在上一篇《一文讀懂半導體激光器》中，我們介紹了VCSEL、DFB、EML、QCL等半導體激光器。它們本身就是一種光電子器件，是光模塊、消費電子、激光雷達等產品中的核心元器件。

一文讀懂半導體激光器——VCSEL、DFB、EML、QCL到底有什么區別？

然而，在半導體行業中，還有另一類更容易被忽視，卻同樣至關重要的激光器——半導體制造設備中的工業激光器。

從晶圓曝光、材料退火，到晶圓切割、封裝焊接，再到晶圓檢測、精密量測，現代芯片制造幾乎每一道關鍵工藝都離不開激光技術。可以說，如果說半導體激光器是芯片產業中的"產品"，那么工業激光器就是制造這些芯片的"工具"。

本文將沿著半導體制造流程，系統梳理半導體領域究竟需要哪些激光器，它們分別承擔什么工藝，又有哪些核心技術路線和代表企業。

芯片制造為什么離不開激光？

一塊芯片從硅片到最終封裝，需要經歷數百甚至上千道工藝。其中，光刻、離子注入、退火、切割、鉆孔、焊接、檢測等多個關鍵環節，都需要激光參與。

從工藝流程來看，激光主要分布在以下幾個環節：

晶圓制造 → 光刻 → 離子注入 → 激光退火 → 晶圓切割 → 先進封裝 → 檢測量測

不同工藝對激光波長、功率、脈沖寬度和穩定性的要求完全不同，因此也形成了不同的激光器技術路線。

總體來看，可分為三大類：

• 光刻曝光光源，決定芯片制程能力。
• 精密加工激光器，完成切割、退火、鉆孔等加工工藝。
• 檢測量測激光器，保證晶圓制造精度。

可以說，現代半導體制造設備，本質上也是一套高度復雜的激光應用系統。

光刻曝光：決定先進制程的核心光源

如果說整個芯片制造過程中哪一種激光器最重要，那么答案無疑是光刻光源。

光刻工藝的核心任務，是把電路圖案轉移到晶圓表面的光刻膠上，而決定分辨率的關鍵因素之一，就是曝光光源的波長。波長越短，可實現的特征尺寸通常越小，因此先進制程不斷推動光源向更短波長演進。

1、DUV準分子激光器

目前，大多數成熟制程仍采用深紫外（DUV）光刻技術，其核心光源就是準分子激光器（Excimer Laser）。

準分子激光器屬于氣體激光器，通過高壓脈沖放電激發稀有氣體與鹵素形成的準分子，產生深紫外激光。目前主要有兩種波長：

• KrF（248nm）
  廣泛應用于90nm、65nm及以上成熟制程。
• ArF（193nm）
  用于28nm及以下更先進的DUV工藝，并可結合浸沒式光刻進一步提升分辨率。

準分子激光器具有波長短、單脈沖能量高、穩定性好的特點，是當前DUV光刻機不可替代的核心光源。

2、EUV光源：先進制程的核心壁壘

進入7nm及以下制程后，傳統DUV已經難以滿足需求，EUV（極紫外）光刻成為先進制程的主流方案。

需要說明的是，EUV光源本身并不是一種傳統意義上的激光器，而是一種激光等離子體光源（LPP，Laser Produced Plasma）。

其工作原理是利用高功率脈沖CO?激光器連續轟擊高速飛行的液態錫滴，瞬間形成溫度高達數十萬攝氏度的等離子體，從而產生波長僅13.5nm的極紫外光。

真正用于驅動這一過程的，則是高功率CO?激光器。因此，高功率CO?激光器、錫滴控制技術以及EUV集光系統，共同構成了EUV光刻機最核心的技術壁壘。

精密加工：激光讓芯片制造更"精細"

除了曝光，激光還廣泛應用于晶圓加工和先進封裝。

隨著晶圓越來越薄、封裝結構越來越復雜，傳統機械加工容易產生崩邊、裂紋和熱損傷，而激光加工憑借非接觸、高精度等優勢，已成為主流方案。

1、超快激光器：先進封裝的"冷加工"利器

超快激光器包括皮秒和飛秒激光器，其最大的特點是脈沖寬度極短，僅為10?12至10?1?秒。

由于能量在極短時間內釋放，材料幾乎來不及傳熱便完成燒蝕，因此熱影響區極小，被稱為"冷加工"。

目前，超快激光器已成為先進封裝的重要工具，主要用于：

• 晶圓隱形切割（Stealth Dicing）；
• TSV（硅通孔）鉆孔；
• Micro LED微加工；
• Chiplet封裝精密切割；
• SiC、GaN等硬脆材料加工。

隨著2.5D、3D封裝和Chiplet技術的發展，超快激光器的重要性還將持續提升。

代表企業包括Trumpf、Light Conversion、大族激光、英諾激光、杰普特等。

2、光纖激光器：封裝產線的主力設備

相比超快激光器，光纖激光器更加成熟、成本更低。

它以摻鐿等稀土元素的光纖作為增益介質，由半導體激光器進行泵浦，具有光束質量高、電光轉換效率高、維護成本低等優勢。

在半導體行業中，光纖激光器主要承擔：

• 晶圓激光打標；
• 金屬鍍層去除；
• 引線框架焊接；
• 塑封體切割；
• 封裝焊接等工藝。

目前，IPG、銳科激光、創鑫激光等企業均已形成成熟產品。

3、準分子激光器：不僅用于光刻，也用于退火

除了作為光刻光源，準分子激光器還廣泛用于激光退火（ELA，Excimer Laser Annealing）。

利用深紫外激光瞬間加熱材料表面，可以實現：

• LTPS低溫多晶硅退火；
• 離子注入后的激活退火；
• OLED、Micro LED制造；
• 激光剝離（Laser Lift-off）。

目前，該工藝已成為顯示面板和部分功率器件制造的重要環節。

4、傳統固體激光器仍有應用

以Nd:YAG激光器為代表的納秒固體激光器，雖然在部分高端工藝中逐漸被超快激光器替代，但由于成本較低、工藝成熟，目前仍廣泛應用于成熟封裝中的晶圓劃片、陶瓷基板切割等領域。

此外，高功率半導體激光器陣列（Bar、Stack）也開始用于晶圓預熱、大面積退火以及塑料焊接等場景。

檢測量測：看得見，更要測得準

如果說加工決定了芯片"能不能做出來"，那么檢測則決定了芯片"能不能做好"。現代半導體制造要求納米級甚至亞納米級精度，因此激光已成為各種檢測設備的重要光源。

其中，小功率半導體激光二極管主要用于晶圓臺定位、自動對準和位移測量；氦氖（He-Ne）激光器則憑借632.8nm波長的高穩定性，廣泛應用于激光干涉儀、晶圓平整度測量和光刻系統校準。

隨著先進制程的發展，越來越多設備開始采用窄線寬激光器。由于其具有極高的波長穩定性和極窄的譜線，可用于薄膜厚度測量、晶圓應力檢測、缺陷掃描等高精度光學量測，為工藝控制提供納米級測量能力。

國產化進展與產業格局

近年來，我國工業激光產業發展迅速，但不同細分領域國產化水平差異明顯。

在光纖激光器、超快激光器和大功率半導體激光器等領域，國內企業已具備較強競爭力，大族激光、銳科激光、創鑫激光、英諾激光、英谷激光、杰普特等企業不斷推動產品升級，并逐步進入半導體制造市場。

相比之下，ArF/KrF準分子激光器、EUV光源、高穩定性檢測激光器等高端產品仍主要由Cymer、Gigaphoton、Trumpf等國際企業主導，也是當前半導體裝備國產化的重要突破方向。

未來，隨著先進制程、先進封裝、化合物半導體以及Micro LED等產業持續發展，工業激光器將向更短波長、更高功率、更高穩定性、更高精度和更智能化方向演進，在半導體制造中的作用也將更加重要。

最后

激光不僅是一種光源，更是現代半導體制造的重要基礎工具。從決定制程能力的DUV、EUV光源，到先進封裝所依賴的超快激光器，再到支撐高精度制造的檢測激光器，不同類型的工業激光器共同構成了芯片制造背后的"光引擎"。

如果說上一篇介紹的半導體激光器屬于芯片產品本身，那么本文介紹的半導體領域用的激光器則屬于制造芯片的關鍵裝備。兩者名稱相近，卻位于產業鏈不同環節，共同支撐著現代半導體產業的發展。

通過這兩篇文章，希望能夠幫助讀者建立起對激光技術在半導體產業中兩大核心應用方向的整體認知，也為理解光電子、半導體裝備以及先進制造等領域的發展提供一個更加完整的視角。