用R2R方式量產(chǎn)LED用模具

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-04-14

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 用R2R方式量產(chǎn)LED用模具

　　采用納米壓印技術(shù)的精細(xì)圖案形成技術(shù)對提高LED和有機(jī)EL等的發(fā)光效率也是有效的。東芝機(jī)械公司開發(fā)出了可將LED的發(fā)光效率提高20～30％的技術(shù)，國內(nèi)資訊，其中包括專用的壓印裝置等（圖7）。據(jù)稱是利用在藍(lán)寶石基板表面形成凹凸圖案的“PSS”（Patterned Sapphire Substrate，圖形化藍(lán)寶石襯底），提高了反射率等，ROSH認(rèn)證，從而提高了發(fā)光輸出。

圖7：以低成本提高LED的發(fā)光效率

　　圖為東芝機(jī)械開發(fā)的、提高LED發(fā)光效率的技術(shù)及其裝置（a～d）。利用納米壓印技術(shù)在生長GaN結(jié)晶的藍(lán)寶石基板上形成圖案，技術(shù)資訊，從而提高了反射率、減少了結(jié)晶缺陷等。LED的發(fā)光效率增加了20～30％。另外，通過卷對卷量產(chǎn)模具，還實(shí)現(xiàn)了低成本和高品質(zhì)。（攝影：東芝機(jī)械）

　　存在的課題是如何減少模具的缺陷數(shù)量，以及如何使成本比用現(xiàn)有步進(jìn)器形成圖案時(shí)更具優(yōu)勢。“基板有缺陷，LED就不會發(fā)光。而為了降低成本而反復(fù)使用模具，缺陷就會越來越多”（東芝機(jī)械納米加工系統(tǒng)業(yè)務(wù)部副業(yè)務(wù)部長后藤博史）。

　　該公司針對這兩個(gè)課題采取的對策是，裝修照明，把利用R2R方式大量復(fù)制的樹脂模具制成一次性產(chǎn)品。“把4英寸晶圓的成本降到5美元以下的目標(biāo)已有眉目”（后藤）。樹脂模具還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是適合不一定平坦的藍(lán)寶石基板。

　　實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)GaN晶體

　　最近還出現(xiàn)了利用納米壓印技術(shù)進(jìn)一步提高LED效率的可能性。古河機(jī)械金屬、金澤工業(yè)大學(xué)、東芝機(jī)械以及早稻田大學(xué)副教授水野潤的研究室利用納米壓印技術(shù)開發(fā)出了將GaN晶體的位錯(cuò)*降至大約原來的1%的方法（圖8）。

圖8：高品質(zhì)GaN晶體的制作也非常活躍

圖為早稻田大學(xué)水野潤研究室與古河機(jī)械金屬等以納米壓印技術(shù)為基礎(chǔ)制作的高品質(zhì)GaN晶體。通過用帶裂縫的SiO2層遮擋GaN的晶體生長，位錯(cuò)大幅降低。（攝影：早稻田大學(xué)）

　　*位錯(cuò)：晶體中含有的線狀缺陷。此前，裝修照明，GaN晶體的位錯(cuò)密度高達(dá)1×109/cm2以上，被認(rèn)為是向LED流過大電流時(shí)導(dǎo)致發(fā)光效率降低的原因。

　　具體方法是：首先在原來的GaN晶體上形成SiO2薄膜，利用納米壓印技術(shù)形成幾十nm寬的小口﹔然后再次生長GaN晶體。這樣，SiO2膜下方的GaN晶體的位錯(cuò)就不會到達(dá)上方的GaN晶體，LED-T5一體化燈管，由此能減少上方GaN晶體的位錯(cuò)。早稻田大學(xué)的水野教授介紹說，“我們試制了LED，國內(nèi)資訊，確認(rèn)該技術(shù)可提高輸出功率并延長壽命。應(yīng)該也能用於功率半導(dǎo)體”。

　　水野表示，節(jié)能與環(huán)保，綠色照明，該技術(shù)還有望降低LED的驅(qū)動電壓。“由於位錯(cuò)少，以前必須達(dá)到140μm厚度的GaN晶體可大幅減薄至21μm以下”。

　　技術(shù)課題解決方面取得大幅進(jìn)展

　　在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，LED-T5一體化燈管，納米壓印技術(shù)經(jīng)歷了漫長冬季后，也終於出現(xiàn)了實(shí)用化的可能性。以前，在成本和量產(chǎn)性方面，照明產(chǎn)品，該技術(shù)無法超越現(xiàn)有的光刻技術(shù)。不過，在分辨率為20nm以下的領(lǐng)域，需要EUV光刻等非常昂貴的技術(shù)，因此納米壓印可能會實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。而且， LED置換工程，納米壓印技術(shù)自身在這3年左右的時(shí)間里也取得了大幅進(jìn)展（圖9）。

圖9：半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)課題迅速解決

　　圖為MII公司最近的技術(shù)改善情況。從2011年2月起的2年里， led質(zhì)量，量產(chǎn)時(shí)的缺陷密度大幅降低（a）。半間距為26nm的線圖案的成品率在10m長度時(shí)也提高到了90％以上（b）。（表和圖由MII公司提供）

　　打算制造NAND閃存等的MII公司的納米壓印裝置用不到半年時(shí)間把2012年9月時(shí)為5個(gè)/cm2的復(fù)制模缺陷減到了3個(gè)/cm2。據(jù)向MII公司提供模具的大日本印刷介紹，“2014年2月減到了1.2個(gè)/cm2”。精細(xì)圖案的成品率也在這不到3年的時(shí)間里大幅提高。

　　處理能力（吞吐量）低這個(gè)問題的解決方法也逐漸浮出水面。日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、東北大學(xué)及兵庫縣立大學(xué)開發(fā)出了在容易凝縮的氟里昂替代物系氣體中壓印、抑制了氣泡缺陷的技術(shù)等（圖10）。該技術(shù)大幅提高了樹脂的涂敷速度，“1小時(shí)可壓印100塊晶圓，而且一個(gè)模具可使用2萬次”（產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所集成微系統(tǒng)研究中心副研究中心長廣島洋）。與MII公司最近的技術(shù)相比，這相當(dāng)於其5～10倍的吞吐量。

圖10：生產(chǎn)效率有望大幅提高

圖為產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所和東北大學(xué)等共同開發(fā)的利用凝縮氣體的光納米壓印法概要。通過在納米壓印時(shí)使用凝縮性氣體，氣泡會液化，因此不會出現(xiàn)缺陷（a，b）。MII公司的技術(shù)存在的一大課題——吞吐量方面，預(yù)計(jì)將達(dá)到原來的5倍以上（c）。（照片和表由產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所提供）。

　　在硬盤上的應(yīng)用將在2015年定勝負(fù)

　　納米壓印技術(shù)在HDD硬盤上的應(yīng)用也出現(xiàn)了復(fù)蘇的跡象（圖11）。

圖11：HDD硬盤領(lǐng)域的應(yīng)用將在2015年定勝負(fù)

　　關(guān)於納米壓印在硬盤領(lǐng)域的應(yīng)用，離散軌道方面基本沒有可能性了（a）。2015年有望亮相的位元規(guī)則介質(zhì)方面，HGST公司通過結(jié)合高分子自組織技術(shù)和納米壓印技術(shù)，成功形成了直徑為10nm的點(diǎn)圖。（攝影：HGST公司）

　　關(guān)於以前備受期待的在離散軌道*領(lǐng)域的應(yīng)用，該方式未能實(shí)現(xiàn)。而在位元規(guī)則介質(zhì)（Bit Patterned Media）*領(lǐng)域的應(yīng)用還存在可能性。HGST公司2013年宣布， led室內(nèi)照明，將結(jié)合納米壓印技術(shù)和自組織技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。“2015年將是能否實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的關(guān)鍵一年”（某納米壓印技術(shù)的研究人員）。