导语：激光技术已深度嵌入半导体制造的前道、中道、后道全流程，是先进制程不可或缺的核心工艺手段。

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前道晶圆制造

光刻光源

光刻是半导体制造中最核心的工艺，激光是其不可替代的光源。准分子激光器是当前DUV光刻机的核心光源：

  • KrF（248nm）：广泛应用于90nm、65nm及以上成熟制程
  • ArF（193nm）：用于28nm及以下更先进的DUV工艺，结合浸没式光刻进一步提升分辨率

进入7nm及以下制程后，EUV（极紫外）光刻成为主流方案。EUV光源本质上是一种激光等离子体光源（LPP）——利用高功率CO₂激光轰击锡滴产生13.5nm极紫外光。全球仅荷兰ASML掌握EUV光刻机整机集成能力，其光源模块由美国Cymer（已被ASML收购）提供。

激光退火

激光退火是28nm及以下逻辑芯片（FinFET、GAA）制造中的关键工艺。该工艺采用近红外波段半导体激光光源，在不到一毫秒的时间内将晶圆表层原子加热到1000°C以上再急速冷却，形成超浅结和高激活结，具有加热时间极短、空间分辨率高、热预算低等优势。

具体应用场景包括：

  • 超浅结形成与掺杂激活：离子注入后修复晶格损伤、激活掺杂剂，是先进逻辑器件和存储器制造的标准工序
  • SiC功率器件欧姆接触：将激光能量聚焦于金属-SiC界面，在纳秒时间内将界面温度提升至900~1000℃，促使均匀金属硅化物形成，接触电阻可降至10⁻⁵ Ω·cm²级，同时保护正面器件结构免受高温损伤
  • 量子芯片频率修饰：2023年中国首台专用于量子芯片生产的MLLAS-100激光退火仪研制成功，可对单个量子比特进行局域退火，定向修饰量子比特频率

产业化方面，炬光科技推出DLight S系列晶圆退火系统，可生成长宽比达160:1的近红外极窄线光斑，能量均匀性>95%、能量稳定性>98%；华工激光推出全自动SiC晶圆激光退火装备LUA3200，量产效率达每小时18片6英寸晶圆，已通过车规级认证。

激光微调

在模拟和混合信号半导体器件制造的最后阶段，激光烧蚀可精准去除少量电阻器材料，通过减小有效截面来增加电阻值，实时调整电阻器、电容器和传感器的参数，确保每个器件符合严格的性能规范。

中道工艺

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晶圆激光隐切（SDBG/DBG）

这是近年来半导体后道加工中增长最快的激光应用之一。激光隐切技术利用超快激光在晶圆内部形成改质层，再通过裂片实现晶圆分割，相比传统机械划片具有无粉尘、无崩边、切割道更窄（≤20μm）、芯片强度更高等优势。

典型应用进展：

  • 存储芯片切割：德龙激光开发的晶圆激光隐切设备（SDBG）已取得小批量订单，可满足存储类超薄芯片对性能和可靠性的高要求，成功实现进口替代
  • 硅光芯片切割：大族半导体推出新一代硅晶圆激光隐形切割机DSI-S-TC9261，适配200μm以下超薄晶圆，最薄可兼容50μm，已在硅光模块头部客户完成全流程工艺验证并导入量产线
  • 碳化硅晶圆切割：硅来半导体利用激光"光刀"将碳化硅加工时间从一周压缩到10分钟，兼容6/8/12英寸，剥离良率达99%，损耗降至80μm，首批出口设备已发往马来西亚
  • 九州一轨投资6.3亿元建设先进半导体晶圆激光隐形切割产业化项目，聚焦8英寸和12英寸硅光芯片，良率水平达99.8%
晶圆激光开槽

利用紫外/绿光脉冲激光在晶圆正面/背面进行精密开槽，为后续裂片或等离子切割做前道准备。ASMPT于2026年3月推出的ALSI LASER1206采用专利多光束紫外激光技术，平面运动系统定位精度<1.5μm，可处理60~800μm厚度晶圆，适配硅、碳化硅、氮化镓等先进半导体材料。

后道封装测试

晶圆减薄与研磨

先进封装（2.5D/3D IC、Chiplet）对晶圆减薄精度要求极高。光力科技的全自动研磨抛光一体机可实现12寸先进封装超薄晶圆的背面研磨和抛光加工，适配SDBG、DBG等工艺。

激光打标与可追溯性

激光打标已成为硅晶片识别和可追溯性技术中不可或缺的工具，广泛应用于芯片标记、批次追溯、防伪标识等场景，是非接触、高精度的标识方案。

晶圆检测与量测

激光在半导体检测领域的应用正在快速增长：

  • 无图形晶圆检测：利用激光相干性进行干涉检测，通过激光扫描散射成像实现缺陷识别
  • 有图形晶圆暗场检测：使用紫外单波长激光照明，以高分辨率大成像视野的散射成像实现检测
  • 三维形貌量测：利用激光共聚焦等技术实现晶圆表面三维形貌的高精度测量

关键原理：缺陷散射强度与激光波长成反比，制程越高，需要更短波长的光源来获得足够的散射分辨率。因此，紫外乃至深紫外激光器在先进制程检测中不可或缺。

英诺激光的深紫外激光器已应用于半导体晶圆缺陷检测和Micro LED巨量转移工艺线；华工激光推出第二代碳化硅衬底外观缺陷检测智能装备，采用明场、暗场、相位、光致发光四通道光学采图系统，缺陷成像清晰度提升25%。

新兴前沿应用

TGV（玻璃通孔）激光加工

AI算力驱动下，玻璃基板作为新一代封装基板受到关注。TGV玻璃基板激光设备全球市场2025年约1.62亿美元，2032年有望达6.34亿美元（CAGR 21.9%），超快激光钻孔（50~75μm）成为必经路径。

激光直接成像（LDI）

LG生产技术研究院研发的无掩膜高分辨率LDI设备搭载405nm紫外激光和DMD数字微镜，可绘制1.5~3μm级精细电路图案，搭载实时主动校正技术，最大支持600mm×600mm超大尺寸基板，已在先进封装PCB和中介层基板上实现商用出货。

中国在国际激光产业链中的位置

整体格局：全球最大市场，中低端已主导

2025年中国激光设备市场销售收入958亿元，同比增长6.8%，占全球比例达58%，是全球最大的激光设备市场。

根据《2026中国激光产业发展白皮书》，中国激光产业已完成从"进口替代"到"全球输出"的阶段切换，上游核心器件自主化、中游整机格局集中化、下游应用场景多元化三线并进。

分环节竞争态势

下游设备端——全球领先

中国在激光加工设备领域优势明显，本土企业凭借工程师红利和成本优势占据主导地位，当前中国激光加工设备市场几乎完全由国产设备占据。

  • 大族激光、华工科技、联赢激光、海目星、帝尔激光等头部企业覆盖切割、焊接、打标、精密微加工等全品类
  • 在新能源（锂电、光伏）、3C电子等中国优势产业中，国产激光设备市占率超过90%
中游激光器——光纤激光器国产替代进入收官阶段

2024年国产光纤激光器市场份额达86.2%，锐科激光营收34.67亿元稳居国内第一，与创鑫激光形成双雄格局，IPG份额持续收缩。

锐科激光实现了光纤激光器全产业链整合，核心部件国产化率超90%，2025年发布全球首台220kW超高功率光纤激光器，2026年推出10.1kW近基模光纤激光器（光束质量M²=1.13，全球最优）。

超快激光器延续双位数增长，2025年市场规模52.2亿元（+14.7%），半导体、消费电子与AI芯片先进封装构成主要增量。

上游核心器件——"卡脖子"环节仍存

这是产业链中差距最明显的环节：

  • 高功率半导体激光芯片：高端芯片仍依赖美国贰陆集团（Coherent）、朗美通（Lumentum）及IPG光电等国际企业。国内长光华芯、武汉锐晶、华光光电、瑞波光电、度亘核芯等已具备自主生产能力，但在高端产品上与国际领先水平仍有差距
  • 有源光纤：全球主要生产商为加拿大CorActive、美国Nufern等，国内长飞光纤、锐科激光（睿芯光纤）已实现部分突破，睿芯光纤自主研发的圆形改性增益光纤成为全球唯一掌握该技术的企业
  • 高端精准激光器：在半导体领域，国产晶圆制造和量检测设备中的精准激光器主要由美国Coherent、日本Oxide、美国IPG等提供，国产企业（频准激光、卓镭激光、长春新产业等）正在加速追赶
半导体专用激光设备——国产替代加速但高端仍受制

在半导体专用激光设备领域，国际格局呈现"巨头主导、国产追赶"的特征：

  • 光刻光源：DUV准分子激光器由日本Gigaphoton和美国Cymer（ASML旗下）垄断，EUV光源仅ASML一家掌握，中国在此领域差距最大
  • 激光退火：国际龙头为日本Furuyama、美国Mattson Technology等，国内华工激光、炬光科技已实现SiC退火设备的产业化突破
  • 晶圆隐切/开槽：国际龙头为日本Disco、德国LPKF等，国内德龙激光、大族半导体、光力科技、华工激光等已实现部分国产替代，存储芯片隐切设备已取得小批量订单
  • 半导体量检测激光器：频准激光2024年在半导体领域国内市占率1.98%，收入从2023年的2515万元增长至2025年的1.04亿元，增长迅速

半导体激光领域的核心差距

维度 国际领先 国产现状 差距评估
EUV光刻光源 ASML独家掌握 尚无工程化样机 🔴 极大
DUV准分子激光光源 Gigaphoton/Cymer垄断 上海光机所有原理样机 🔴 极大
激光退火（逻辑芯片） Mattson/Furuyama主导 华工激光/炬光科技已产业化（SiC方向） 🟡 中等
晶圆隐切/开槽 Disco/LPKF领先 德龙/大族/光力已实现替代 🟢 快速缩小
半导体量检测激光光源 Coherent/Oxide/IPG 频准激光等加速追赶（市占率~2%） 🟡 中等
高功率半导体激光芯片 Coherent/Lumentum 长光华芯/度亘核芯突破中 🟡 中等
光纤激光器 IPG（全球） 锐科/创鑫（国内86%+份额） 🟢 基本追平
超快激光器 通快/相干/Amplitude 国内市场规模52亿元，增速14.7% 🟡 中等

总体判断

中国激光产业在全球的定位可以概括为**"下游强势主导、中游加速替代、上游重点突破"**：

  • 下游设备端已实现全球领先，市场占率超58%，在新能源、3C等中国优势产业中构建了完整的生态壁垒
  • 中游激光器在光纤激光领域已完成国产替代（86%+市占率），超快激光器快速增长，但在高端半导体专用光源方面仍有差距
  • 上游核心器件是最大的短板，高功率激光芯片、高端有源光纤、半导体量检测光源等仍部分依赖进口，是产业链自主可控的关键攻坚方向

在半导体这一特定领域，中国激光产业链的位置更为微妙：中低端应用（打标、切割、焊接）已基本实现国产替代，但在光刻光源、先进制程量检测光源、高端精准激光器等"塔尖"环节，与国际领先水平仍存在代际差距。不过，随着AI算力驱动的光通信芯片需求爆发、碳化硅等第三代半导体的产业化推进，国产激光企业正迎来前所未有的替代窗口期。