真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。

真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。

真空获得设备，即获得、改善和（或）维持真空环境的装置，主要指真空泵，是真空技术中最关键的设备种类。

 真空相关知识

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

真空泵分类及作用机理

按照工作原理的不同，真空泵分为气体传输泵和气体捕集泵两大类。气体传输泵可以被进一步分为变容真空泵和动量真空泵两类。

变容真空泵是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气的装置，气体在排出前被压缩。可分为往复式和旋转式两种。

动量真空泵是通过高速旋转的叶片或射流，把动量传输给气体或者气体分子，使气体连续不断的从入口传输到出口的真空泵。

气体捕集泵是使气体分子被吸附或冷凝而保留在泵内表面上的一种真空泵，主要包括吸附泵、吸气剂泵、升华（蒸发）泵、吸气剂离子泵、低温泵等类型。

表2：气体传输泵的分类及应用

图源：中科仪招股说明书

半导体真空泵应用及市场

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。

真空泵应用于单晶硅制造、晶圆加工等多个环节。在半导体产业刚起步的时候，仅有两种处理工艺需要用到真空腔。

一种是只有一层金属的蒸铝工艺，另一种是在硅 片背面蒸金以便将电路芯片固定在它的管壳上，那时的真空工艺是在类似钟罩的腔内进行的。

当前，半导体制造过程中的许多化学反应都是在真空条件下进行的，使用工艺腔来实现受控的真空环境。

从20世纪80年代后期，工艺腔被构造为多腔集成设备。硅片在真空环境下从一个工艺腔传送至另一个工艺腔，避免了硅片的原始氧化并减少了污染。

半导体工业是真空泵非常重要的应用领域，是当前主要的增长动力。目前真空泵已经广泛应用在半导体制造的多个工艺环节中，包括刻蚀、镀膜、扩散等等。

为了将制造过程控制在更小的尺寸上，越来越需要以更高的精度和均匀性执行更多的半导体制造过程步骤。为了实现这一点，半导体工艺必须在极度受控的真空环境中运行。

随着功能和电路尺寸的减小，半导体制造中的工艺步骤数量将继续增加，从而导致真空设备需求的增加。

此外，小型化还需要新的制造技术，如多模和EUV光刻技术， 这将进一步推动半导体制造商采用真空系统。

半导体制造中主要应用的真空泵类型包括干式真空泵以及涡轮分子泵。较早时，油式真空泵是半导体行业中常用的真空泵种类，目前干泵成为了半导体行业最主要的真空泵类型。

与基于液体的水环泵、油封泵和蒸汽喷射系统相比，干泵设备除了能提高速度、工艺可重复性、灵活性和生产率之外，还能够显著节省运营成本、维护成本和安装空间。

干泵设备的关键优势，不使用水或油来进行真空阶段的密封或者润滑，因为设备的运行成本非常经济，可让用户优化真空工艺。

另外，干泵消除了工艺过程污染油或油搭载进入尾气处理系统的风险，他们不会产生废物、或者污染宝贵的溶剂、产品或环境。

干式泵是一种无油的泵送机构，用于创造真空环境。它们在真空抽气机构内不使用润滑剂，并有一系列的监测和控制选项。

干泵广泛应用于半导体领域，也应用于冶金、涂料、干燥、太阳能等工业过程。它们也用于科学仪器，如扫描电子显微镜。

根据SEMI（国际半导体设备与材料协会），2017-2020年全球半导体设备市场销售额566/645/598/689亿美 元，结合半导体真空市场规模（2017-2019年约19/20/21亿美元），真空泵占同期半导体设备销售额的3%~4%。

真空泵还需要定期维护，服务市场也是重要的一部分，例如Altas真空部门每年服务收入占到该部门收入的25%。根据Edwards， 公司的大多数真空泵的使用寿命在10年到20年之间，并在这段时间内经历4到10次 预定的再制造过程。

对于某些客户，真空泵和减排系统每天24小时、每周7天运行， 因此除了再制造外，还需要定期维护。

我们估计，用于超清洁环境的干泵通常需要每4至5年维修一次，但建议在更严格的工艺下运行的泵每三个月进行一次维修。

进一步地，我们按照每年新增晶圆产能和目前装机产能测算了全球半导体真空泵每年增量需求与更新需求。

参考Edward的数据，我们的测算包含了以下关键假设：

1）假设每月4万片产能的12寸晶圆产线需要干式真空泵2000台，涡轮分子泵500 台；

2）平均更新年限假定为10年（每年更换存量真空泵的10%）；

3）半导体用干式真空泵价格假定15万元/台，分子泵假定12万元/台；

4）服务市场为总需求规模的25%，即为设备需求1/3。（2019年Altas真空部门服务收入占总收入的25%）。

5）2025年的装机预测取IC Insights的估计值，2021-2025年我们根据2025年的装机预测做了平滑处理。

测算结果如下：

1）存量需求占据主导，支撑需求稳中向上。根据测算，存量真空泵的更新与服务市场占整个设备市场的60%~70%左右，庞大的存量市场保证了半导体真空泵的稳定需求。

2）预计2025年全球半导体领域真空泵市场需求超过200亿。根据IC Insights，2020 年全球装机产能合计923.11万片/月（折算成12寸晶圆，下同），预计到2025年全球 装机产能1252万片。

据此测算，2019年半导体真空泵的设备与服务需求约130亿元， 与ISVT的估计相近。预计到2025年全球半导体真空泵的设备与服务需求达到217亿 元，其中设备需求约162亿元，服务需求约54亿元。

遵循同样的思路，并对国内装机的全球占比作出假设，我们可以对国内的半导体真空泵市场规模进行测算，并假设国内装机占全球装机的比例逐渐上升。

根据测算，2021-2025年国内半导体真空泵设备的市场空间分别为33/32/35/39/43亿 元；加上服务的需求，则同时期设备及服务的总需求为44/43/47/52/57亿元，未来5 年复合增长率为7.5%，保持稳定增长。

本文声明 |内容来源于《行业研究笔记》《璞玉知本》《研值有道》，文章仅限学习交流使用。【本平台摘录或转载于第三方的信息（包括文章、图片等）会标明作品来源和作者，无法查明作者的，将标明获取途径，如权利人认为内容侵犯其著作权，请书面告知，本平台将及时审查并删除被侵权的内容。其他任何媒体、网站或个人如需转载本平台内容，请注明信息来源。】