聊聊真空泵在半导体行业的应用：核心工艺离不开的隐形支柱

半导体芯片制造的所有核心工艺，几乎都离不开真空环境。真空说白了就是把工艺腔室里的空气和杂质抽出去，给工艺反应提供一个不受干扰的环境，这个活儿就是真空泵干的。很多人熟悉光刻机、刻蚀机这些明星设备，却很少注意到真空泵其实是所有真空工艺的基础，没有稳定合格的真空环境，再贵的核心设备也生产不出合格的芯片。

半导体工艺对真空环境的特殊要求

和光伏、化工这些普通行业不一样，半导体芯片从晶圆加工到封装测试，对真空的洁净度、压力稳定性要求远高于其他领域。不同工艺环节需要的真空度不同，从10³Pa的低真空到10⁻⁸Pa的超高真空都有覆盖，而且绝对不能有污染物从真空泵端进入工艺腔室——哪怕是几纳米的油污颗粒，落在10nm以下工艺的晶圆上，就是致命缺陷，直接废掉整片晶圆。所以半导体行业现在几乎都用无油干泵替代传统的油式真空泵，这不是行业跟风，是工艺特性决定的必然选择。

真空泵在半导体三大核心工艺的具体应用

半导体制造的核心环节中，刻蚀、薄膜沉积、离子注入都离不开真空泵，每个工艺对泵的性能要求差异很大：

• 刻蚀工艺：大抽速，耐副产物沉积

  干法刻蚀是当前先进制程芯片的主要刻蚀方式，原理是用高能粒子轰击晶圆，刻蚀出预设的电路图形。这个过程会持续产生气态反应副产物，需要真空泵不间断抽走，维持腔室10⁻³~10Pa的工艺压力。行业内一般用前级螺杆干泵加高分高真空子泵的泵组组合，要求前级泵抽速稳定，能承受频繁的气体负载变化，还不能有油污污染。很多老旧厂子现在还在用油式旋片泵做前级，其实隐患很大，油蒸汽返流会污染晶圆，良率很难提上去。

• 薄膜沉积：低泄漏，洁净度优先

  薄膜沉积就是在晶圆表面生长一层功能薄膜，不管是物理气相沉积（PVD）还是化学气相沉积（CVD），都要求初始真空度足够高，整个过程不能有外来杂质污染。这里一般用小抽速干泵配合罗茨增压泵，满足10⁻⁵~10⁻³Pa的真空要求，因为工艺腔室体积不大，对泵的密封性要求远高于抽速，哪怕是微小的泄漏都会导致薄膜均匀度不达标，直接影响芯片最终性能。

• 离子注入：超高真空，抗腐蚀要求高

  离子注入是把掺杂离子加速注入到晶圆表层，改变半导体导电性能的工艺，这个环节对真空度要求最高，需要维持10⁻⁶Pa以上的超高真空，避免离子和空气分子碰撞损失能量。而且注入用到的很多工艺气体带有腐蚀性，要求真空泵的腔体材质耐腐，密封性能好，一般用干泵作为前级抽真空，再加涡轮分子泵获得超高真空，整个泵组要求氦泄漏率低于10⁻⁹Pa·m³/s，才能保证工艺长期稳定。

半导体行业真空泵选型的常见误区和建议

我做了十几年真空技术，接触过很多半导体领域的客户，选型的时候很容易踩几个共性的坑，这里说点实在的：

• 只看极限真空度，忽略稳态抽气速率

  很多选型手册都会标注极限真空度，不少客户就只盯着这个参数选，觉得真空度越高越好。实际上极限真空是泵在空载封闭条件下测出的数值，实际工艺生产中，泵一直处在带负载工作状态，稳态抽速才是影响工艺稳定性的核心参数。比如刻蚀工艺，持续产生副产物，如果抽速不够，腔室压力波动大，副产物还会沉积在腔壁，最后只能停机清洗，损失大量产能。选型的时候要根据工艺腔室的体积、工艺气体的流量，留15%左右的抽速余量，才能应对负载波动。

• 贪图初期成本，用油泵替代干泵

  我见过不少中小晶圆厂、封装厂，为了省几十万的设备采购成本，用油式真空泵替代无油干泵，初期成本能低30%左右，但后期的隐患远大于初期的节省。油真空泵不可避免会有油蒸汽返流，污染工艺腔和晶圆，良率一般会低1-3个百分点，对于芯片行业来说，一个点的良率损失就是几百万上千万的营收损失，远超过当初省的那点设备钱。现在哪怕是普通的封装测试环节，都已经逐步淘汰油泵了，不是没有道理。

给选型的核心建议：先明确自己的工艺真空度要求、腔室体积、工艺气体特性，再选泵型。普通封装、测试环节，选抽速100m³/h左右的螺杆干泵就足够；先进制程的刻蚀、离子注入，要选抽速更大、密封性更好的干泵组，配合高真空泵。苏州嘉科接触过很多区域型半导体厂商，之前给一家封装厂做选型改造，把原来的旧油泵换成爱德华干泵，良率直接提升了2.1个点，收益非常明显。

半导体真空泵的日常维护要点

半导体厂的真空泵大多是24小时连续运行，维护不到位就是动辄几十万上百万的停线损失，很多客户的维护逻辑不对，这里说两个实际经验：

不要迷信「干泵免维护」，很多用户买了干泵之后，觉得不用换油不用保养，一直用到跳机才想到维修。实际上半导体工艺有很多腐蚀性气体、固体副产物，会慢慢磨损密封、附着在转子上，螺杆干泵的密封件建议每12-18个月更换一次，转子每2年做一次动平衡清洗校正，如果是刻蚀这种副产物多的工艺，维护周期还要缩短三分之一。

日常要做好基础数据记录，每天记录泵的出口压力、泵体温度，如果发现出口压力连续一周上升，说明转子已经有沉积物，提前安排清洗，不要等泵报警或者跳机再处理，提前维护的成本只有故障停机抢修的五分之一不到。

现在先进半导体工艺往7nm、3nm往下走，特征尺寸越来越小，对真空洁净度、压力稳定性的要求还在不断提升，真空泵的材料、密封技术也在跟着迭代，怎么匹配更先进的制程，其实还有很多细节值得打磨。感兴趣的可以去www.nvsvs.com查阅不同泵型的适配参数。