用，在半导体制造的初始抽真空阶段，快速降低系统压力，为后续高真空泵的工作创造条件；在一些小型半导体实验室设备中，用于简单的真空实验或样品处理，如真空除气、真空蒸馏等。
4. 涡旋泵：在真空镀膜设备中，配合其他真空泵共同工作，提供较大的抽气速率，确保镀膜过程中反应气体的充分供应和废气的及时排出，提高镀膜效率和膜层质量；在半导体材料制备的真空熔炼设备中，维持炉内的真空度，防止金属氧化和杂质污染，保证半导体材料的纯度和性能。
5. 半导体高压泵：在半导体外延生长设备中，精确控制反应气体的高压输送和流量，保证外延层的生长速率和质量；在高压化学气相沉积（HPCVD）设备中，为反应提供所需的高压环境，促进化学反应的进行，制备出高质量的半导体薄膜和结构，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料的制备。
6. 半导体泵浦固体激光器：在芯片切割设备中，利用高能量激光束对晶圆进行切割，实现窄切缝、高精度的切割效果，提高芯片的生产效率和良品率；在芯片焊接设备中，通过激光的局部加热作用，实现芯片与封装基板之间的高精度焊接，确保电气连接的可靠性；在半导体检测设备中，作为光源用于光学检测和分析，如激光诱导荧光光谱（LIF）、拉曼光谱（Raman）等技术，实现对半导体材料和器件的无损检测和特性分析。
四、泵的制造厂商
1. 国际知名厂商
• 安捷伦（Agilent）：在半导体泵领域拥有广泛的产品线，其分子泵和干泵产品以高精度、高稳定性著称，广泛应用于全球顶尖半导体制造企业的高端工艺生产线，为先进芯片制造提供可靠的真空解决方案。
• 爱德华（Edwards）：在真空技术方面具有深厚的技术积累，其生产的分子泵、干泵以及真空系统在全球半导体市场占据重要地位，尤其在电子束光刻、刻蚀等关键工艺设备中表现出色，以先进的技术和优质的产品服务赢得了良好的口碑。
• 莱宝（Leybold）：提供多种类型的半导体泵，包括分子泵、旋片泵和干泵等，产品具有高效、耐用的特点，适用于不同规模和工艺要求的半导体制造企业，其真空技术在全球半导体产业中得到广泛认可和应用。
• 普发（Pfeiffer Vacuum）：专注于真空技术研发和制造，生产的分子泵、干泵和真空测量仪器等产品在半导体行业具有较高的知名度和市场份额，为半导体制造过程中的真空环境控制提供了全面的解决方案，产品性能可靠，技术先进。
2. 国内优秀厂商
• 中科科仪（KYKY）：在国内半导体泵制造领域处于领先地位，自主研发生产的分子泵、干泵等产品在国内半导体企业中得到广泛应用，并逐步拓展国际市场。其产品在性能上不断突破，部分技术指标已达到国际先进水平，为我国半导体产业的自主可控发展提供了有力支持。
• 汉钟精机（Hanbell）：以螺杆式真空泵为特色产品，在半导体制造的真空应用领域具有一定的市场份额。其产品具有节能、稳定等优点，通过不断技术创新和产品优化，为半导体企业提供了性价比高的真空设备选择，在国内半导体产业的发展中发挥了重要作用。
• 沈科仪（SYKY）：专注于真空设备的研发和生产，其分子泵、干泵以及真空系统产品在国内半导体行业中具有一定的竞争力，为半导体制造企业提供了多样化的真空解决方案，在满足国内市场需求的同时，也在不断提升自身的技术实力和产品质量，助力我国半导体产业的技术升级。
半导体设备中的泵作为核心组件，其种类繁多、结构复杂、原理精妙，各自在不同的半导体工艺中发挥着独特而关键的作用。随着半导体技术的不断发展，对泵的性能和技术要求也将越来越高，而众多的泵制造厂商也将在不断的技术创新和市场竞争中，推动半导体泵技术持续进步，为全球半导体产业的繁荣发展提供坚实的设备保障。
