高亮度 LED 图形化蓝宝石衬底刻蚀系统

中国科学院微电子研究所   微电子设备技 术研究室

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项目简介

目前,LED 产业已走过了它的发展初期和中期而走向成熟。LED 行业具有较长的产业链,包括上游、中游、下游和应用产品四个节点。其中上游涉及衬底制备和外延生长,中游涉及芯片制造,下游涉及封装,最后一个节点是应用产品。衬底制备处于 LED 产业链上游的前端,所以衬底制备在该产业链中处于龙头地位。由于蓝宝石衬底的生产技术成熟、稳定性好、机械强度高、易于处理和清洗 而且价格低廉,GaN基 LED 主要在蓝宝石衬底上制作。传统上,GaN外延层是 直接在蓝宝石衬底上生长的,但是这样制作的 LED 发射光的功率不高。为了提 高发射光功率,需要在蓝宝石衬底上刻蚀一定的图形后再生长GaN外延层,表面刻蚀有图形的蓝宝石衬底就叫图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire ubstrate) , 简称 PSS。衬底制备处于 LED 产业链上游的前端,而 PSS 是优质的衬底,可见 PSS 在 LED 产业链中的重要地位。在普通蓝宝石衬底上制备出图形化蓝宝石衬底,要依次经过光刻和刻蚀,国产的光刻系统完全能够满足要求,但是,由于蓝宝石材料比传统的硅坚硬,传统的刻蚀机已不能达到对蓝宝石的刻蚀要求,急迫需求一种专用于制作图形化蓝宝石衬底的刻蚀系统。 介于图形化蓝宝石衬底在高亮度 LED 产业链中的重要地位而关键设备的落后限制了图形化蓝宝石衬底市场的发展,本项目工艺端的目标产品图形化蓝宝石衬底,设备端的目标产品是图形化蓝宝石衬底刻蚀系统。项目的意义在于通过掌握 LED 产业链前端衬底制备工艺和开发前端设备,推动 LED 产业的国产化,实现节能环保的目标,推动社会的可持续发展。

应用领域

1. 在研发端,开发高亮度LED图形化蓝宝石衬底刻蚀设备及PSS制备工艺,并获取自主知识产权。该项工作实施期分为前期、中期和后期。前期的工作重点是装机,先完成整机的机械设计,再采购功能组件,然后将各类功能组件装到机械部件上,最后对整机进行自动控制设计,包括程序编写,通过工艺实验结果的反馈不断修改程序,最终完善程序。中期的工作重点是进行工艺实验。先采用传统的光刻工艺在蓝宝石衬底上做光刻,然后用光刻好的蓝宝石衬底进行刻蚀实验,从工艺上验证高亮度 LED 图形化蓝宝石衬底刻蚀设备的可行性及可靠性,并通过工艺结果的反馈反复对刻蚀设备进行改进,最终使刻蚀设备臻于完善。后期的工作重点是就已研发的设备和工艺获取自主知识产权,具体上,在设备端,就设备的外观设计、内部构造及设备功能等各个层面申请专利保护并发表文章,在 PSS 工艺端,申请专利和发表文章。

2. 在产业化端,实现高亮度LED图形化蓝宝石衬底刻蚀设备的规模化生产, 实现 PSS 产能的提高。在现有的产业化基础上完善北京的产业化基地、优化生产条件,中试达到指标后进行产业化,完善生产条件,包括优化厂房设计,购置生产设备,调动人力资源,建立生产制度、组织生产活动、优化评估机制。

3. 在市场端,争取高亮度 LED 图形化蓝宝石衬底刻蚀设备和 PSS 在国内市 场的占有率达到 50%以上,并寻机向全球市场拓展。首先对销售人员进行技术培 训,由总部牵头,由销售部组织全面系统的市场调研,掌握全球 LED 产业动向, 对各大 LED 厂商的需求进行统计。在销售初期,采用无偿地向 LED 厂商提供设 备试用、产品 DEMO 等方式,通过厂商的反馈信息完善设备,进而明确销售策 略,规划重点销售区域,争取实现销售增值。 

 
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