半导体行业的激光应用

　　由于各种激光技术已经开始整合到主要的半导体制程中，包括激光切割、钻孔、焊接/粘、标记、图案化、测量、沉积等，半导体行业的激光应用也很广泛。根据Yole Développement报告“Laser Technologies forSemiconductor Manufacturing”激光设备市场在2016-2022年将以15％的年复合增长率增长，到2022年将达到超过40亿美元的规模，主要是由切割、钻孔以及图案化柔性电路板、IC基板和半导体器件加工应用等制程步骤所带动。另外，激光设备市场非常多元化，全球有30多家公司积极投入激光半导体技术，提供不同类型的激光设备。我们有机会与Coherent策略营销总监Dirk Müller访谈，讨论了Coherent在产业的态定位和愿景，以及全球产业趋势。

　　YoleDéveloppement：您能介绍Coherent的激光设备和光源市场的产品线，包含它的历史和当前的动态吗？

　　Dirk Müller：Coherent提供非常广泛的激光和工具组合。我们的产品从二氧化碳、一氧化碳、准分子和离子等气体激光雷射到固态激光皆有，脉冲持续时间从连续波(CW)到纳秒、皮秒和飞秒脉冲。另外我们还提供大量的光纤激光和直接二极管激光。在一些市场上，我们将激光集成到我们自己的激光加工工具中，并向客户推销完整的统合解决方案，为大批量生产做好准备。

　　1）微电子，用于前端连导线FEOL的激光制程如检测、退火、切割到BEOL，如微通孔钻孔、PCB切割、封装切割、激光直接成像等

　　DM：公司总收入是12亿美元。微电子是我们最大的细分市场。除了电子制造的流程外，我们的激光还支持显示器制造的关键技术，如LCD和OLED显示器等。

　　DM：Coherent在光纤激光器、转换工具以及二极管和光束合成器等高端激光组件方面获得了大量的技术专长和市场通路。

　　YD：Coherent为半导体市场提供激光系统和激光源。您是否能说明一下贵公司支持什么类型的流程步骤和应用程序?

　　DM：在微电子市场中，我们主要提供激光光源或“光导轨(optical rails)”。光学轨道是一个激光源，已被配对到光束传输系统和控制软件。该项套装可直接置入管理物料处理的工具中。光学轨道包含激光加工所需的所有部件。除硬件外，我们还协助进行可为每个应用案例提供定制解决方案的流程开发。

　　DM：在一些市场上，提供激光光源并且与当地的集成商合作是更有意义的，他们可以为终端客户提供一个统包工具。在其他市场，Coherent拥有深厚的技术专长，我们可以为客户提供我们自己的统包解决方案。

　　DM：Coherent已经是用于半导体制造过程控制的光学检测工具的最大激光光源供货商。所有主要的检验工具供货商都使用我们的光源，我们已经准备好支持日益增长的基于激光的后段连导线BEOL工艺市场，例如：

　　DM：事实上，许多制程步骤仍然可以用机械工具来完成，但是随着特征尺寸缩小和制程更加敏感，对“温和”加工激光制程的逐渐增加。其中一些制程包括：低k刻划、直径小于100μm的μ-通孔钻孔、表面复杂时的封装切割以及由许多不同的材料组成的封装等。使用短波长紫外半导体泵浦固态DPSS（LDI）或准分子激光（直接激光消融）可以使再分布层结构化。

　　DM：FEOL激光已经在检测工具和硅切割工具中使用了很多年了。FEOL对工具成本的容忍度较高，因为这些工具为提高产量增加了很多价值，而且在某些情况下，客户希望能使用他们的工具超过20年。

　　BEOL对工具成本的容忍度仍然低得多，而且似乎有工具可以在两三年内摊销的预期。所以，即使工具具有较高的生产能力和较长的使用寿命，客户也往往会决定购买一种不太复杂的工具，这种工具通常使用期限较短，或者由于投资期限较短而需要较高的维护成本。这种现象可能与OSATS的经济环境有关。他们的利润率非常低，需要大量的产品组合才能支持，从而导致投资环境恶劣。基于激光的工具通常比他们所替代的现有机械工具更昂贵。尽管从长远来看，基于激光的工具可以保证更高的产量，更长的正常运行时间和更低的拥有成本，但OSAT的经济范围往往太短，无法在长期经济条件下考虑。

　　o钻孔：用于HDI的μ-通孔钻孔缓慢而明顯地从机械钻孔向二氧化碳和皮秒绿光转移，对于基板，现在使用纳秒-UV，并且基板钻孔应用的选择也可以朝皮秒激光技術發展，以便钻出更小和更精确的孔

　　o切割：今天绝大多数的切割都是用纳秒-UV完成的。随着低k材料变得越来越普遍，切割工具制造商正在寻求越来越多飞秒绿光激光的採用。这類激光提供更少的热损伤和更精确的切割。他们可以以极小的并行加热来移除材料。

　　o图案化：激光直接成像将推向更低的行间距。不久之后，来自Orbotech和Screen等行业领先企业的LDI工具将与光刻技术竞争，将重新分布层构造成2μm的行间距。有些封装厂会希望使用更合适的聚合物，并摆脱感光材料的使用限制。那些制造商选择使用SUSS准分子直接消融工具。在所有情况下，这些工具都非常昂贵，所以轉移将会非常缓慢。

　　o检验和计量封装检测和计量市场不使用非常高端或精密的激光源。通常激光二极管就足够了。大部分的创新是在光束传输，光检测和分析数据的算法。

　　DM：Coherent几乎可以提供每一种激光平台/架构：从CW到飞秒，从远红外到深紫外，从低功率到几千瓦。我们几乎可以服务整个的市场环境。

　　DM：准分子激光正在经历复兴。人们发现它们是平板显示器制造的一项有利技术，并且透过对这些激光器的高需求，其成本、维护性和用户友好性在过去十年中大大改善。我认为新的成本结构可以使准分子激光器在未来更多的时间内有所贡献。

　　另一个巨大的增长领域是超快(ultrafast)激光，包括飞秒和皮秒脉冲持续时间。在过去的十年中，这些激光器的每瓦成本下降了10分之一。他们已经成为工业上可靠的产品，我们也看到一些微电子项目，在短时间内为数百个激光器部署特定的应用。

　　DM：Coherent在许多不同的市场都很活跃，但微电子是我们最大的市场。在微电子领域，我们看到了先进封装应用的巨大潜力，如基板钻孔、SiP切割和硅片切割等。

　　DM：在先进封装的领域，我们比较接近激光源制造商而不是统包工具供货商，但是我们也看到客户对激光系统的需求日益增长，并且预期在接下来的几年中这一活动也会有所增长。

　　DM：通过收购Rofin，我们在电子打标市场占据很大的份额。这主要是用于标记封装、引线框架、集成电路等。本公司提供了一个非常经济有效，功能强大且高度可靠的“光学导轨”，除了材料处理之外，它就像一个完整的工具。我们为这些标识系统提供的软件经过多年的改进，作为标识系统的标竿基准得到了很好的评价。

　　DM：我们为能够以极具竞争力的成本为客户提供高度可靠的工业产品感到自豪。我们的主要专长是光学和激光。我们相信在许多不同的情况下，我们可以帮助我们的客户，透过服务处理与光学相关的所有问题协助他们制造流程的进行。因为我们提供了很多不同的激光架构，所以我们觉得和我们往来的客户并不是指对应到一项专门的激光。我们不关心哪种类型的激光是最适合为客户的应用服务。我们只关心客户最终可以获得理想的激光、光束传输和制程参数。我们的客户知道，与我们合作可以为他们带来最多的选择。

　　我们对谐波波长如紫外线和深紫外线特别熟悉。Coherent花了很多时间来使谐波产生完善，我们知道如何制造可靠的紫外激光器。一般来说，因为较短的波长与各处出现的各种有机污染物反应，紫外线是非常困难的技术。

　　DM：我们认为SiP封装切割和挖掘将会起飞，并且在未来几年将需要大量的激光工具。我们的高功率ns-UV激光器具有高达55W的功率，对于这个市场非常有利。此外，我们看到，像指纹传感器这类的封装最好使用皮秒绿激光器进行单片化。再者，使用飞秒绿色的低k刻划也将在未来几年显著增长。我们也相信直接准分子激光消融的再分布层结构将获得更多的牵引力，因为领先的IMD纷纷采用这种技术。

　　DM：在激光源方面，我们的市场份额一直在稳步增长。我们有能力通过我们广泛的激光技术组合来应对新的和不断增长的应用。我们已经能够设计低成本和高性能的资源，以至于即使是低成本的竞争对手也不会对我们构成威胁。 FEOL检测市场仅由少数几家公司主导。他们非常国际化，并提供非常复杂的工具。在这里像Coherent这样的公司可以提供最先进的激光光源，但是我们没有提供检测工具的雄心。

　　Coherent在半导体领域的地位如何？未来会发生什么样的变化？Coherent将如何在市场上竞争？

　　在半导体或BEOL领域，我们并不认为自己是工具提供商。我们希望继续以具有成本效益和可靠的激光源为产业服务。BEOL工具通常非常专业化，并且要求地理位置靠近最终客户。在BEOL领域，我们发现与当地集成商建立伙伴关系的合作方式运作良好。为他们提供一个完整的光学模块，将使集成商可以集中精力处理物料。

　　YD：为了降低成本，业界目前正在开发基于FO WLP的面板基础设施。Coherent公司是否会利用已有的PCB设备进行封装，以支持基于面板的基础设施？

　　DM：在理想情况下，面板与晶圆同时处理。但面板的面积要大得多，所以实现这一目标的唯一途径就是提供平均功率更高的激光，以实现线型光束处理。高功率还可以使激光器每个脉冲暴露更大的面积或以更高的脉冲重复率运行。更高的重复率意味着更高的吞吐量。

　　DM：我们继续把自己看作是一个供货商，但是会继续响应客户的要求，提供光学引擎/导轨，这将使集成商能降低激光加工的负担。

　　Dirk Müller博士是Coherent公司策略营销总监，该公司是全球科学、材料加工和微加工应用的工业激光领域领导者。在这个职位上， Müller博士探索微电子新商机，并协调统合激光技术来满足新兴需求。在担任现职前，Dirk Müller曾任Coherent公司皮秒激光器产品线经理，在担任产品线经理之前，他曾担任LUMERA LASER的销售和市场总监。在LUMERA LASER，他通过扩大产品组合和增加客户基础，在公司成长五倍方面发挥了关键作用。在他职业生涯的早期，Dirk Müller博士曾担任康宁公司的高级研究科学家。在康宁公司期间，Müller博士研究光子带隙光纤的特性，并参与展现在光子带隙光纤中最低单模传输损耗，以及当时在光纤中测得的最高波导双折射等专案。在他的职业生涯中，穆勒博士曾在Science, Nature, Physical Review Letters, OpticsLetters以及产业刊物如Laser FocusWorld, Photonics Spectra and Laser Technik等期刊上发表论文。