一、什么是真空泵

真空泵，是指利用機械、物理或化學方法，在某一封閉空間中改善、產生和維持真空環境的裝置，是真空設備的核心零組件。按照真空度和氣壓范圍來劃分，真空泵可分為低真空、中真空、高真空及超高真空四類，應用于不同的真空要求環境。

按照工作原理來劃分，真空泵可分為氣體傳輸泵和氣體捕集泵兩大類。氣體傳輸泵是指，能使氣體不斷的吸入和排出，從而達到抽氣目的的一種真空泵，主要包括變容真空泵和動量真空泵兩類：1）變容真空泵的工作原理是泵腔充滿氣體，其入口被周期性的隔離，然后將氣體輸送到出口，氣體在排出前一般被壓縮；2）動量真空泵的工作原理是將動量傳遞給氣體分子，使氣體由入口不斷地輸送到出口。氣體捕集泵是指氣體分子被吸附或冷凝而保留在泵內表面上的一種真空泵，主要包括吸附泵、吸氣劑泵、吸氣劑離子泵、低溫泵等類型。

二、產品分類：真空泵品類多樣，且技術路徑差距大

泛半導體領域真空泵產品主要有三大類：干泵、分子泵、低溫泵。

1、干泵

干泵是指通過電機帶動轉子，將氣體由一個排放口排出，以實現抽氣功能的一種真空泵，其主要包括爪式真空泵、渦旋式真空泵、羅茨式真空泵和螺桿式真空泵。主要應用在集成電路、光伏產業、平板顯示和LED等領域中，市場規模最大，約占半導體真空泵的60%-70%。

目前真空泵的發展越來越受到真空應用環境要求的影響，很多新興產業及高新技術產業的制造過程中所需的真空系統，需要具備抽除腐蝕性氣體、粉塵顆粒物、有毒氣體、無油污染等功能，因此由油封泵組成的真空抽氣系統無法滿足生產工藝要求。

而干式真空泵是一種理想的泵種，以其抽速范圍寬、抽氣腔內無油及元件無摩擦、能耗低、耐腐蝕等優點得以廣泛推廣應用，如今已經成為微電子、半導體、精密加工、新能源裝備等行業首選的真空獲得設備。

因此近年來干式真空泵市場需求量越來越大，真空獲得產品已經出現更新換代的趨勢，大量的有油真空系統被無油真空系統所替代。目前，國內外較大的真空泵公司幾乎都在生產各種不同型式的干式真空泵。

干式真空泵的應用領域越來越廣，幾個主要與真空技術和設備有關的重點發展方向為：

1）石墨烯材料與應用技術；

2）高性能碳纖維及其復合材料；

3）全固態激光技術；

4）高溫合金及其制造技術；

5）半導體芯片及高效能量轉換與存貯；

6）太陽能利用及應用技術與材料；

7）新型功能與智能材料（真空鍍膜技術）。

以上領域均需要大量的真空獲得設備，尤其是相對清潔無油的干式真空泵。

半導體產品的整個制造過程可分為：晶圓加工 - 氧化 - 光刻 - 刻蝕 - 薄膜沉積 - 互連 - 測試 - 封裝等步驟，其中包括了上百個具體的工藝環節，大部分工藝環節需要在無油真空環境下進行，圖1為半導體芯片制造的主要工藝流程圖。

半導體芯片的制造工藝流程

干式真空泵在半導體生產線上的應用主要分為進出樣品腔（L/L腔）和工藝處理腔抽真空兩部分。

在L/L腔抽真空過程中，真空泵面臨的主要挑戰是耐受高頻大氣沖擊，以及要滿足大規模制造對節省水/電/氣以及安裝空間提出的要求，因多級羅茨泵在控制體積，成本和節電方面表現優異，所以目前應用多以多級羅茨泵為主，對于較大型L/L腔抽真空則以羅茨+螺桿泵機組為宜。

工藝處理腔在預抽真空階段要求從高壓到低壓的大抽速，對處理工藝介質要求一般，節能要求更高，可以靠變頻泵及泵的多級結構來實現。

如果單純從節能角度上看，多級羅茨泵更具優勢，但主要不利之處為多級泵結構復雜，不易獲得大抽速，所以目前在大腔體抽空中羅茨+螺桿泵機組或螺桿泵的應用更具普遍性。

在工藝腔工藝處理抽真空過程中，工藝腔中可能會產生粉塵及腐蝕性氣體（如刻蝕工藝），抽真空對泵的要求是耐腐蝕（取決于工藝氣體），耐制程產物（不僅要考慮物理特性，更要考慮其化學特性），工藝相對復雜，要求真空泵熱穩定性高，處理粉塵能力強，能耗則為次要考慮因素，目前多通過精確控制泵體溫度方式保證泵的長期穩定運行。

由于爪式干泵在處理粉塵、高軸扭矩以及整體泵溫運行時相對穩定而更適合工藝腔工藝處理時抽氣，例如在半導體線刻蝕處理工藝中，使用爪式干泵的適應性更高。

另外，由于工藝腔一般要求低壓下具有高抽速，所以如果采用羅茨+干泵機組，則機組中的羅茨泵與前級干泵的配比會很大。

所以目前主流大多是采用羅茨+多級爪式干泵或羅茨+多級羅茨干泵的多級泵結構。雖然在半導體線領域采用多級爪泵結構較多，但是在大腔體粗抽空階段，也較多使用羅茨干泵機組。

螺桿泵在粗低真空段抽氣效率要高于爪式泵和多級泵，對于大工藝腔體在預抽階段抽氣可采用螺桿泵或羅茨+螺桿泵機組；在半導體線工藝處理階段抽氣則以爪式泵、多級羅茨泵應用為多。

下面介紹在幾個主要制造工藝環節中干泵的應用。

①硅片制造

見圖1，硅片制造環節主要包括：拉單晶（單晶硅爐）、硅片精加工（研磨機）。

在硅片制造環節，真空泵遇到的工藝挑戰主要是抽真空時氣流中的巨量超細硅粉及氬氣處理。

工藝流程及產品（單晶硅棒價值很高）真空泵的要求是可以穩定運行，便于維護保養，且維護成本可控。

目前以螺桿泵+羅茨泵應用為主。

②刻蝕工藝

半導體刻蝕工藝基本工況與CVD 工藝類似，但工藝反應相較CVD 略輕，對泵的要求以粉塵為主要考量因素，工藝氣體為次要因素（因工藝氣體比較單一，無劇烈化學反應）。

真空泵同樣被應用于L/L腔及工藝腔。L/L段抽真空泵的考量因素與CVD工藝一致，目前以多級羅茨泵為主。

工藝腔真空泵應用以爪式或多級羅茨泵為主，目前主流大多是采用羅茨+多級爪式干泵這種多級結構，但是因多級羅茨泵相對爪式+羅茨轉子多級泵制造和維護成本更簡單，目前市場應用有逐漸向多級羅茨泵轉型的趨勢。

螺桿泵與多級羅茨泵各有應用特點，多級羅茨泵的真空度高一些，螺桿泵在粗低真空段抽氣效率高，適合大工藝腔體粗抽真空，還可以與羅茨泵配合抽低真空大腔體。

目前，干式真空泵的防腐防塵主要靠抽氣工藝來調整和解決；如采用盡量控制泵腔內溫度和降低粉塵濃度（吹掃工藝）來防腐及防塵泵腔內沉積。

另外，在泵抽含粉塵氣體時，用干燥氣體吹軸封處（使軸封與軸之間產生間隙減少摩擦），使其形成氣體密封保護。

目前在半導體領域推廣的干泵主要為：多級羅茨泵、爪式泵和螺桿泵。

2、分子泵

分子泵是指利用高速旋轉的轉子，把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮至排氣口，后被前級抽走的一種真空泵，主要包括渦輪分子泵和磁懸浮分子泵。其中渦輪分子泵主要應用在工業領域，而磁懸浮分子泵則在半導體領域的規模較大，也可用于光伏產業和面板等領域，分子泵約占半導體真空泵的市場規模的20%-30%。

3、低溫泵

低溫泵是指利用低溫表面冷凝、吸附氣體而達到抽氣目的的一種真空泵，可以獲得超真空，但由于是存儲型泵，必須定期釋放和再生，因此市場規模僅約占半導體真空泵的10%。

制冷機制冷低溫泵的整個組成如下圖所示，它包含壓縮機裝置(1)，該裝置通過柔性氦管(2)連接至低溫泵(3)，因此無振動。低溫泵本身由泵殼和內部的冷頭組成，用作制冷劑的氦氣在壓縮機的幫助下進行閉環循環。

低溫泵由兩級冷頭冷卻。帶擋板(6)的隔熱罩(5)與第一級冷頭(9)緊密地連在一起，使冷板的溫度可達到50~80K；連接至第二級冷頭(7)的冷板(8)的內部涂有活性炭，以便能夠抽取不易冷凝而只能通過低溫吸附方式抽氣的氣體，可達到約10K的溫度。

三、市場規模：受益于半導體國產化+光伏高景氣，中國真空泵市場規模近百億元

真空泵下游主要為泛半導體領域，包括集成電路、光伏、LED、平板顯示、鋰電池等，在2019年時，泛半導體領域占比約46%，且隨著半導體國產化的進行和光伏行業景氣向上，預計市場規模占比將持續上升，因此本文主要估算半導體和光伏領域真空泵市場規模。

1、半導體真空泵：核心零部件國產化加速，成長空間穩步提升

真空泵通常用于半導體單晶拉晶、刻蝕、薄膜沉積、離子注入等工藝流程。

我們測算，2022-2025年，中國大陸半導體真空泵市場規模45/51/58/67億元。核心假設如下：

（1）根據SEMI數據，2021-2025年，全球晶圓廠產能將從約916萬片提升至約1226萬片（12寸等效），帶來真空泵的新增和替換需求。其中，中國大陸12寸晶圓廠全球產能占比將從19%提升至23%，8寸晶圓廠產能提升66%。

（2）根據中科儀招股書，12寸晶圓產線每3.5萬片/產能需要2000臺真空泵，存量真空泵每年更換約20%，真空泵單價約10萬元。

2、光伏真空泵：電池片迭代持續推進，光伏設備零部件需求旺盛

真空泵為光伏拉晶、光伏電池片設備的核心零部件之一，主要應用于拉晶和電池片環節。

我們測算，2022-2025年，中國大陸光伏真空泵市場規模11.9/13.2/14.5/15.8億元。核心假設：

（1）我們以CPIA預計2022-2025全球光伏裝機容量為估算條件，進行保守估算；

（2）考慮光伏產線3年全部更新，存量產能每年更新1/3，假設產能利用率為80%，當年存量產能按上一年全球新增裝機量/80%估算；

（3）單晶拉晶環節真空泵價格7萬元/臺，單GW需求100臺，電池片環節真空泵價格8-10萬元/臺，假設9萬元/臺，單GW需求60臺。

綜上，2022年，中國半導體和光伏領域真空泵測算市場規模為56.9億元，此外，我們通過查找海關數據，發現2022年，真空泵進口額度為72億元，因此估算真空泵市場近百億元。

四、競爭格局：光伏領域已實現國產化，半導體仍由國外廠商主導

目前光伏領域已實現國產化，半導體仍由國外廠商主導。海外廠商主要包括Atlas（收購了英國Edwards，全球龍頭）、Pfeiffer Vacuum（德國）、Ebara（日本）、Kashiyama（日本）等，而國內廠商：1）干泵在半導體領域國產化率6%，僅有漢鐘精機和中科儀分別占有1%和5%的市場規模；2）分子泵國產化率約1%；3）低溫泵國產化率也非常低。