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光走上晶圓之後空出來的位置
2026年8月31日,SEMI與矽光子聯盟在SEMICON Taiwan合辦的矽光子國際論壇上,擔任主席的台積電先進封裝技術主管指出,光收發器的底層架構正在轉變,矽光子已成為主流型態。他預期2027年市占率有望超過50%,並把共同封裝光學(CPO)視為矽光子最終體現的形態。同場公布的數字顯示,光收發器營收在2025年較前一年成長25%,2026年預期再成長50%。100G以上的高速區間在2024年翻倍,2025年又成長60%(工商時報)。
站在晶圓廠裡看,改變很直接。過去做在晶圓上的是處理電子的元件,現在同一片晶圓還要做出波導、調變器與光柵耦合器這類光元件。矽光子製程工程師負責的,就是製造這些光元件的單位製程。
四家晶圓代工在同一年站上同一條線
台積電已把名為COUPE的矽光子整合平台推進量產階段,以SoIC把電子晶片與光晶片做三維堆疊,再與CoWoS封裝銜接。這條路線讓台灣的製程與封裝人力同時被拉進來,因為兩邊在同一個平台上交會。聯電從新加坡12吋廠交付了首批量產矽光子晶圓,自有的12吋平台目標放在2027年,並與SILITH Technology共同開發每通道400G的純矽光子方案。格芯在2025年併購新加坡的Advanced Micro Foundry,併入其Fotonix平台以支撐共同封裝光學。高塔半導體則把新潟縣新井廠轉為12吋矽光子與先進封裝平台,同時擴充富山縣魚津第7廠,量產目標訂在2027年第四季(TrendForce)。
記憶體廠則從另一側切入。三星電子推出以300mm製程為基礎的矽光子代工平台,先從光子積體電路做起,調變器做到每通道224Gbps,四通道即800Gbps,八通道即1.6Tbps。其路線圖是2027年推出光引擎、2028年混合銅接合、2029年提供整包的CPO服務,並強調HBM、代工、封裝與矽光子都在同一家公司內。不過英特爾與意法半導體更早就在生產光子積體電路,早期客戶能拿下多少還要再看(TheElec)。
管制圖上多出來的一行光學參數
製程工程師原本盯著的是膜厚、線寬與缺陷,現在旁邊多了光學量。
- 波導損耗:蝕刻側壁的粗糙度會直接變成訊號衰減。線邊緣粗糙度不再只反映良率,而是反映光的強弱。
- 耦合效率:光柵耦合器與端面耦合器的對準窗口非常窄,微影疊對誤差會直接變成耦合損耗。
- 調變器特性:消光比、插入損耗與頻寬,摻雜分布與電極形狀直接作用在這幾項上。
- 熱穩定性:矽的折射率會隨溫度變動,採用環形共振腔的結構會因升溫而使工作波長偏移。
- 接合精度:電子晶片與光晶片堆疊時的對準精度,越接近CPO,這一項的比重越大。
量測方式也跟著改變。用光探針在晶圓上掃描波長,把得到的光譜放上管制圖。看晶圓面內工作波長的偏移分布,回推是哪一道製程的膜厚跑掉了,這是這個位子的日常。
從電子製程跨到光製程的路徑
入口有三條。一是在晶圓廠負責蝕刻或薄膜模組的製程工程師,二是光學或光電子科系出身的人,三是在光通訊模組廠做過組裝與檢測的人。第一條最常見,單位製程的手感可以整套沿用,要新學的只有光學那套語言。台灣的供應鏈把晶圓製造、先進封裝與光模組放在同一條島內鏈路上,所以這三條入口彼此之間的轉換也比其他地方短。
要補的知識是波導理論、耦合模理論與半導體光調變原理。大學高年級或研究所一個學期的光電子課程,就足以在現場把話說清楚。工具是光學模擬器與光元件佈局設計環境,進了產線還要再加上晶圓級光學量測設備。
也有還沒定下來的事。CPO以多快的速度取代可插拔光模組、標準封裝型態最後落在哪一種、光學對準製程由晶圓廠還是封裝廠承接,各家公司的做法都不一樣。
學生現在就能動手的,是用開源的光子設計工具畫一條波導,丟進模擬器跑一次。損耗如何隨長度累積、彎曲半徑收緊到哪裡光會開始外洩,跑這一次就都看得到。