全球半导体行业正呈现爆炸式增长，预计到 2030 年将达到惊人的 1 万亿美元市场（2023 年该市场规模将超过 5000 亿美元）。这种扩展很大程度上是由微处理器的不断小型化和不断增强的功能所推动的。每一代更小、更强大的芯片都能实现全新的技术，同时也降低现有应用的成本。这形成了一个“良性循环”，芯片技术的改进带来新产品和服务，进而推动对更先进半导体的进一步需求。
目前，有几个关键行业推动着大部分此类需求。一个是汽车行业，汽车正在成为带轮子的智能手机，重点关注动力系统的电气化以及在汽车自动化中增加大量计算。 推动增长的另一个领域是高性能计算。这主要是为了满足日益增长的人工智能 (AI) 和云计算需求。随着这些市场的出现，无线基础设施也随着 5G 网络的普及而出现，其中功率半导体和处理器主导着基站和最终用户解决方案，例如智能手机和家庭办公计算。最后，半导体在工厂自动化、物流等工业市场中发挥着巨大的作用。尽管与其他市场（尤其是汽车和高性能计算市场）相比，这是一个增长相对较低的市场，但对于半导体来说，它是一个非常稳定和可持续的市场。
所有这些市场都需要在采用特定工艺技术节点的晶圆厂中制造集成电路 (IC)。通常，大多数工业和汽车电子解决方案需要成熟的技术节点，即 28 nm或更高，而高性能计算和无线解决方案则需要前沿节点。
无论采用哪种技术节点，Coherent 高意都能在集成电路制造过程中的多个工艺步骤中（包括生产线的前端和后端）提供激光器、光学器件和材料解决方案。 以下是一些关键流程步骤的回顾……
实现极紫外 (EUV) 光刻
光刻是半导体制造的核心工艺，涉及将掩模上的电路图案投射到硅晶片上的感光层上，以创建实际的器件（例如晶体管）结构。传统的半导体光刻技术利用波长为 248 nm 或 193 nm 的准分子激光器来实现这一点。这些激光器已将行业推向了“10 nm 节点”（节点是与电路元件的最小特征尺寸相关的术语）。但为了产生更小的特征，基本物理学表明需要更短波长的光。
极紫外光刻 (EUV) 代表了该领域的关键进步。EUV 光刻使用波长约为 13.5 nm 的光。这使得芯片制造商能够达到 7 nm、5 nm、3 nm 和 2 nm 节点。
为了产生这种 EUV 光，高功率红外二氧化碳激光器照射一股微小的熔融锡滴。激光使锡蒸发并形成等离子体（电子从原子中剥离出来的气体）。该等离子体发射 EUV 光。
产生和传输这种波长的光的过程非常复杂且具有挑战性，需要极高的精度以及在极端条件下的可靠运行。后者是关键，因为半导体制造厂的停机时间每小时可能造成数十万甚至数百万美元的损失。
Coherent 高意为 EUV 光刻工具提供多种光学器件，包括金刚石窗口、CdTe 激光调制器和 ZnSe 激光光学器件。
EUV 光刻工具中的二氧化碳激光器和光束传输系统包含许多光学器件，例如透镜和镜子。当然，Coherent 高意（原 II-VI 公司）自 20 世纪 70 年代以来一直是红外光学市场的领导者。这是公司赖以创立的技术，没有人比我们更了解它。这就是我们成为 EUV 二氧化碳激光系统最大的二氧化碳激光光学器件供应商的原因。
EUV 系统中的另一个重要光学器件是金刚石窗口。这是为了对激光系统内的各个模块进行环境密封，同时允许高功率的二氧化碳激光不受衰减地通过。
虽然 ZnSe 通常用于此波长的窗口和 EUV 系统，但由于多种原因，金刚石在最苛刻的位置更受青睐。主要原因是其在非常高的功率水平下热透镜效应较低。热透镜会导致光束失真、像差和焦点位置的变化，所有这些都会影响系统性能。
此外，金刚石是所有已知材料中热导率最高的材料，同时具有低热膨胀系数 (CTE) 和极高的硬度。这意味着钻石可以承受高功率的激光束，且变形或劣化程度最小。并且，它可以承受并有效消散因吸收激光而产生的任何热量。
Coherent 高意是这些大面积多晶金刚石窗口的领先供应商，因为我们是一家垂直整合的制造商。我们在反应器中使用化学气相沉积 (CVD) 技术来生长钻石，该技术基于我们自己的专有设计和工艺技术。这使我们能够以精确产生 EUV 光刻系统窗口所需特性的方式控制晶体生长。
我们的专业领域还包括制造 EUV 光刻系统的结构机械部件。它们由专门的陶瓷材料制成，例如反应烧结碳化硅 (RB-SiC)。
RB-SiC 具有出色的机械和热稳定性，使其成为包括检查、计量和光刻在内的广泛半导体资本设备应用的理想选择。支撑 EUV 光学系统的结构的稳定性至关重要，而且只有使用这种 RB-SiC 陶瓷才有可能。
Coherent 高意采用传统陶瓷制造工艺和新开发的增材制造技术生产 RB-SiC。利用这些方法，可以将大型复杂形状生产成近净几何形状，而几乎不需要精密加工。大型光学器件结构支撑 EUV 机器内的光学系统，并确保系统即使在恶劣的高功率等离子源环境下也能保持精确的光学对准。
为什么小电路给检测带来巨大挑战
晶圆检测 - 生产过程中识别缺陷的过程 - 自半导体行业诞生之初就一直很重要，并且随着每一代新芯片的出现而变得越来越重要。这是因为随着节点尺寸的每次减小，芯片架构都会变得更加复杂，包含新材料和更小、更复杂的功能。这些进步在突破性能界限的同时，也为缺陷的出现带来了新的机会。在如此小的规模下工作时，晶圆上即使最微小的缺陷也可能导致芯片无法功能。
因此，制造商必须在每个工序之后进行严格检查，以便尽早发现缺陷。执行这些检查有助于优化产量（每个晶圆的可用芯片）、吞吐量（生产速度）以及最终的盈利能力。
更小的电路特征显著增加了检查的需求，而检查通常最好使用激光来完成。
激光器是晶圆检测的理想工具，自半导体行业早期就已用于此目的。这是因为它们是一种非接触式方法，提供了无与伦比的灵敏度和速度组合。此外，它们用途广泛，可以优化执行各种不同的检查任务。
二十年前，当晶体管的尺寸达到 110 nm 或以上时，可见绿色激光（532 nm）和紫外 (UV) 激光足以进行缺陷检测。但不断缩小的电路尺寸需要更短的激光波长来解决越来越微小的缺陷。这种转变推动了行业向深紫外 (DUV) 激光器的发展，Coherent 高意在 2002 年推出突破性的 Azure 激光器 (266 nm) 时迎接了这一挑战。
随着行业向更小的节点发展，对检测激光器的要求变得更加严格。幸运的是，这与我们的核心优势完全契合。我们与领先的晶圆厂设备制造商保持密切合作，确保我们的产品不仅满足而且能够预测半导体制造工艺的需求。因此，Coherent 高意帮助制造商应对当前和未来的检查挑战。
隧道尽头的光明
半导体“后端”工艺是指在晶圆上完全形成电路之后进行的工艺。其中包括晶圆切割、器件脱粘和先进封装。虽然这些步骤不需要像晶圆制造的“前端”步骤那样极端的精度，但它们仍然很苛刻。随着电路越来越小、新材料的引入以及封装方法变得越来越复杂，它们也变得越来越复杂。
集成电路生产的主要步骤。
Coherent 高意满足这些需求的一种方法是采用超短脉冲 (USP) 激光器，它是晶圆切割、钻孔和分板任务的理想选择。Coherent 高意还提供一套激光器和光学器件，以满足先进封装中的许多基于激光的应用，包括印刷电路板 (PCB) 和基板钻孔、键合、脱键合和标记。这些激光器提供必要的精度，最重要的是，避免损坏热敏感电路——同时不影响处理速度或效率。此外，它们适用于非常广泛的材料，包括金属、半导体和有机物。
Coherent 高意还提供创新的陶瓷材料，用于前端和后端工具的构建。陶瓷与金属基复合材料一样，结合了钢的强度和铝的轻度，提供了高性能、快速运行的机器人系统所必需的刚度和导热性。随着行业不断加快生产周期，确保设备能够以更高的速度运行而不影响准确性尤为重要。这些都是为了满足消费者对智能手机和电脑等电子设备日益增长的需求。
Coherent 高意：您的创新和成功合作伙伴
到目前为止，我们一直专注于提供半导体工具制造商所需的创新技术和高性能组合的 Coherent 高意产品。但其他公司也生产高性能产品。通常，我们的客户选择 Coherent 高意的原因不仅仅是如此。
其中一个因素是拥有成本。在半导体行业中，与产品相关的运营成本对用户来说往往比其原始购买价格更为重要。造成这种情况的原因有几个。
第一个是停机时间，我们前面提到过。半导体生产线即使出现短暂的计划外停机，其成本也可能比大多数设备的原始购买价格高出几个数量级。因此，可靠性和正常运行时间至关重要，因为它们可以为用户节省资金并有助于确保他们能够满足自己的生产计划。
第二个原因是操作的一致性和稳定性。半导体制造有许多步骤。在这些步骤中，设备操作的任何变化都可能以不易立即察觉的方式改变正在生产的电路的特性。这意味着制造商在发现问题之前可能已经生产了一段时间的不合格零件。这意味着零件报废或返工，这两种情况都是昂贵且耗时的。
因此，工具制造商优先考虑那些在自身技术方面拥有深厚专业知识并拥有长期成功历史的供应商。他们希望与那些产品符合规格、按时交付并在苛刻的半导体制造环境中日复一日地始终如一地运行的公司合作。Coherent 高意在这些方面表现突出，数十年来一直拥有超出预期的良好业绩记录。
随着技术变革步伐的加快，另一个因素也随之出现。半导体工具制造商寻求拥有大量内部资源和运营规模并能承诺在技术上进行大量投资的供应商。这些都是为了跟上制造用于制造越来越小的电路的设备所需的持续创新周期。
我们向 Coherent 高意客户保证，我们将长期致力于提供响应迅速的服务。
他们还想知道供应商是否能够继续经营几十年，并能提供服务和维持备件供应。说到服务，他们希望能够立即提供服务，无论何时何地需要。Coherent 高意的规模和稳定性，加上我们广泛的全球服务基础设施，使我们的客户有信心，无论是现在还是将来，我们都能实现所有这些目标。
了解有关半导体行业的 Coherent 高意产品和服务的更多信息。 后续将发布更多博客来解决具体的应用。
