半导体领域用的激光器——从光刻到封装，芯片制造为什么离不开激光？

在上一篇《一文读懂半导体激光器》中，我们介绍了VCSEL、DFB、EML、QCL等半导体激光器。它们本身就是一种光电子器件，是光模块、消费电子、激光雷达等产品中的核心元器件。

一文读懂半导体激光器——VCSEL、DFB、EML、QCL到底有什么区别？

然而，在半导体行业中，还有另一类更容易被忽视，却同样至关重要的激光器——半导体制造设备中的工业激光器。

从晶圆曝光、材料退火，到晶圆切割、封装焊接，再到晶圆检测、精密量测，现代芯片制造几乎每一道关键工艺都离不开激光技术。可以说，如果说半导体激光器是芯片产业中的"产品"，那么工业激光器就是制造这些芯片的"工具"。

本文将沿着半导体制造流程，系统梳理半导体领域究竟需要哪些激光器，它们分别承担什么工艺，又有哪些核心技术路线和代表企业。

芯片制造为什么离不开激光？

一块芯片从硅片到最终封装，需要经历数百甚至上千道工艺。其中，光刻、离子注入、退火、切割、钻孔、焊接、检测等多个关键环节，都需要激光参与。

从工艺流程来看，激光主要分布在以下几个环节：

晶圆制造 → 光刻 → 离子注入 → 激光退火 → 晶圆切割 → 先进封装 → 检测量测

不同工艺对激光波长、功率、脉冲宽度和稳定性的要求完全不同，因此也形成了不同的激光器技术路线。

总体来看，可分为三大类：

光刻曝光光源，决定芯片制程能力。精密加工激光器，完成切割、退火、钻孔等加工工艺。检测量测激光器，保证晶圆制造精度。

可以说，现代半导体制造设备，本质上也是一套高度复杂的激光应用系统。

光刻曝光：决定先进制程的核心光源

如果说整个芯片制造过程中哪一种激光器最重要，那么答案无疑是光刻光源。

光刻工艺的核心任务，是把电路图案转移到晶圆表面的光刻胶上，而决定分辨率的关键因素之一，就是曝光光源的波长。波长越短，可实现的特征尺寸通常越小，因此先进制程不断推动光源向更短波长演进。

1、DUV准分子激光器

目前，大多数成熟制程仍采用深紫外（DUV）光刻技术，其核心光源就是准分子激光器（Excimer Laser）。

准分子激光器属于气体激光器，通过高压脉冲放电激发稀有气体与卤素形成的准分子，产生深紫外激光。目前主要有两种波长：

KrF（248nm）

ArF（193nm）

用于28nm及以下更先进的DUV工艺，并可结合浸没式光刻进一步提升分辨率。

准分子激光器具有波长短、单脉冲能量高、稳定性好的特点，是当前DUV光刻机不可替代的核心光源。

2、EUV光源：先进制程的核心壁垒

进入7nm及以下制程后，传统DUV已经难以满足需求，EUV（极紫外）光刻成为先进制程的主流方案。

需要说明的是，EUV光源本身并不是一种传统意义上的激光器，而是一种激光等离子体光源（LPP，Laser Produced Plasma）。

其工作原理是利用高功率脉冲CO₂激光器连续轰击高速飞行的液态锡滴，瞬间形成温度高达数十万摄氏度的等离子体，从而产生波长仅13.5nm的极紫外光。

真正用于驱动这一过程的，则是高功率CO₂激光器。因此，高功率CO₂激光器、锡滴控制技术以及EUV集光系统，共同构成了EUV光刻机最核心的技术壁垒。

精密加工：激光让芯片制造更"精细"

除了曝光，激光还广泛应用于晶圆加工和先进封装。

随着晶圆越来越薄、封装结构越来越复杂，传统机械加工容易产生崩边、裂纹和热损伤，而激光加工凭借非接触、高精度等优势，已成为主流方案。

1、超快激光器：先进封装的"冷加工"利器

超快激光器包括皮秒和飞秒激光器，其最大的特点是脉冲宽度极短，仅为10⁻¹²至10⁻¹⁵秒。

由于能量在极短时间内释放，材料几乎来不及传热便完成烧蚀，因此热影响区极小，被称为"冷加工"。

目前，超快激光器已成为先进封装的重要工具，主要用于：

SiC

GaN

随着2.5D、3D封装和Chiplet技术的发展，超快激光器的重要性还将持续提升。

代表企业包括Trumpf、Light Conversion、大族激光、英诺激光、杰普特等。

2、光纤激光器：封装产线的主力设备

相比超快激光器，光纤激光器更加成熟、成本更低。

它以掺镱等稀土元素的光纤作为增益介质，由半导体激光器进行泵浦，具有光束质量高、电光转换效率高、维护成本低等优势。

在半导体行业中，光纤激光器主要承担：

晶圆激光打标；金属镀层去除；引线框架焊接；塑封体切割；封装焊接等工艺。

目前，IPG、锐科激光、创鑫激光等企业均已形成成熟产品。

3、准分子激光器：不仅用于光刻，也用于退火

除了作为光刻光源，准分子激光器还广泛用于激光退火（ELA，Excimer Laser Annealing）。

利用深紫外激光瞬间加热材料表面，可以实现：

OLED

目前，该工艺已成为显示面板和部分功率器件制造的重要环节。

4、传统固体激光器仍有应用

以Nd:YAG激光器为代表的纳秒固体激光器，虽然在部分高端工艺中逐渐被超快激光器替代，但由于成本较低、工艺成熟，目前仍广泛应用于成熟封装中的晶圆划片、陶瓷基板切割等领域。

此外，高功率半导体激光器阵列（Bar、Stack）也开始用于晶圆预热、大面积退火以及塑料焊接等场景。

检测量测：看得见，更要测得准

如果说加工决定了芯片"能不能做出来"，那么检测则决定了芯片"能不能做好"。现代半导体制造要求纳米级甚至亚纳米级精度，因此激光已成为各种检测设备的重要光源。

其中，小功率半导体激光二极管主要用于晶圆台定位、自动对准和位移测量；氦氖（He-Ne）激光器则凭借632.8nm波长的高稳定性，广泛应用于激光干涉仪、晶圆平整度测量和光刻系统校准。

随着先进制程的发展，越来越多设备开始采用窄线宽激光器。由于其具有极高的波长稳定性和极窄的谱线，可用于薄膜厚度测量、晶圆应力检测、缺陷扫描等高精度光学量测，为工艺控制提供纳米级测量能力。

国产化进展与产业格局

近年来，我国工业激光产业发展迅速，但不同细分领域国产化水平差异明显。

在光纤激光器、超快激光器和大功率半导体激光器等领域，国内企业已具备较强竞争力，大族激光、锐科激光、创鑫激光、英诺激光、英谷激光、杰普特等企业不断推动产品升级，并逐步进入半导体制造市场。

相比之下，ArF/KrF准分子激光器、EUV光源、高稳定性检测激光器等高端产品仍主要由Cymer、Gigaphoton、Trumpf等国际企业主导，也是当前半导体装备国产化的重要突破方向。

未来，随着先进制程、先进封装、化合物半导体以及Micro LED等产业持续发展，工业激光器将向更短波长、更高功率、更高稳定性、更高精度和更智能化方向演进，在半导体制造中的作用也将更加重要。

最后

激光不仅是一种光源，更是现代半导体制造的重要基础工具。从决定制程能力的DUV、EUV光源，到先进封装所依赖的超快激光器，再到支撑高精度制造的检测激光器，不同类型的工业激光器共同构成了芯片制造背后的"光引擎"。

如果说上一篇介绍的半导体激光器属于芯片产品本身，那么本文介绍的半导体领域用的激光器则属于制造芯片的关键装备。两者名称相近，却位于产业链不同环节，共同支撑着现代半导体产业的发展。

通过这两篇文章，希望能够帮助读者建立起对激光技术在半导体产业中两大核心应用方向的整体认知，也为理解光电子、半导体装备以及先进制造等领域的发展提供一个更加完整的视角。