【KLA】光芯片及CPO晶圓加工技術及對供應鏈影響

該PPT由KLA旗下SPTS公司的副總裁Dave Thomas撰寫，核心內容是深入分析了數據中心為滿足AI算力需求，從 可插拔光學器件 轉向 共封裝光學 這一行業趨勢，及其對 晶圓加工技術 和 供應鏈 產生的深遠影響。

• 市場增長 ： 光學收發器市場正在快速增長，從2022年的105億美元預計增長到2027年的246億美元。主要驅動力來自數據中心對 短距離、高速度、低功耗 連接的需求。

• AI的推動 ： AI數據中心需要極高的數據吞吐量和能效，傳統的可插拔光學模塊在功耗和密度上逐漸遇到瓶頸，CPO被認為是下一代解決方案。

1. 分立光子器件 ：

   • 無源器件 ： 如用于光信號傳輸的介質波導（SiO?, SiN?）、透鏡等。加工重點在于 低損耗、高均勻性 的化學氣相沉積（CVD）薄膜和精確的蝕刻工藝。

   • 有源器件 ： 如激光器（VCSELs、EELs）。傳統上在化合物半導體（如GaAs, InP）的3-6英寸晶圓上制造。加工涉及氮化硅（SiN）等材料的應力控制和鈍化層沉積。

2. 共封裝光學 ： 異質集成

   • CPO的核心是將上述分立的有源/無源光學器件與硅基電子芯片（如硅光子芯片）進行 高密度集成 。

   • 集成方式包括2.5D/3D集成，例如將電子集成電路（EIC）堆疊在光子集成電路（PIC）之上（如COUPE技術），或使用CoWoS等先進封裝平臺。

   • 這要求晶圓廠和封裝廠具備處理多種材料的能力。

CPO趨勢將一系列新的、非典型的先進封裝（AP）工藝引入300mm晶圓廠，對刻蝕、CVD、PVD提出了新要求：

• CVD（化學氣相沉積） ：

• • 低損耗波導 ： 需要沉積超低氫含量、低應力的SiN?薄膜以降低光信號損耗。同時需要Ge摻雜的SiO?等材料。

  • 鍵合介質 ： 用于芯片堆疊的低溫CVD鍵合層（如SiCN）。

  • 平坦化與填充 ： 芯片間間隙填充（如TEOS CVD）。

• 刻蝕 ：

• • 硅微加工 ： 用于制造 光纖對準槽、腔體、TSV（硅通孔） 和光學耦合器。這些結構的精度直接影響到光路對準和封裝效率。

• • 新材料刻蝕 ： 需要開發對 化合物半導體（InP, GaAs） 和 新型光學材料（如鈮酸鋰LiNbO?, LNO） 的高選擇性刻蝕工藝。

• PVD（物理氣相沉積） ：

• • 用于制作 p/n側接觸、再布線層（RDL）和熱沉層 。關鍵要求是 應力控制和臺階覆蓋能力 。

• 其他關鍵工藝 ：

• • 混合鍵合（HB）與熱壓鍵合（TCB）

  • 等離子劃片

  • 通孔顯露刻蝕與再沉積

這份PPT清晰地指出，向共封裝光學（CPO）的轉變遠不止是封裝形式的改變，它是一場 深刻的產業鏈變革 。它迫使原本界限分明的硅基芯片制造、化合物半導體制造和先進封裝這三個領域走向融合，從而對 晶圓廠的材料處理能力、工藝技術廣度以及跨公司的協作模式 都提出了前所未有的高要求。這一趨勢為像KLA/SPTS這樣的設備商帶來了巨大的市場機遇，同時也標志著高性能計算和網絡技術進入了一個新的集成時代。