干式真空泵是半导体和泛半导体领域主流用泵。真空泵是获得、改善和维持真空的必要装置，而干式真空泵是目前半导体和泛半导体领域主流用泵，特指泵的抽气流道（如泵腔）中不使用任何油类和密封液体并可直排大气的泵。
干式真空泵具有清洁、安全、振动小、噪声低、性能稳定等特点，无需像传统油封式机械泵一样使用油或液体进行密封，不会在泵腔中逆流或扩散，避免油类或腐蚀性蒸汽对生产造成的负面影响和安全隐患，能够满足半导体和泛半导体领域对洁净环境的较高要求。干式真空泵可广泛应用于半导体、光伏、锂电、制药等多个领域。
干式真空泵属于通用设备，可广泛应用于传统硅基集成电路晶圆制造、化合物半导体晶圆制造、太阳能电池片制造、锂电池烘干、显示面板生产、生物制药、化工等多个国民经济支柱产业。
（1）集成电路产业发展情况
①全球集成电路产业稳步增长，我国已成为全球最重要的集成电路市场
集成电路产业作为现代信息产业的基础和核心产业之一，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，在保障国家安全、推动国家经济发展以及社会进步等方面发挥着广泛而重要的作用，是衡量一个国家现代化程度以及综合国力的重要标志。经过 60 余年的发展，集成电路已成为现代日常生活和未来科技进步中必不可少的组成部分。集成电路行业下游应用广泛，包括消费电子、数字图像、网络通信、云计算、大数据、人工智能等。全球半导体贸易统计组织（WSTS）统计数据显示，2016 年至 2024 年期间，全球集成电路行业市场规模由 2,767 亿美元增至5,395 亿美元，年均复合增长率为 8.70%，呈稳步增长态势。随着存储芯片市场的强劲复苏，以及逻辑、模拟芯片的稳步增长，WSTS 预计 2025 年全球集成电路市场规模将增至 6,116 亿美元，较 2024 年大幅增长 13.36%。
我国大陆集成电路产业起步较晚，但近年来发展迅速，行业增速领先全球。在国家及地方各级政府部门多项产业政策的支持、国家集成电路产业投资基金和各地方专项扶持基金的推动，以及社会各界的共同努力下，我国集成电路产业规模从弱小到壮大，企业创新能力逐步提升，已经在全球集成电路产业中占据重要地位，在部分细分领域初步具备了国际领先的技术和研发水平。中国半导体行业协会（CSIA）统计数据显示，2023 年中国大陆集成电路产业销售额达 12,277 亿元，2016 年至 2023 年产业收入年复合增长率达 16.03%。
②集成电路设备产业规模持续稳步增长，我国晶圆产能快速增加促进设备增速需求快于全球
全球集成电路产业长期稳步增长，带动相关制造设备需求持续扩张。根据 SEMI 统计数据，全球晶圆厂设备销售额近年来总体保持增长态势，并于 2023 年实现创纪录的 956.1 亿美元，预计 2024年晶圆厂设备销售额将增长至 983.1 亿美元，增幅为 2.82%。随着晶圆厂新项目开工、产能扩张及技术迁移，SEMI 预计 2025 年晶圆厂设备销售额将达 1,127.8 亿美元，较 2024 年大幅增长 14.72%。
受益于我国庞大的集成电路市场规模，以及在该领域的大量投资和产业政策支持，近年来我国晶圆厂建设及产能扩张加快，自 2020 年以来我国已连续四年成为全球最大的半导体设备市场，占比达 30%。SEMI 统计数据显示，2024 年我国半导体设备市场规模达 495.5 亿美元，2020-2024 年均复合增长率达 27.55%。
（2）光伏产业发展情况
中国光伏行业协会（CPIA）统计数据显示：全球光伏年新增装机容量从 2020 年的 130GW 增至2024 年的 530GW，年均复合增长率达 42.10%。根据国际能源署（IEA）在《2024 年可再生能源分析与展望》中的预测，2030 年全球光伏新增装机容量在各种电源形式中的占比将达到 70%。未来在光伏发电成本持续下降和新兴市场需求增长等有利因素的推动下，全球光伏新增装机仍将持续增长。
2020 年 9 月，在第七十五届联合国大会上发表重要讲话强调：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”。
此后，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要》《2030 年前碳达峰行动方案》《“十四五”现代能源体系规划》《“十四五”可再生能源发展规划》等政策相继出台，要求各行业制订好 2030 年前碳排放达峰行动方案，进而加快实现“十四五”规划中推动绿色低碳发展的既定目标，为构建新型电力系统指明了方向。
根据规划，我国非化石能源消费比重将由 2021 年的 16.52%增至 2025 年的 20%，2030 年将达到 25%；到2030 年，风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。从长期看，到 2060 年我国非化石能源消费比重将超 80%。中国光伏行业协会（CPIA）统计数据显示，我国光伏年新增装机容量从 2020 年的 48.2GW 增至 2024 年的 277.57GW，年均复合增长率达 54.91%。
另外，在光伏新增装机容量，以及多晶硅、硅片、电池片组件产量同比增长的同时，2024 年多晶硅、硅片、电池片组件的价格下滑，光伏产品出口额下降。因此，CPIA 预计 2025 年我国光伏新增装机容量可能下滑至约 200-250GW。受益于产业政策推动、技术持续进步和成本不断下降，我国光伏产业中长期仍将持续向好，CPIA 预计 2030年我国光伏新增装机容量将达 280-300GW。
能源向低碳、零碳方向发展对光伏发电需求巨大，同时我国在多晶硅、硅片、电池片、组件的产能方面占据全球领先的市场份额，因此我国光伏产业发展对包括干式真空泵在内的光伏设备存在持续、大量的需求。根据 CPIA 数据，2022 年全球光伏设备销售收入达 95 亿美元，较 2013 年的 17.5亿美元增长 442.86%，年复合增长率达 20.68%。
2、干式真空泵的主要种类
干式真空泵根据机械结构可分为罗茨干泵（包含罗茨和爪型组合结构）、螺杆干泵以及涡旋干泵等。罗茨干泵指具有两个或三个同步反向旋转的叶型转子，转子间、转子与泵壳内壁间有间隙且互不接触的一种旋转式容积真空泵。
罗茨干泵通常采取多级转子结构，即通过单轴连接多段转子，转子可以是多种形式的罗茨转子或罗茨和爪型组合的转子，利用多级真空腔对气体进行反复的压缩来提高真空泵的抽速和极限压力，是无油真空系统达到低真空、中真空、高真空、超高真空、极高真空等所有真空区域均需使用的核心真空泵类型之一。罗茨干泵凭借优异的真空获得性能，适用于半导体领域，也可应用于光伏等泛半导体领域，如管式 PECVD 等。
螺杆干泵含有采用各类型线设计（如锥形或变螺距设计）的同步反向旋转的螺杆转子，是具有内压缩比特性的一种旋转式容积真空泵，在泛半导体领域更适用于光伏领域的拉晶工艺。
涡旋真空干泵主要通过两个相互错开的涡旋盘实现气体的压缩，其结构相对简单、运行可靠，且具有低振动和低噪音的特点，通常适用于实验室、医疗设备以及小型真空系统。
3、干式真空泵产业的发展进程
工业领域，在中低真空度范围内，早期主要使用油封式机械泵构建组成真空系统，但该类真空系统由于泵内含油，因而存在明显缺陷：不适宜在含氧气量过高、有爆炸性、有腐蚀性、对泵油起化学反应、存在颗粒尘埃的环境下工作。半导体产品制造过程中所需的真空系统，需要具备抽除腐蚀性气体、粉尘颗粒物、有毒气体等功能，因此油封式机械泵无法满足半导体产业的需要。
受半导体产业的驱动，干式真空泵于 20 世纪 80 年代出现，伴随着下游集成电路、光伏、LED 等行业的持续发展进步，干式真空泵的产品类型不断增加，性能、控制集成度等指标参数显著改善。截至目前，发达国家的半导体相关产业已全部使用干式真空泵，我国近年来也呈现明显的干式真空泵替代油泵的趋势，新增产能已基本使用干式真空泵。
除半导体产业以外，制药、化工、食品行业对真空泵的需求较大，以往使用油封式机械泵会产生油污染。近年来各国对环境保护高度重视、严格监管，由于干式真空泵能够显著减少油污染，且使用干式真空泵可实现溶媒回收提高利用率，因此制药、化工、食品等行业对干式真空泵产生了大量新增以及替代原有存量油封式机械泵的需求。
4、干式真空泵市场规模
除集成电路和光伏外，干式真空泵作为通用设备，由于其具备良好的洁净真空特性，因而在 LED 产业的外延片生长和芯片制造，平板显示产业 PVD 等工艺环节，锂电池注液、烘烤等工序，以及化工制药的蒸馏、过滤、干燥等工艺也被广泛使用。
A、集成电路领域干式真空泵市场规模
干式真空泵是集成电路各制程中实现真空环境所必需的零部件，集成电路产业 15 个主要工艺环节中的 11 个需要使用干式真空泵。受益于近年来集成电路产业的稳定增长，干式真空泵产业也保持着良好的发展态势。以 12 英寸晶圆生产线为例，业内通常每 6 万片/月产能需要约 3,500 台干式真空泵。SEMI《世界晶圆厂预测报告》统计数据显示，2023 年全球晶圆产能约当 12 英寸为 1,316万片/月，较 2022 年增长约 68 万片/月。
据此测算，包括新增产能对干式真空泵的采购需求以及原有产能对干式真空泵的替换需求，2023 年全球集成电路产业对干式真空泵的需求为 11.27 万台，按单台泵均价 10 万元测算，全球市场规模约 112.75 亿元。同时，SEMI 预计 2024 年全球晶圆产能较2023 年增长 84 万片/月。据此测算，2024 年全球集成电路产业对干式真空泵的需求为 12.57 万台，市场规模约 125.74 亿元。由于我国是全球集成电路产业最主要的市场之一，以及我国政府大力支持相关领域国产化，近年来我国集成电路制造能力迅速提升。
SEMI《世界晶圆厂预测报告》统计数据显示，2023 年中国大陆晶圆产能约当 12 英寸为 338 万片/月，较 2022 年增长约 36 万片/月。据此测算，包括新增产能对干式真空泵的采购需求以及原有产能对干式真空泵的替换需求，2023 年中国大陆集成电路产业对干式真空泵的需求为 3.87 万台，按单台泵均价 10 万元测算，市场规模约 38.70 亿元。同时，根据SEMI 预计 2024 年中国大陆晶圆产能较 2023 年增长 15%，月产能增加 56 万片/月。据此测算，2024年中国大陆集成电路产业对干式真空泵的需求为 5.21 万台，市场规模约 52.11 亿元。
B、光伏领域干式真空泵市场规模
晶硅太阳能电池生产过程中，晶体生长和电池片制造工序需要干式真空泵提供真空环境。据iVacuum 真空聚焦数据显示，业界通常 1GW 的光伏硅片产能大概需要 80-100 台真空主泵，1GW 的电池片产能需要 60-70 台真空泵。根据 CPIA《2022-2023 年中国光伏产业年度报告》，2022 年度我国硅片、电池片产能分别为 650.3GW、505.5GW，2023 年度我国硅片、电池片产能分别为 953.6GW、929.9GW，据此测算，包括新增产能对干式真空泵的采购需求以及原有产能对干式真空泵的替换需求，2023 年我国光伏产业对干式真空泵的需求约 5.8-7.0 万台，按单台均价 7 万元估算，市场规模约 40.6-49.1 亿元。
5、干式真空泵的市场格局
干式真空泵对性能的可靠性、稳定性要求极高，需要在大量的实际工艺环境中不断改进提升。全球领先的供应商如英国 Edwards、日本 Ebara 均成立超过百年，在真空技术领域拥有数十年的研发、制造经验，产品伴随着集成电路产业的发展不断更新换代，积累了大量产品设计和技术工艺。我国对干式真空泵的研制起步较晚，产业基础相对薄弱，虽然近年来以本中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司为代表的国产供应商在技术水平、产品性能、规格型号丰富程度、产能等方面均实现了显著提升，但与国际领先厂商相比仍存在一定差距。
在集成电路领域，干式真空泵市场主要被 Edwards、Ebara、Kashiyama 等少数几家欧洲和日本企业占据，市场集中度较高。上述企业成立时间较早，产品种类较全，技术实力突出，生产规模较大，产品在半导体和泛半导体、工业制造、生物制药等各领域均有广泛应用，目前在国内市场也占据主导地位。
在光伏领域，目前国内光伏产业干式真空泵市场基本由国产厂商覆盖，国产干式真空泵厂商凭借更高的产品性价比与更灵活的服务方式，具备一定的本土优势，主要厂商包括中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司、汉钟精机、鲍斯股份、通嘉科技等。
6、干式真空泵行业的技术水平及特点
由于集成电路制造工艺极其复杂，因而集成电路领域应用的干式真空泵设计制造难度大、稳定性可靠性要求高，主要体现在以下几方面：
（1）集成电路制造工艺复杂，干式真空泵所处工况环境严苛，要求干式真空泵具备极高的可靠性、稳定性
干式真空泵为大多数集成电路制造环节提供所必须的真空环境，是集成电路产业不可或缺的关键附属设备，干式真空泵宕机会对集成电路生产造成严重不良影响：
①宕机使得集成电路生产所必需的真空环境消失，导致正在生产的晶圆报废；
②如排气端的粉尘回流到主机台工艺腔，将造成工艺腔污染，对工艺腔进行清洁可能消耗数万美金以上的配件，个别配件面临供应受限的风险；
③宕机后更换真空泵以及重启主工艺机台耗时较长，直接降低产线产能，极端情况下可能导致全线停产。同时，集成电路制造业的工艺技术特点，对干式真空泵的性能质量提出了极高要求，具体体现在：
①集成电路产业对工艺腔室的真空洁净度要求远超其他产业，集成电路生产为微观加工工艺，任何细微的尘埃和气体都会造成工艺缺陷，并通过成百上千道工序放大，影响晶圆性能和良率，因此需要干式真空泵持续稳定的提供高度洁净真空环境；
②集成电路制造工艺复杂、多样，有的工艺环节需频繁从大气压抽至真空极限压力，对真空泵的抗大气载冲击能力要求高；有的工艺环节产生大量腐蚀性制程物，泵体需具备抗腐蚀能力；有的工艺环节产生大量粉尘类或粘稠性制程物，要求干式真空泵具备抗卡滞能力；有的工艺环节会造成气体热分解或冷凝，对大范围温度变化下真空泵的控温能力有一定要求；
③集成电路制造过程中要求工艺机台 7×24 小时不停机工作，以避免停机导致的生产损失和增加的维修费用，进而影响整体生产效率，这要求真空泵全年 24 小时持续高可靠性全程运转，对泵的可靠性提出了极高要求。
（2）集成电路制造工艺的不断改进要求干式真空泵的性能持续提升
先进工艺的应用，对芯片制造所需真空获得设备提出更高要求。随着主工艺机台设备的不断升级，附属设备的重要性日益突出。例如，GAA（Gate-All-Around，全环绕栅极晶体管）所需要的选择性蚀刻工艺需要更大的深宽比及深埋导线结构，e-DRAM 的电容部分将会使用更加复杂的工艺。全新的制造工艺通常意味着更复杂的腐蚀环境，比如 WAC 工艺带来的工艺副产物，通常具备极易冷凝性或高腐蚀性的特点。
这就要求干式真空泵能够在更加严苛的工艺条件下高效且稳定的运行。为满足持续改进的制造工艺，干式真空泵应当具备：真空获得能力更强，抽速范围达 100-6,000（m3/h）；更强的抗腐蚀能力以抵御 WAC 工艺带来的副产物；可精确调节的氮气吹扫功能，根据特定半导体制造工艺对氮气吹扫进行精确调节；更宽的温度调节范围，可在摄氏 60-260°C 范围内调节。
（3）高精度零部件加工与量产装配工艺优化驱动干式真空泵一致性提升
干式真空泵具有小间隙、高转速的产品特征，要求其关键零部件的加工和关键组件的装配，要能够达到高精度的要求。
这里，包含定转子啮合面的轮廓度、定子密封面的光洁度、定位部件的位置度，传动部件的旋转精度等，同时也要求装配间隙、转子角向等的正确性和一致性，这些在产品研发阶段无论是通过精细加工、人工修研，还是选装、配装、反复拆装调试等方式，均可以保证。但是在产品的量产阶段，就需要对转子、转子轴等关键零部件的制造工艺进行技术攻关，保证产品型线等的加工精度要求，同时要求加工效率不断提升，零部件质量可靠，加工公差数据一致性好。
在产品的量产阶段，也需要综合考虑装配操作方便性及装配精度的可重复性，工艺简单性和装配可行性等影响真空泵装配精度的因素，通过装配序列的综合评价，建立装配序列评价模型，获取最优的装配序列，从而在最优装配序列的指导下，优化装配工艺流程并设计专用装配装置，提高真空泵装配效率和产品的一致性。
（4）半导体制造产能提升及厂区规划设计要求
干式真空泵持续缩减尺寸晶圆厂的规划设计要求在有限的厂区范围内最大限度的提升产能，处于附属制造区（subfab）的干式真空泵必须尽量配置在处于主 FAB 的工艺机台的投影以内（参见本节“图：典型的半导体产业真空系统布局”），避免因布局不当导致辅助区域占地过大、降低整体效率。同时，新型生产设备采用线性结构（可容纳 10 个以上工艺腔），比传统放射式结构（6 个工艺腔室）更需要紧凑的真空泵。
晶圆厂附属制造区（subfab）需在有限区域内容纳数千台干式真空泵及配套管线、尾气处理、特气柜、液体输送系统等其他附属设备，必须在复杂的晶圆厂区域内进行充分合理的规划。此外，近年来发展出的多楼层附属制造区大大增加了规划难度。因此干式真空泵既需要不断地优化尺寸以适应各种各样的安装条件（包括立式设计节省平面空间），又需要通过优化转子结构、提高转速来保持抽气效率——在缩小体积的同时，通过改进内部空间利用率和转速提升，维持足够的抽气量，在不断地技术创新中解决空间限制与产能提升的矛盾。
（5）半导体产业耗电量巨大要求
干式真空泵在满足功能要求的前提下持续降低能耗能源支出是晶圆厂的重要成本之一，生产电费最高可达晶圆厂运营成本的 30%，其中工艺机台及其配套附属设备产生的能耗可达总能耗的 50%。因此，为了不断提升盈利水平，半导体产业追求持续降低能耗。此外，降低能耗、减少排放，也是公众、政府、企业实现可持续发展的要求。作为关键附属设备，干式真空泵主要在以下几方面研发创新以不断提高能效：
①通过优化转子压缩比降低能耗：产品能耗主要来源为气体压缩产生的压缩功，气体的压缩功与转子等核心零部件的设计直接相关，即各级间的压缩比的配置设计。目前中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司产品的设计主要根据不同的工艺需求，采用不同转子形式配比：如全罗茨式、罗茨+爪式等，并计算对比不同级数的能耗情况，对转子轴系的不同配比进行优化，在满足工艺的情况下，选择最优组合，实现降低能耗。
②通过提高传动效率减少摩擦降低能耗：摩擦损失是机械传动中最主要的能量损耗之一，中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司真空干泵在设计过程中充分考虑产品的节能需求，如密封系统采用非接触式密封结构，通过在旋转件、固定件之间形成多个迂回空间，产生阻力，阻止流体的泄漏；同时在接触式密封之间增加气体阻隔，降低动摩擦力，减小磨损；润滑系统设计根据油箱位置的实际温度选用优化粘度的润滑油，保证最低的能耗。
③通过提高驱动效率降低能耗：降低电机损耗是实现产品低能耗的重要方面，所以在电机的设计上，要研制高效率的真空屏蔽电机，首先，采用专利结构和工艺保证电机的密封性能，将电机定子隔离在真空环境之外；其次，优化屏蔽筒结构或取消屏蔽筒结构，同时优化槽配合、电机绕组参数；并对准适配工况，逐步使用高效率的永磁同步电机，综合实现降低产品能耗。
（6）半导体制造工艺复杂多样，需要多种规格型号的干式真空泵匹配
集成电路晶圆制造过程环节众多、工艺复杂、设备类型多样，且存在大量定制化设备，工艺细节也会随着技术进步而持续更新调整。不同制造环节的工艺原理、工艺环境、材料及加工要求差异较大，因而需要不同设计、不同规格的干式真空泵匹配特定制造环节的需求。
另外，同一制造环节不同晶圆厂的工艺特点可能显著不同。比如对于 CVD SiO2 工艺环节，某晶圆厂工艺前体如 SAM24/DIPAS/BDEAS 等在高温下分解速度较快，泵内温度设计需要较低温度，以达到抑制前体分解并堆积粉尘的效果；另一晶圆厂则可能采用 SiH4/N2O 等作为前体，副产物粉尘需要高温下分解和抑制粉尘冷凝，泵需要高温配置排出副产物。因此要求干式真空泵供应商需要针对晶圆厂的特殊工艺有针对性的研发满足其特定需求的产品。
