摘要

在半導體制造、FPD（平板顯示器）生產及真空鍍膜等前沿工業(yè)領域，真空泵的性能直接決定了工藝效率與產能極限。面對裝卸腔室（Load Lock Chamber）和PVD（物理氣相沉積）工藝對快速排氣、高頻啟停及潔凈度日益嚴苛的要求，傳統(tǒng)真空泵在應對快速循環(huán)任務時常面臨發(fā)熱量大、功耗高、排氣效率不足等瓶頸。日本ULVAC（愛發(fā)科）株式會社基于其數(shù)十年的真空技術積累，推出多級羅茨型干泵LR系列，搭載獨特的低溫區(qū)域均熱化技術，在大抽速應用中展現(xiàn)出的工藝適應性。LR1800和LR3601-R作為LR系列面向大抽速需求的旗艦型號，采用獨特的低溫均熱技術和機械增壓泵兩級串聯(lián)設計，在裝卸腔室快速排氣、縮短生產節(jié)拍方面具有顯著優(yōu)勢，同時通過與ECO-SHOCK節(jié)能附件的組合，可將功耗降低高達80%。本文從產品系列架構、核心技術參數(shù)、低溫區(qū)域均熱化技術原理、抗腐蝕與密封設計、ECO-SHOCK節(jié)能附件、系列譜系對比、典型應用場景及選型建議等方面，對LR1800及LR3601-R進行系統(tǒng)技術解析。

一、引言

在現(xiàn)代半導體和FPD制造產線中，真空系統(tǒng)的設計不僅僅關乎能否抽真空，更關乎“抽多快”和“省多少電”。濺射（Sputtering）和蒸鍍（Vapor Deposition）等PVD工藝對真空環(huán)境的要求高，而裝卸腔室——作為晶圓從大氣環(huán)境進入工藝腔室的中轉站——需要在高頻次的裝載和卸載操作中快速完成抽氣和破空循環(huán)。縮短裝卸腔室的排氣時間，直接等同于縮短生產節(jié)拍、提升設備綜合利用率（Overall Equipment Effectiveness, OEE）。

然而，裝卸腔室和PVD工藝所排出的氣體主要是空氣、氮氣、氬氣等惰性氣體，不含腐蝕性或反應性氣體。傳統(tǒng)設計在這一應用場景中存在發(fā)熱量大、停機時間長、節(jié)能效果差等痛點。ULVAC LR系列正是針對這一工況而研發(fā)的專用解決方案——以低溫均熱化技術為基石，在保證高抽速輸出的同時控制泵體溫升，為頻繁啟停的快速排氣應用提供兼顧效率、可靠性與經濟性的真空獲取平臺。

二、產品系列架構與定位

2.1 多級羅茨型干泵技術簡介

LR1800/LR3601-R屬于多級羅茨型干式真空泵（Multi-Stage Roots Type Dry Vacuum Pump）。與傳統(tǒng)油封式真空泵不同，多級羅茨干泵在真空室內不使用油或液體，采用多個羅茨轉子級串聯(lián)壓縮氣體，實現(xiàn)無油接觸的干式排氣。這種結構從根本上杜絕了油蒸氣返流對被抽腔室的污染，在FPD（平板顯示器）、電子和半導體行業(yè)等需要更高清潔真空的環(huán)境中具有不可替代的地位。

2.2 LR系列在ULVAC干泵體系中的位置

ULVAC圍繞多級羅茨型干泵，構建了LR、HR、UR三大系列，分別應對不同工藝溫度和氣體成分的場景，形成了從低溫排氣到超高溫耐腐蝕工藝的完整覆蓋：

ULVAC的HR/UR系列通過獨特的高溫均熱技術（High-Temperature Uniform Heating）有效利用壓縮熱，在CVD和干法刻蝕等硬工藝（Hard Process）中實現(xiàn)了高耐久性。而LR系列則采用低溫均熱策略，在PVD工藝之外，尤其適用于高頻啟停的裝卸腔室抽空，在縮短排氣時間對提升產能極為關鍵的應用中發(fā)揮重要作用。

LR系列的核心設計理念在于：不是追求極限高溫來防止冷凝，而是通過將泵體溫度控制在適中的低溫區(qū)域內均勻化，避免不必要的過熱，從而實現(xiàn)更低的功耗和更高的啟停響應速度。

三、核心技術參數(shù)

3.1 LR1800與LR3601-R抽速性能

LR1800和LR3601-R均由干泵主體（DRP）和機械增壓泵（MBP）兩級串聯(lián)構成，以下為兩者的核心性能指標對比：

在60Hz供電條件下，LR1800的抽速可達29700 L/min，極限壓力低至0.67 Pa，覆蓋了從中真空到高真空寬域的有效抽氣需求。LR3601-R在50Hz下的抽速高達53333 L/min，在所有LR系列型號中處于抽速頂點。0.67 Pa的極限壓力指標意味著這兩款泵不僅勝任裝卸腔室的快速粗抽，同樣可以作為渦輪分子泵（Turbo Molecular Pump, TMP）或機械增壓泵的后級前級泵使用。

3.2 冷卻水與氮氣吹掃系統(tǒng)

LR系列均需配置冷卻水系統(tǒng)以保證長時間連續(xù)運行的熱穩(wěn)定性：一次壓力范圍0.1~0.5 MPa，流量要求不低于4~5 L/min，出入口壓差大于0.10.2 MPa。同時，為防止工藝氣體沿轉軸間隙泄露及內部粉塵堆積，軸密封部位需持續(xù)通入氮氣吹掃，流量為5 SLM；此外還提供可調節(jié)的氣鎮(zhèn)（Gas Ballast）功能，流量范圍為045 SLM，用于改善水蒸氣和可冷凝氣體的排出性能。

四、低溫區(qū)域均熱化：LR系列的核心技術靈魂

4.1 低溫均熱化的技術內涵

ULVAC的LR系列采用了區(qū)別于常規(guī)干泵設計的低溫區(qū)域均熱化策略。其核心思想是：將泵體溫度控制在一個相對較低的、均勻分布的水平，而非追求高溫排氣。

這一策略對裝卸腔室和PVD工藝具有三重價值：

• 抑制泵體發(fā)熱：在頻繁大氣壓到真空的循環(huán)作業(yè)中，壓縮熱顯著積累。傳統(tǒng)干泵若不加嚴格控制，泵體溫度將不斷攀升，不僅影響軸承壽命，還會延長停機后的冷卻等待時間。LR系列的低溫均熱設計主動干預熱分布，使泵體各區(qū)域溫差大幅縮小，顯著降低了熱點出現(xiàn)的概率和溫升幅度。

• 降低熱能對周邊設備的影響：泵體溫度較低且均勻，意味著排向潔凈室的熱輻射被有效抑制。這直接減輕了空調系統(tǒng)的制冷負荷，為半導體工廠提供了可觀的間接節(jié)能潛力。

• 專為惰性氣體排氣優(yōu)化：PVD工藝和裝卸腔室中的氣體為空氣、氮氣、氬氣等惰性氣體，不含腐蝕性或反應性成分，無需通過高溫排氣來防止物質沉積或腐蝕。LR系列的低溫策略恰好契合此類工藝的實際需求。

4.2 與傳統(tǒng)高溫系列（HR/UR）的清晰分工

ULVAC將LR、HR、UR三大系列的泵體溫控策略做了明確分工：LR專攻低溫均勻，適用于PVD與裝卸腔室；HR和UR則分別采用高溫和超高溫均熱，專為處理CVD、干法刻蝕等含升華性排氣物質的硬工藝而設計，通過維持泵體高溫以避免副產物在泵內冷凝沉積。LR系列與HR/UR系列的差異化定位，使得用戶能夠根據(jù)工藝氣體的性質準確選型，避免過高的溫度冗余帶來不必要的能耗和設備成本。

五、抗腐蝕、氦氣密封與瞬停防護設計

5.1 出色的耐腐蝕性

盡管LR系列主要處理惰性氣體，但ULVAC仍為其關鍵零部件配置了高標準的耐腐蝕設計。主要零部件均采用表面硬度高、耐腐蝕性優(yōu)異的特殊表面處理工藝，在可能接觸到微量腐蝕性氣體或副產物的邊界工況下有效降低泵內部的腐蝕風險。

5.2 氦氣密封（Helium Tight）技術

LR系列搭載了屏蔽電動機（Canned Motor）結構，形成全密閉的驅動系統(tǒng)。電機內部和泵腔之間不存在動密封泄漏路徑，實現(xiàn)了優(yōu)異的氦氣密封性能。這一設計不僅確保了在真空系統(tǒng)泄漏率要求極其嚴格的應用中的可靠性，也大幅提升了泵體的整體安全性。

5.3 瞬停對策

工業(yè)供電線路中的瞬間電壓跌落或停電（通常持續(xù)數(shù)十至數(shù)百毫秒）可能導致真空泵保護性停機，進而引起整個工藝鏈中斷。LR系列內置了瞬停對策電路，能夠在1000msec（1秒）以內的瞬停事故中保持泵體繼續(xù)運轉，有效避免了因電力短暫波動導致的非計劃性停機。

5.4 通信功能

LR系列具備的通信功能，用戶可通過連接計算機讀取與泵運轉狀態(tài)相關的數(shù)據(jù)、警告及報警履歷。若使用專用軟件與計算機進行通信，還可實現(xiàn)集中監(jiān)控和遠程管理，顯著提升了大規(guī)模產線的運維效率。

5.5 全壓力區(qū)域連續(xù)運行能力

LR系列支持從大氣壓極限壓力的全壓力區(qū)域連續(xù)運行，無需在啟動階段進行特殊操作。這一特性在裝卸腔室的反復抽氣-破空循環(huán)中尤為實用——用戶不必擔心因排氣負載波動而影響泵的運行穩(wěn)定性，使LR系列可無縫集成到自動化生產線控制邏輯中。

5.6 CE標準合規(guī)

所有LR系列型號均可選配符合CE標準（歐盟強制性安全認證）的配置，以適應出口歐洲的設備法規(guī)要求，同時有助于降低設備運行噪音、提升維護便捷性。

六、ECO-SHOCK節(jié)能附件：將功耗降低至多80%

6.1 節(jié)能附件的技術價值

LR系列干泵雖已具備不錯的能效表現(xiàn)，但若搭載ULVAC的ECO-SHOCK節(jié)能附件，節(jié)能潛力將進一步釋放。ECO-SHOCK是一種連接在干式真空泵排氣管路上的創(chuàng)新附件，通過智能調節(jié)排氣阻抗來優(yōu)化泵的負載曲線。當干泵處于極限壓力或低負荷運行階段時，ECO-SHOCK自動介入，降低排氣阻力，使電機負載減小，功耗顯著下降。

6.2 實測節(jié)能效果

據(jù)ULVAC實測數(shù)據(jù)，ECO-SHOCK可使干式真空泵的功耗降低最多80%（與本公司傳統(tǒng)產品相比） ，同時具有抑制干泵發(fā)熱的效果——這進一步降低了潔凈室空調系統(tǒng)的制冷負荷，產生了第二層次的間接節(jié)能效益。在實際應用案例中：

極限壓力運行工況下（以搭載ECO-SHOCK的ES4A附件為例）：

• LR1800：原功耗6.0 kW → 2.7 kW，降低55%

• LR3601-R：原功耗7.8 kW → 3.2 kW，降低59%

反復排氣工況下（裝卸腔室實際作業(yè)模式）：

• LR1800：原功耗7.2 kW → 5.7 kW，降低21%

• LR3601-R：原功耗9.6 kW → 6.3 kW，降低34%

以上數(shù)據(jù)來自產品應用實測資料

6.3 附加性能提升與使用限制

除節(jié)能外，ECO-SHOCK還附帶提高極限壓力性能和降低排氣噪音的附加效果，且在所有壓力范圍內均可保持有效抽速輸出。使用前提明確：ECO-SHOCK不得用于排放易燃、可燃或有毒氣體的泵；僅適用于抽空空氣、氮氣、氬氣等惰性氣體的應用。這恰恰與LR系列定位于PVD和裝卸腔室惰性氣體排氣的產品定位高度契合。

七、LR系列完整型號譜系

LR系列覆蓋從60 m3/h小抽速到3200 m3/h超高抽速的完整產品線。干泵主體（DRP）與機械增壓泵（MBP）的不同組合，形成了多個配置層次：

從譜系分布可見，LR1800和LR3601-R處于LR系列的最大抽速金字塔頂端。LR3601-R與其變體LR3601-T、LR3601-TR的主要區(qū)別在于干泵表面處理規(guī)格（R系列為標準型，T系列為更高級別表面處理）。

八、典型應用場景

8.1 PVD鍍膜設備（濺射/蒸鍍）

在半導體和FPD制造中的濺射和蒸鍍工藝中，真空系統(tǒng)通常需要在高潔凈度條件下長時間連續(xù)運行，同時承受頻繁的晶圓加載和卸載操作。LR系列低溫均熱化技術確保泵體在連續(xù)運行和間歇運行之間維持穩(wěn)定的溫度分布，有效避免因過高溫升導致軸承磨損或停機冷卻時間過長的問題。LR1800和LR3601-R的大抽速特性使其尤其適合大面積基板的濺射鍍膜生產線。

8.2 裝卸腔室（Load Lock Chamber）快速排氣

裝卸腔室的快速排氣是提升產能的剛性需求：每一次抽空時間的縮短，直接轉化為每小時可處理的晶圓片數(shù)增加。LR系列專門針對這一場景優(yōu)化，ULVAC將其定位為“特別適用于縮短排氣時間對提高產能非常重要的裝卸室排氣”。LR1800和LR3601-R的大抽速配合低發(fā)熱特性，可在高頻啟停下穩(wěn)定運行，為半導體和FPD制造商提供可靠的產能提升手段。

8.3 渦輪分子泵/機械增壓泵的后級前級泵

在需要高真空的應用中，渦輪分子泵和機械增壓泵自身無法從大氣壓開始啟動，必須依賴前級泵（Backing Pump）預抽到其啟動壓力。LR系列大抽速型號可作為高性能前級泵，與渦輪分子泵或機械增壓泵配合，快速將真空腔室從大氣壓抽至分子泵的啟動壓力區(qū)間，大幅縮短高真空系統(tǒng)的整體抽氣時間。

8.4 惰性氣體排氣系統(tǒng)

LR系列主要設計用于抽空惰性氣體，包括空氣、氮氣（N?）和氬氣（Ar）。這些氣體在半導體和材料加工中廣泛用作工作氣體、吹掃氣體和運輸氣體。在熱處理爐、Si單晶生長爐等需要惰性氣氛保護的設備中，LR系列提供了高效、潔凈的排氣解決方案。在產生粉塵副產物的工藝（如Si單晶拉制爐）中，LR系列同樣可用于排除含粉末的氣體。

8.5 真空干燥與脫氣處理

除半導體領域外，LR系列還適用于需要對物料進行真空干燥或脫氣處理的工業(yè)領域。其高抽速和較低的基礎真空度可在中等真空范圍內提供高效排濕排溶劑的性能。

8.6 與其他干泵系列的場景對照

在PVD工藝之外，若工藝氣體涉及CVD反應副產物或腐蝕性成分，應選用HR或UR系列；若主體工藝為物理鍍膜且需要快速裝卸腔室排氣，LR1800和LR3601-R則是面向大抽速需求的優(yōu)選。

九、選型對比與建議

9.1 抽速需求分級

LR1800在抽速、功耗、尺寸之間取得了平衡，適合大多數(shù)8英寸以上晶圓PVD產線和大型FPD鍍膜設備的裝卸腔室抽氣需求。LR3601-R以3200 m3/h的抽速站穩(wěn)LR系列抽速頂端，為12英寸大產線和高節(jié)拍FPD產線提供了充足的真空安全余量。

9.2 配置組合建議

• 標配（無ECO-SHOCK） ：適用于抽氣頻率不高、對功耗不敏感的場景，或工藝氣體不滿足ECO-SHOCK“僅限惰性氣體”的合規(guī)條件。

• 帶ECO-SHOCK節(jié)能附件：適用于處理空氣、氮氣、氬氣等惰性氣體的PVD或裝卸腔室應用，可實現(xiàn)極限壓力下最高59%的功耗降低及改善噪音和極限壓力性能。

• CE標準選配：用于需要出口歐洲的設備，符合歐盟機械安全和電磁兼容性指令。

十、結語

ULVAC LR1800和LR3601-R多級羅茨型干泵，憑借低溫區(qū)域均熱化技術、氦氣密封屏蔽電機結構、1秒內瞬停對策及CE合規(guī)等多項核心設計，在PVD鍍膜和裝卸腔室快速抽氣等大抽速應用中實現(xiàn)了性能與可靠性的高效融合。通過與ECO-SHOCK節(jié)能附件協(xié)同使用，極限工況下的功耗可降低最多約59~80%，顯著改善了大型真空系統(tǒng)的長期運營成本。

在半導體、FPD、新能源和精密材料加工等產業(yè)對真空系統(tǒng)潔凈度、抽速和綜合擁有成本要求持續(xù)攀升的背景下，LR1800和LR3601-R作為LR系列的大抽速主力型號，為業(yè)界提供了兼顧大抽速、低發(fā)熱、低功耗的系統(tǒng)級真空獲取方案——將“抽得快、省得多”從實驗室指標轉化為產線運行的日?，F(xiàn)實，為現(xiàn)代精密制造業(yè)的產能提升與綠色制造持續(xù)貢獻力量。