Comments
Description
Transcript
効率と柔軟性が ますます向上するLED製造装置
manufacturing | MOCVD TOOLS 効率と柔軟性が ますます向上する LED 製造装置 キャロライン・ヘイズ LED 業界は 2 ケタ成長が続き、その焦点にも変化がみられるが、有機金属気 相成長（ MOCVD：metal organic chemical vapor deposition ）装置市 場は、緩やかな成長を続けている。この市場では、さらに効率が高く、さま ざまな基板に対応する装置が登場している。 パワー LED 部品市場は、携帯電話、 200 万ドルの設備投資を差し控え、市 コンピュータ、TV ディスプレイから一 場において万一景気が低迷した場合に 般照明へと用途の範囲を拡大させてい 過剰設備のリスクを負うことを避けよ る。それに伴って需要は高まっている うと考えるケースが多いと述べた。 が、LED 製造のエピタキシャル成長に そのような中で大胆な一歩を踏み出 必要なMOCVD 反応炉を製造する企業 した企業がある。中国のサナン・オプ には、大きな影響は生じていない。販 トエレクトロニクス社（ Sanan Opto 売の増加は緩やかだが、MOCVD 装置 electronics ） だ。同社は最近、MOCVD 国の複数の企業が複数台の MOCVD メーカーはウエハレベルのエピタキシ 装置への投資を決断し、最大規模の 1 反応炉を数百万ドル規模で発注したこ に必要な時間を短縮し、素子の均一性 つとなる発注を行った。GaN（窒化ガ とから、LED 市場において供給過剰が を高める方法を追究している。また、 リウム ）ベースの LED を提 供 する中 生じる可能性を指摘する記事を掲載し さまざまなウエハサイズに加え、LED 国大手の同社は、独アイクストロン社 た（ http://bit.ly/1L4YXpS ） 。 その記 分野で従来から一般的に使用されてい （ Aixtron ）製の MOCVD シャワーヘッ 事は、米ストラテジーズ・アンリミテッ るサファイア以外の基板にも対応する ドツールを 50 台発注した（納品は 2014 ド社（ Strategies Unlimited ）のアナリ 反応炉が求められており、このニーズ 第 4四半期） 。フォックス氏によると、ア ストらによる調査結果に基づくものだ に対する取り組みも進められている。 イクストロン社や米ビーコ社（ Veeco ） った。その後、そのような動きは縮小 米 IHS 社で主席アナリストを務める といった MOCVD 市場の約 90% を占 傾向にあった。サナン社の発注は、時 ジェイミー・フォックス氏 （ Jamie Fox ） める企業で、1 四半期あたりの販売台 期的にアイクストロン社の最新業績結 は、需要の高まりが注文の殺到につな 数は通常 2 台であるという。アイクスト 果には反映されていない。次回の四半 がらない理由を次のように説明した。 ロン社に対する大型発注により、中国 期決算報告に含まれる予定である。 「 LED 需要が少しだけ増加したのなら 最大のウエハおよびダイ製造企業であ アイクストロン社は 2014 年第 3 四半 ば、メーカーは既存の機械類によって るサナン社の生産能力は高まることに 期決算（ 2014 年 9 月締め）で、1790 万 それに対応することができる。LED 需 なる。また、このような大規模な設備 ユーロ（ 2030 万ドル）の損失を計上し 要は大きく増加しているが、ほとんど 投資は、受注が控えていることを確信 た。損失額は、第 2 四半期の 1060 万 の企業が機械類を追加せずに、生産効 していることの表れでもある。この動 ユーロ（1200 万ドル） から増加している。 率を上げようとしている」 。新しい装 きを、西欧諸国の企業向けに最終製品 電源管理製品など、同社の LED 以外 置のコストは高く、LEDの利幅は低いこ を製造する中国企業への供給を確保し、 の技術に対する顧客の関心が高まって ビーコ社の「 EPIK700 」は、センターイン ジェクションフロー「 IsoFlange 」と、均質 なラミナーフローと均一な温度特性を実現す るためのウエハコイル「 TruHeat 」を採用し ている。 とが、LED メーカーが慎重な姿勢を崩 「 LED 生産拠点」としての地位確立を いると、同社は報告した。アイクスト そうとしない要因になっている。フォッ 目指す中国による取り組みの一環であ ロン社は、同社の LED 顧客は「業界 クス氏は、MOCVD 装置をほぼ 100% るとする見方もある。 における厳しい競争」に直面している で稼働している企業でさえも、およそ LEDs Magazineは4 年前の1月に、中 と分析していた。 20 2015.6 LEDs Magazine Japan 基板の選択肢 ストラテジーズ・アンリミテッド社に よると、GaN LED 市場は規模が大きく、 2013年の市場規模は推定144億ドルで、 2018 年には 259 億 8000 万ドル相当に 達する見込みだという（ http://bit.ly/ 10zl855 ） 。HIS のフォックス氏は、GaN MOCVD 反応炉の 2014 年の出荷台数 を 254 台と見積もっている。そのほと んどがアジアに出荷されるという。 ほとんどの白色パワー LED が GaN をベースとしており、その大多数がサ ファイア基板上で製造されている。そ の他 に、GaN-on-SiC（炭 化ケイ素 ）や GaN-on-Si（シリコン） もある。第 4 の選 択肢は、中村修二教授が共同創設した LED 企業である米ソラー社（ Soraa ）が アイクストロン社の「 AIX G5+ 」は、200mm（ 8 インチ）の GaN-on-Si ウエハ上の均一性を実 現する。 使用するGaN-on-GaNである。中村氏は、 世界で初めて青色 LEDを開発したこと べた。同社の顧客には、独オスラム社 不整合を補償するためのバッファ層が で、赤崎勇教授と天野浩教授とともに （Osram） 、台湾エピスター社 （Epistar） 、 必要となる。これによって複雑さとコ ノーベル物理学賞を受賞した。青色LED 韓国サムスン社（ Samsung ）、韓国 LG ストが増す可能性があるが、シリコン に蛍光体を加えることで、白色光が生 社、韓国ソウル半導体社（ Seoul Semi ウエハの初期コストが低いことと設備 成される （ http://bit.ly/1DCMmDS ） 。 conductor ）などが名を連ねている。ジ が再利用できることから、スケールメ ウエハや基板のサイズには、かなり ェンセン氏によると、LED 分野の顧客の リットによって相殺が可能と考えられ のばらつきがある。GaN-on-Si に取り 大多数（ 90% 以上） が GaN-on-sap–phire ている。 組む新興企業は、8 インチ以上の大型 （サファイア）を採用しているが、この 現時点で、米クリー社（ Cree ）が単 ウエハをターゲットとし、MOCVD 反 5 〜 10 年の間にわずかながら移行が見 独で自社の GaN-on-SiC 技術を推進す 応炉におけるエピタキシャル成長の後 られたという。GaN はコストが高いた る一方で、ソラー社は GaN-on-GaN の の、製造のバックエンド工程において、 め、GaN-on-GaN を採用するのは「有 LED アーキテクチュアを、「ほぼ完ぺ 主流の半導体ファブを利用したいと考 効数として」まだわずか 1、2 社だが、 き」な結晶構造を持つとして推進して えている。サファイアLEDメーカーは、 GaN-on-Siについては、数年前には、研 いる。ウエハと成長層が同質であるこ 2インチから4 インチへと移行中で、将 究開発は盛んだが製造はゼロであった とから、LED チップの出力密度を高め、 来的にはさらにサイズが拡大される見 のに対して、それよりも研究開発が減 より小さな面積でより多くの光を生成 込みである。どの技術においてもエピ 少し製造が増加していると同氏は述べ させることができる。 タキシャル製造プロセスは似通ってお た。ただしそれでも、GaN-on-Si を採 「 GaNは興味深い」とジェンセン氏は り、同じ蒸着方法が利用されている。 用するのはまだ 2、3 社に限定されると 述べた。 「効率が高く、歩留まりが高く、 いう。 最終的に輝度の高い素子が生成され シリコンは、多くのメーカーにとっ る。しかし、コストがあまりにも高す 装置メーカーへの影響 ビーコ社で MOCVD 技術および事業 て費用対効果の高い選択肢である。前 ぎる」 。価格に劇的な変化が生じて、 担当上級副社長を務めるジム・ジェンセ 述のとおり、既存の IC 製造設備と手法 サファイアの 100 倍というコストの問 ン氏（ Jim Jensen ） は、多様な基板を使 が利用できるためである。しかし、GaN 題が克服されるか、再利用の可能性が 用する企業の数に変化が見られると述 とシリコンの格子の不整合によって、 開かれない限り、利用が増加すること LEDs Magazine Japan 2015.6 21 manufacturing | MOCVD TOOLS トと均一性）が求められているとジェ はないと同氏は考えている。 ンセン氏は述べた。同氏はこの状況を GaN-on-Si の見通し 総括して、 「資本の効率は、1 ドルあた アイクストロン社は 2 年前、GaN-on- り 1 日あたりのウエハ（で算出される） 」 Si 技術を採用する「 AIX G5+ 」を発表 と述べた。 した。AIX G5+ は、200mm 口径のウ 「顧客は常に、供給メーカーに対して エハ 5 枚の処理に対応する、Planetary 均一性の改善を求め、スペックの向上 Reactor「 AIX G5 」向けのハードウエ アおよびプロセス機能である。この機 能は現在、AIX G5ファミリの一環とし GaN MOCVDシステム「TurboDisc EPIK700」 のレシピ設定を行うビーコ社の MOCVD エン ジニア。 を求める」とジェンセン氏は付け加え た。これは 1 つの公式で表されるもの ではないと同氏は述べた。使用するプ ロセスに応じて、均一性を割合で測定 て提供されている。 アイクストロン社は、GaN-on-Siに力 制御されていることが、 「シリコン形式 する顧客もいれば、標準偏差や波長の を入れている。アイクストロン社でマ の製造に対してまさに求めているもの」 均一性で測定する顧客もいる。EPIK700 ーケティング担当副社長を務めるライ という評価が得られている。200mm は、基板とディスクに対するガスのフ ナー・ベッカード氏（ Rainer Beccard ） の GaN-on-Si ウエハ上で均一なパター ローを制御するためのセンターインジェ は AIX G5+ を発表した際、GaN-on-Si ンが得られることは、技術開発におけ クションフロー技術「 IsoFlange 」と、 は「将来の高性能で低コストな高輝度 る成功の証とみなされている。 温度を制御して、ウエハキャリア全体に LED（ HB LED ）の製造に対する、非 ビーコ社も、均一性と生産能力が最 わたって均質なラミナーフローと均一 常に有望な候補」であると述べた。同 優先事項であると述べている。同社の な温度を実現するためのウエハコイル 氏はさらに、G5+ によって 200mm（ 8 GaN MOCVD シ ス テ ム「 TurboDisc インチ）の標準シリコンウエハへと移 EPIK700 」は、前世代の装置の 2 倍以 比較的最近のもう 1 つの変化は、ウ 行することが、次の論理的なステップ 上の生産能力を誇る。反応炉 1 台また エハサイズに関する動向である。「 5 年 であるとも述 べた。 「それによ っ て、 は 2 台の構成で提供されており、各反 前は、主流は 2インチで、4 インチが登 他にはないスケールメリットが得られ 応炉に 4 インチウエハを 31 枚収容する 場しつつあり、 一部で 6 インチ （ウエハ） るため」だと同氏は述べ、費用対効果 ことができ、反応炉 2 台構成のモデル が採用されている状態だった。現在で の高い製造プロセスを実現する要素と で合計 61 枚のウエハが処理可能であ は、6 インチウエハがもう少し増加し、 して、ウエハサイズと材料を挙げた。 る。8 インチウエハの場合は、反応炉 主流は4インチでおそらく40%を占め、 ウエハサイズが大きいほど、ウエハあ 1 台あたり 6 枚、2 台モデルで 12 枚に 5% 弱を8インチのGaN-Si が占めて、残 たりのダイ数が増加し、所有コストは 対応し、6 インチウエハの場合は、1 りが 2 インチという状態になっている」 低下する。 台 あたり 12 枚、2 台モデルで 24 枚 に とジェンセン氏は説明した。 歩留まりは、MOCVD装置市場におい 対応する。ウエハ均一性の改善、運用 ウエハサイズが変わり、MOCVD 装 て最も重要な問題ではない。最も優先 コストの削減、生産性の向上によって、 置に調整が必要になるかもしれないが、 されるのは、均一性である。それによっ 前世代装置と比べてウエハ 1 枚あたり 装置メーカーは、ある程度成熟したこ て、光束と色情報が一致する LED が得 最大 20% のコストが削減可能であると の市場で予測されるペースに合わせて られるためである。つまり、均一性が 同社は見積もっている。 変化を導入することもしている。消費 高まれば生産性が高まり、製造コスト 「 TruHeat 」の両方を採用している。 者主導のエンド市場における価格競争 は低下する。 一般照明市場 AIX G5+を早期に導入した顧客から 一般照明分野において LED への移行 とする顧客の最終的な目標が、この市 は、5 枚すべての 200mm ウエハ上の が進んでいることも、MOCVD 装置メー 場を左右する。 パターンが完全に回転対称で均一であ カーに影響を与えている。一般照明用 ること、標準的な厚さのシリコン基板を LED では、進歩に伴って、効率的な設 使用すること、ウエハボックスの動作が 備投資、所有コスト、性能（スループッ 22 2015.6 LEDs Magazine Japan に参戦しつ、資本効率を最大化しよう 著者紹介 キャロライン・ヘイズ （CAROLINE HAYES） は、 LEDs Magazine の寄稿記者。 LEDJ