中国研究チーム、マイクロLEDウェハー非破壊検査で新技術

マイクロLEDディスプレイ量産の鍵となるウェハー検査で、中国・天津大学の研究チームが非破壊で高精度な新技術を開発しました。次世代ディスプレイ競争の構図を左右しかねない一歩です。

マイクロLED量産を阻んできた検査の壁

マイクロLEDは、次世代の高級ディスプレイを支える基盤技術として世界で注目されています。微細な発光素子を大量に並べるため、ウェハー製造の段階で「ほぼ完璧な歩留まり」を達成できるかどうかが、品質とコストを左右します。

しかし、その肝心の検査工程が長年の課題でした。電気を流して発光状態を調べるエレクトロルミネッセンス検査では、従来の方式に大きな制約があります。一部の手法はプローブ（測定用の針）がウェハー表面を傷つけてしまい、取り返しのつかないダメージを与えてしまいます。逆に、表面を傷つけない方法でも、欠陥を見逃したり、誤って不良と判定したりする頻度が高く、精度の面で十分とは言えませんでした。

とくに、大面積パネルやフレキシブル（曲げられる）ディスプレイ用途では、信頼できる接触型かつ非破壊の検査手法が欠けていたことが、量産へのボトルネックになっていたとされています。

天津大学が示した「やわらかい接触」解

このギャップに対し、中国北部の天津大学でHuang Xian（黄暁）教授が率いる研究チームが、非破壊の新しい検査技術を打ち出しました。この成果を報告した論文は、科学誌『Nature Electronics』に金曜日に掲載されています。

研究チームが開発したのは、マイクロLEDウェハーの微細な凹凸に沿って変形できる柔軟な三次元プローブアレイです。このプローブは、わずか0.9メガパスカルという低い圧力でウェハーに接触します。これは「そっと吹きかけた吐息」に例えられるほどのやわらかさだといいます。

Huang 教授によると、この柔軟なプローブが加える接触圧は、従来広く使われてきた剛性プローブの1万分の1にすぎません。そのためウェハー表面を傷つけることなく、高スループットでの電気的検査が可能になります。さらに、100万回の接触サイクルを繰り返した後でもプローブは元の状態を保っており、長寿命化にもつながると説明しています。

専用測定システムで製造ラインに直結

チームは、柔軟なプローブアレイに合わせた専用の測定システムも独自に設計しました。このシステムを組み合わせることで、マイクロLED製造プロセスの各工程を細かく制御しながら、歩留まりの選別を効率よく行えるとしています。

こうした技術により、これまでボトルネックとなっていたマイクロLEDのエレクトロルミネッセンス検査に、新しい基盤が築かれたと研究チームは位置づけています。Huang 教授は、この手法が先端的なウェハー検査だけでなく、生体光学（バイオフォトニクス）の分野にも応用が広がると見ています。

産業化へ向かう中国のマイクロLED検査技術

現在、この技術は天津市のTiankai Higher Education Innovation Parkで商業化に向けた準備が進められています。マイクロLED産業にとっては、スケーラブル（拡張しやすい）で、ウェハーを傷つけず、コスト効率の高い検査ソリューションとして期待されています。

同時に、柔軟な電子部品（フレキシブルエレクトロニクス）の実用化を後押しする技術としても位置づけられています。柔軟な基板上に配置された微細な発光素子の状態を、壊さずに詳細に調べられるかどうかは、今後の応用範囲を大きく左右すると考えられます。

読者が押さえておきたい視点

マイクロLEDというと、どうしても高精細なディスプレイそのものに目が行きがちです。しかし、その裏側で支えているのは、今回のような検査・計測の技術です。素子ひとつひとつの状態を壊さずに確かめられるかどうかは、最終製品の性能だけでなく、製造コストや市場投入のスピードにも直結します。

中国の研究チームが示したこのアプローチは、マイクロLED以外の半導体デバイスにも応用できる可能性があります。今後、どの分野で先に商用展開が進むのか、また各国・各地域の企業がどのように追随するのか。ディスプレイや半導体に関心のある読者にとって、継続してフォローしたいテーマになりそうです。

Reference(s):

Researchers advance non-destructive testing of micro-LED wafers

cgtn.com