在光学器件制造不断走向复杂化的今天，一个越来越难以回避的问题是：

         半导体设备，准备好支撑下一代光子技术了吗？

随着AR/VR、光子芯片、微型显示等领域的崛起，我们正步入一个由光驱动的时代。从肉眼看不到的光波导，到微米级金属透镜，再到传感与通讯中的微型光子芯片——每一个前沿应用背后，都是对制造工艺极限的挑战。

东京电子（TEL）在EPIC 2024技术会议上的一份报告，给出了值得行业警觉的回答。

从玻璃到硅，一切都要重新定义

报告明确指出，光学器件的应用正以前所未有的速度扩张——从AR/VR终端，到自动驾驶传感器，再到数据中心光通讯模块。不同于传统芯片制程，这些器件往往依赖更高折射率、更大结构深宽比、更复杂的材料体系。

以AR光波导为例，其核心结构包括输入耦合器、波导本体与输出耦合器。它不仅要求高折射率玻璃的精密图形转写，还需精准控制纳米级光栅结构的角度与深度，才能实现光的全内反射传播。

在这背后，对设备的挑战是：

·  折射率材料（如TiO₂、Si₃N₄）的高质量沉积，要求避免结晶、实现致密均匀的薄膜覆盖；

·  结构精度方面，50nm级别的线宽控制、200~400nm光栅周期的蚀刻能力，成为评价一台设备是否“可用于光波导制造”的基本门槛。

在这场光的战争中，任何一个纳米级失误，都是肉眼可见的失败。

Metalens、Photonics、Micro LED：每一条赛道都藏着制造炼狱

除了光波导，报告中还指出了三类关键器件的制程痛点：

1. Metalens（金属透镜）

作为“平面光学”的典型代表，Metalens要在一块硅片上构建出千万至亿级纳米柱阵列。其难点包括：

·  高宽高比结构的形貌控制；

·  密集与稀疏区域之间的etching uniformity；

·  以及极其庞大的设计文件与掩模制作难度。

更残酷的是，许多Metalens应用并不在硅片上，而是玻璃、蓝宝石、软基底……这意味着设备必须能适配“非标准衬底”的传输与处理能力。

2. 光子芯片（Silicon Photonics）

光通信与3D感知领域看好的Silicon Photonics，其核心是波导结构的沉积与微蚀刻。

·  设备不仅要实现亚纳米级侧壁粗糙度（LER<1nm）；

·  还需在SiO₂与Si₃N₄之间，做到层层叠加不交叉污染。

这对ALD、PECVD、ALE等多个模块提出极高要求。

3. Micro LED

尽管被视为下一代微显示主角，但其制造链之复杂堪比SoC芯片——尤其是在从小尺寸LED转移至大尺寸CMOS基底时：

·  干法蚀刻中的边缘损伤去除；

·  良率极低的转移工艺；

·  光学性能层的薄膜堆叠。

每一步都是“高精度 + 高良率 + 可量产”的组合考。

         光学器件的制造，不再只是“把东西做出来”，而是“以物理极限为目标进行系统性堆叠”。

设备的破局，是从“复用”到“专用”

面对如此分化的需求，TEL的回答是将自身在CMOS制程中验证成熟的设备平台，延伸到光学器件的制造上。

报告中列举了多个例子：

·  Tactras / UNITY系列蚀刻机 → 针对深宽比结构与低损伤要求；

·  ALPHA-8SE、NT333等沉积设备 → 高质量薄膜+折射率控制；

·  CELLESTA表面处理系统 → 纳米级波导侧壁光滑度优化；

·  Synapse贴合系统 → Micro LED大规模转移适配。

这些设备都强调一点：

         在原有硬件基础上，通过参数再调优、模块重构，实现快速适配新工艺。

这也标志着光学器件制造从“用逻辑芯片的设备凑合做”，进入“为光专门设计制程路线”的新阶段。

写在最后：光的未来，制造先行

一个值得所有从业者深思的问题是：谁真正拥有了制造光器件的能力，谁就掌握了下一个技术周期的控制权。

无论是元宇宙眼镜，还是量子通信、激光雷达，亦或消费级光子芯片，背后都不是材料的革命、设计的突破，而是制程的攻克。

而制程，归根到底是设备的事情。

         光学器件的量产能力，不在PPT里，而在设备的腔体温度、离子能量与清洗流程中。

就像这份报告所呈现的：

         让设备先跑起来，才有技术的未来。

来源：《半导体产业报告》

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