比較最後更新 2026年10月8日

乾式真空幫浦與渦輪分子幫浦的差異

半導體製造設備的排氣系統,必須涵蓋從大氣壓到超高真空、跨越10個數量級以上的壓力範圍。單一幫浦無法勝任,因此標準配置是將負責粗抽的乾式真空幫浦,與建立高真空的渦輪分子幫浦串聯組合。兩者並非互相競爭的選項,而是在排氣系統中扮演不同角色的夥伴。

Verdict結論

兩者並非競爭關係,而是分工合作。乾式幫浦是負責從大氣壓抽到數Pa左右的粗抽一次側幫浦,渦輪分子幫浦(TMP)則是在其之後建立10⁻¹~10⁻⁸Pa高真空的二次側幫浦。TMP只能在分子流區域運作,排氣側也有背壓限制,因此無法單獨使用,一定要與乾式幫浦串聯運作。

主要差異

乾式真空幫浦與渦輪分子幫浦(TMP)依比較項目比較
比較項目乾式真空幫浦渦輪分子幫浦(TMP)
負責的壓力範圍大氣壓(10⁵Pa)~數Pa(粗抽、低真空)10⁻¹~10⁻⁸Pa(高真空~超高真空)
抽氣原理以多段魯式/螺桿機械式壓縮、排出氣體高速旋轉葉片賦予氣體分子動量,將其撞向排氣方向
單獨運作可(能從大氣壓開始抽)不可(以分子流區域為前提,必須搭配前級幫浦)
轉速數千rpm等級數萬rpm等級(以磁浮軸承非接觸支撐)
沉積性氣體對策本體加熱+N₂吹淨以防止析出附著於葉片會造成不平衡,以吹淨、鍍膜因應
不擅長的氣體無特別不擅長(以機械方式推出)H₂、He等輕分子(以複合型補強背壓耐受性)
主要用途所有製程設備的一次排氣、TMP的前級幫浦蝕刻、PVD、離子佈植、分析設備的高真空
主要廠商Edwards、荏原製作所(EBARA)、樫山工業、Pfeiffer、愛發科(ULVAC)Pfeiffer、Edwards、荏原製作所(EBARA)、島津製作所、愛發科(ULVAC)

為何要將2種幫浦串聯

TMP運作的前提是「分子流區域」,也就是氣體分子與器壁的碰撞多於分子之間的碰撞。在大氣壓下,分子的平均自由徑太短,葉片無法把分子撞開。因此要先以乾式幫浦抽到數Pa左右、形成分子流區域,再從該處啟動TMP。此外,TMP的排氣側壓力(背壓)必須低於一定值才能運作,所以運轉中乾式幫浦也要在下游持續抽氣。

半導體製程特有的課題:沉積與腐蝕

CVD未反應的前驅物與蝕刻生成物,會在排氣路徑中溫度下降處以固體形式析出。乾式幫浦以加熱器加熱本體,避開析出溫度區間,並以N₂吹淨進行稀釋與輸送,防止固著。TMP的葉片附著物會破壞旋轉平衡,因此以導入吹淨氣體、葉片鍍膜與溫度管理作為對策。異物捲入造成高速旋轉體損壞,會對設備帶來重大傷害,因此保護設計也很重要。

運轉成本的觀點:電力與稼動率

乾式幫浦在晶圓廠內持續運轉的台數非常多,總耗電量相當可觀。以變頻控制進行變速運轉、降低待機耗電的節能機種已成主流。另一方面,TMP會透過設備的真空建立時間(抽氣時間)影響產能。兩者包含大修在內的維護服務都是供應端的重要營收來源,從晶圓廠的角度來看,計畫性的PM會左右稼動率。

常見問題

為何單靠渦輪分子幫浦無法抽成真空?
因為TMP只能在氣體分子一邊撞擊器壁、一邊獨立飛行的分子流區域發揮抽氣作用。在大氣壓下,分子之間的碰撞占主導,葉片無法發揮作用。此外,TMP在排氣側背壓過高時無法運作,因此運轉中也需要乾式幫浦在下游持續抽氣。
低溫幫浦可以取代哪一種?
低溫幫浦與TMP同屬高真空側的選項。它不將氣體往外推出,而是讓氣體在內部低溫面凝結、吸附;水氣抽氣速度大且振動小,因此用於PVD與離子佈植設備。不過需要定期再生(釋放累積的氣體)。
乾式幫浦為何不使用油?
因為油旋轉幫浦的油蒸氣可能逆流至腔體側,有污染晶圓的風險。乾式幫浦的排氣室採用不使用潤滑油的結構,從原理上切斷了這條污染途徑,因而成為半導體製造設備的標準。

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