專利名稱：可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法
技術領域：
本發明屬于半導體制造光刻領域，尤其涉及一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，環保意識的增強，對家居環境、休閑和舒適度追求的不斷提高。燈具燈飾也逐漸由單純的照明功能轉向裝飾和照明共存的局面，具有照明和裝飾雙重優勢的LED取代傳統光源進入人們的日常生活成為必然之勢。目前LED完全取代傳統光源進入照明領域遇到的最大難題就是亮度問題和散熱問題，其實這兩個問題是同一個問題，亮度提高了，散熱問題就自然解決了。在內量子效率 (已接近100%)可提高的空間有限的前提下，LED行業的科研工作者把目光轉向了外量子效率，提出了可提高光提取率的多種技術方案和方法，例如圖形化襯底技術、側壁粗化技術、DBR技術、優化電極結構、在襯底或透明導電膜上制作二維光子晶體等。其中，圖形化襯底最具成效，但作為現代光子學領域最重要的研究成果之一-光子晶體被用于LED領域，提高其亮度可能最具發展潛力，因為它可控制光子晶體的晶格結構和晶格常數，使其和外延晶體的晶格結構和晶格常數相似，甚至相同，減少晶格匹配位錯，降低位錯密度，減少外延缺陷；不僅如此光子晶體還能更有效地控制光的行為，更有目的地改變光的傳播方向及其空間光強分布。所以近年來利用在襯底或透明導電膜上制作二維晶體結構來提高LED發光亮度的技術方法鋒芒畢露，備受青睞，涌現出大量的專利文獻。但是，用于制作光子晶體掩膜層的方法、裝置或系統還不夠成熟，要么生產效率低下、生產成本較高、難于實現大批量生產；要么功能單一，只能制作一兩種光子晶體結構，若需要改變光子晶體結構，就得更新設備；要么就是結構比較復雜。尋求能用于制作光子晶體掩膜層的結構簡單、價格低廉的、多功能的曝光系統，促進LED產業化進程的工作勢在必行。因此，如何提供一種結構簡單、價格低廉的、易于實現的可用于制作光子晶體掩膜層的曝光系統及方法是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單、價格低廉的、易于實現的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法，通過控制電動快門的開關及可轉動晶片夾持器的角度可實現同時對固定在對應可轉動晶片夾持器上的兩片晶片實施曝光、轉動、再曝光的循環操作，直到完成所需光子晶體掩膜層結構的制作為止，具有產能高效的優點。為了達到上述的目的，本發明采用如下技術方案一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，包括激光光源、擴束準直系統、分束合光裝置和兩個可轉動晶片夾持器，所述分束合光裝置包括第一分束合光棱鏡、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡，所述激光光源、擴束準直系統和第一分束合光棱鏡由前至后依次設置，所述兩個反射鏡分別位于所述第一分束合光棱鏡的后面和側面，第一、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡所在的位置組成平行四邊形，所述兩個可轉動晶片夾持器分別位于第二分束合光棱鏡的后面和側面；激光光源發出的激光經擴束準直系統擴束準直后，經第一分束合光棱鏡分成兩束光，兩束光分別經對應的反射鏡反射后傳播到第二個分束合光棱鏡處，經第二個分束合光棱鏡合光后交疊在兩個可轉動晶片夾持器上。進一步，所述第一分束合光棱鏡和第二分束合光棱鏡分別米用由兩塊直角棱鏡中間夾一層分束合光膜粘合而成的立方棱鏡或一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃兩種形式中的任意一種。進一步，所述分束合光膜能對光束實現反射與透射按I :1的比例進行分光。進一步，所述可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統還包括分別用于支撐和調節對應的反射鏡的兩個反射鏡調角裝置，通過調節反射鏡調角裝置，能夠實現對應的反射鏡上下左右180度調角。進一步，所述可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統還包括電動快門，所述電動快門設置于所述激光光源和擴束準直系統之間或者設置于所述擴束準直系統和第一分束合光棱鏡之間。進一步，所述可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統還包括光強衰減器，所述光強衰減器設置于激光光源和電動快門之間，或者設置于電動快門和擴束準直系統之間，或者設置于擴束準直系統和第一分束合光棱鏡之間。進一步，所述光強衰減器能夠連續改變光強。
進一步，所述激光光源是固體激光器、或氣體激光器、或半導體激光器、或單個激光器、或多個激光器組合而成的光源、或可見光激光器、或不可見光激光器。進一步，所述擴束準直系統包括由前至后依次設置擴束鏡和準直鏡。進一步，所述擴束鏡是消球差雙凹透鏡，所述準直鏡是凸透鏡，其中，所述凸透鏡的前焦點和所述消球差雙凹透鏡的前焦點重合。進一步，所述凸透鏡是雙凸透或平凸透鏡。進一步，所述反射鏡均為寬帶介質膜高反射鏡，對可見光及紫外光具有高反射性。進一步，所述可轉動晶片夾持器能夠將晶片固定，且能載著晶片旋轉任意角度。本發明還提供了一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，包括如下步驟激光光源發出光束，將該光束經過擴束準直后的光束進行分光，形成兩個分光束；將兩個分光束合并到一個或兩個交疊區域，各交疊區域分別用于對裝載于可轉動晶片夾持器上的晶片進行曝光。進一步，在分光前的光路中設有用于控制光路開啟和關閉的電動快門。進一步，每個分光束的角度能夠進行上下左右180度調整。進一步，在分光前的光路中還設有用于改變光束光強的光強衰減器。進一步，所述光強衰減器能夠連續改變光強。本發明提供的用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法，結構簡單、成本低廉、易于實現，通過控制可轉動晶片夾持器的角度可實現同時對固定在對應可轉動晶片夾持器上的兩片晶片實施曝光、轉動、再曝光的循環操作，直到完成所需光子晶體掩膜層結構的制作為止，具有產能高效的特點。另外，通過控制兩反射鏡的角度可以制作多種光子晶體結構，具有多功能的優點，本發明可適用于任何尺寸的LED芯片制造，符合LED行業的可持續發展之路。總而言之，本發明提供的一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法具有如下有益效果一、結構簡單、價格低廉，易于實現；二、利用光束干涉原理曝光，無需掩膜版，具有較高的成本優勢；三、通過計算機控制電動快門的開關可實現對兩片晶片同時曝光，具有產能高效的優點；
四、通過控制兩反射鏡的角度可制作多種光子晶體掩膜層，具有一種設備多種功能的特點，可用于制作各種光子晶體結構；五、兩反射鏡均均為寬帶介質膜高反射鏡，能夠對各種波長具有高反射形，便于激光光源的選擇和更換。六、生產過程環保無污染、符合現階段節能環抱的需求，便于大批量商業化生產。
本發明的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法由以下的實施例及附圖給出。圖I是本發明一實施例用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統的整體結構示意圖。圖2是本發明一實施例中的可轉動晶片夾持器的結構示意圖。圖3是本發明一實施例中的擴束準直系統的結構示意圖。圖4是本發明一實施例中的分束合光棱鏡結構的結構示意圖。圖中1_激光光源，2-電動快門，3-擴束準直系統、31-擴束鏡，32-準直鏡，4-分束合光裝置，41-第一分束合光棱鏡,42-第二分束合光棱鏡,43-反射鏡,5-可轉動晶片夾持器，6-光強衰減器，7-直角棱鏡，8-分束合光膜。
具體實施例方式以下將對本發明的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法作進一步的詳細描述。下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發明的限制。為使本發明的目的、特征更明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參閱圖1，圖I所示為本發明一實施例用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統的整體結構示意圖。本實施例提供的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，包括激光光源I、電動快門2、擴束準直系統3、分束合光裝置4和兩個可轉動晶片夾持器5，所述可轉動晶片夾持器5如圖2所示，其可將晶片固定，且能載著晶片旋轉任意角度；所述分束合光裝置4包括第一分束合光棱鏡41、第二分束合光棱鏡42和兩個反射鏡43，所述激光光源I、電動快門2、擴束準直系統3和第一分束合光棱鏡41由前至后依次設置，所述兩個反射鏡分別位于所述第一分束合光棱鏡41的后面和側面，第一、第二分束合光棱鏡41、42和兩個反射鏡43所在的位置組成平行四邊形，所述兩個可轉動晶片夾持器5分別位于第二分束合光棱鏡42的后面和側面，所述電動快門2設置于所述激光光源I和擴束準直系統3之間或者設置于所述擴束準直系統3和第一分束合光棱鏡41之間，本實施中，所述電動快門2設置于所述激光光源I和擴束準直系統3之間；激光光源I發出的激光經擴束準直系統3擴束準直后，經第一分束合光棱鏡41分成兩束光，兩束光分別經對應的反射鏡43反射后傳播到第二個分束合光棱42鏡處，經第二個分束合光棱鏡42合光后交疊在兩個可轉動晶片夾持器5上。通過控制電動快門2的開關及可轉動晶片夾持器5的角度可實現同時對固定在對應可轉動晶片夾持器5上的兩片晶片實施曝光、轉動、再曝光的循環操作，直到完成所需光子晶體掩膜層結構的制作為止，具有產能高效的特點。 較佳的，在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，所述激光光源I可以是固體激光器、或氣體激光器、或半導體激光器、或單個激光器、或多個激光器組合而成的光源、或可見光激光器、或不可見光激光器。可見，激光光源I的選用范圍相當廣泛，可以適用于各種光子晶體掩膜層的制作。請參閱圖3，并請結合圖1，其中，圖3是本發明一實施例中的擴束準直系統3的結構示意圖，由圖3可見，所述擴束準直系統3包括由前至后依次設置擴束鏡31和準直鏡32。優選的，所述擴束鏡31是消球差雙凹透鏡，所述準直鏡32是凸透鏡，其中，所述凸透鏡的前焦點和所述消球差雙凹透鏡的前焦點重合。優選的，所述凸透鏡可以是雙凸透鏡或平凸透鏡。如圖2所示，由擴束鏡31和準直鏡32組成的擴束準直系統3可將如圖I所示的激光光源I發出的激光束按比例放大，并轉變成適合后續各光學器件尺寸大小的平行光束。請繼續參閱圖1，較佳的，在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，還包括光強衰減器6，所述光強衰減器6設置于激光光源I和電動快門2之間。當然，所述光強衰減器6也可以設置于電動快門2和擴束準直系統3之間，或者設置于擴束準直系統3和第一分束合光棱鏡41之間。本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，所述光強衰減器6能夠連續改變光強。請參閱圖4，并請結合圖1，其中，圖4所示是本發明一實施例中的分束合光棱鏡結構41的結構示意圖。在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，第一分束合光棱鏡41和第二分束合光棱鏡42米用由兩塊直角棱鏡7中間夾一層分束合光膜8粘合而成的立方棱鏡或一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃兩種形式中的任意一種。本實施例，第一、第二分束合光棱鏡41、42均米用由兩塊直角棱鏡7中間夾一層分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱鏡。當然，所述第一、第二分束合光棱鏡41、42也可以均米用一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃(未圖不)。或者，所述第一分束合光棱鏡41米用由兩塊直角棱鏡7中間夾一層分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱鏡,而第二分束合光棱鏡42米用一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃。或者，所述第二分束合光棱鏡42采用由兩塊直角棱鏡7中間夾一層分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱鏡,而第一分束合光棱鏡41米用一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃。較佳的，在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，所述分束合光膜8能對光束實現反射與透射按I :1的比例進行分光。較佳的，在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，所述反射鏡43均為寬帶介質膜高反射鏡，對可見光及紫外光具有高反射性，從而便于激光光源I的選擇和更換。較佳的，在本實施例的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統中，還包括分別用于支撐和調節對應的反射鏡43的兩個反射鏡調角裝置(未圖示)，通過調節反射鏡調角裝置，能夠實現對應的反射鏡43上下左右180度調角。通過控制兩反射鏡43的角度可制作多種光子晶體掩膜層，經過曝光后的晶片，再經顯影工藝便能形成各種光子晶體結構的掩膜層；后續再經過感應稱合等離子體刻蝕(ICP刻蝕,全稱Inductively CoupledPlasma)就能將光子晶體結構轉移到襯底或透明導電膜上。可見，本發明具有一種設備多種 功能的特點，可用于制作各種光子晶體結構。請繼續參閱圖1，本實施例提供的一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，可以采用上所述可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，也可以采用其他結構形式的曝光系統，該可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法包括如下步驟激光光源I發出光束，將該光束經過擴束準直后的光束進行分光，形成兩個分光束；將兩個分光束合并到一個或兩個交疊區域，各交疊區域分別用于對裝載于可轉動晶片夾持器5上的晶片進行曝光。較佳的，在本實施例中，在分光前的光路中設有用于控制光路開啟和關閉的電動快門2。較佳的，在本實施例中，每個分光束的角度能夠進行上下左右180度調整。通過調整每個分光束的角度可制作多種光子晶體掩膜層，經過曝光后的晶片，再經顯影工藝便能形成各種光子晶體結構的掩膜層；后續再經過感應耦合等離子體刻蝕就能將光子晶體結構轉移到襯底或透明導電膜上。可見，本發明具有一種設備多種功能的特點，可用于制作各種光子晶體結構。在本實施例中,在分光前的光路中還設有用于改變光束光強的光強衰減器6。較佳的，在本實施例中，所述光強衰減器6能夠連續改變光強。綜上所述，本發明提供的用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統及方法，結構簡單、成本低廉、易于實現，通過控制電動快門可對分別承載于兩個可轉動晶片夾持器的兩片晶片同時曝光及轉動曝光，具有產能高效的特點。另外，通過控制兩反射鏡的角度可以制作多種光子晶體結構，具有多功能的優點，該系統可適用于任何尺寸的LED芯片制造，符合LED行業的可持續發展之路。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，包括激光光源、擴束準直系統、分束合光裝置和兩個可轉動晶片夾持器，所述分束合光裝置包括第一分束合光棱鏡、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡，所述激光光源、擴束準直系統和第一分束合光棱鏡由前至后依次設置，所述兩個反射鏡分別位于所述第一分束合光棱鏡的后面和側面，第一、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡所在的位置組成平行四邊形，所述兩個可轉動晶片夾持器分別位于第二分束合光棱鏡的后面和側面；激光光源發出的激光經擴束準直系統擴束準直后,經第一分束合光棱鏡分成兩束光,兩束光分別經對應的反射鏡反射后傳播到第二個分束合光棱鏡處，經第二個分束合光棱鏡合光后交疊在兩個可轉動晶片夾持器上。
2.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，第一分束合光棱鏡和第二分束合光棱鏡分別米用由兩塊直角棱鏡中間夾一層分束合光膜粘合而成的立方棱鏡或一塊鍍有分束合光膜的平板玻璃兩種形式中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述分束合光膜能對光束實現反射與透射按I :1的比例進行分光。
4.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，還包括分別用于支撐和調節對應的反射鏡的兩個反射鏡調角裝置，通過調節反射鏡調角裝置，能夠實現對應的反射鏡上下左右180度調角。
5.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，包括電動快門，所述電動快門設置于所述激光光源和擴束準直系統之間或者設置于所述擴束準直系統和第一分束合光棱鏡之間。
6.根據權利要求5所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，還包括光強衰減器，所述光強衰減器設置于激光光源和電動快門之間，或者設置于電動快門和擴束準直系統之間，或者設置于擴束準直系統和第一分束合光棱鏡之間。
7.根據權利要求6所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述光強衰減器能夠連續改變光強。
8.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述激光光源是固體激光器、或氣體激光器、或半導體激光器、或單個激光器、或多個激光器組合而成的光源、或可見光激光器、或不可見光激光器。
9.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述擴束準直系統包括由前至后依次設置擴束鏡和準直鏡。
10.根據權利要求9所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述擴束鏡是消球差雙凹透鏡，所述準直鏡是凸透鏡，其中，所述凸透鏡的前焦點和所述消球差雙凹透鏡的前焦點重合。
11.根據權利要求10所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述凸透鏡是雙凸透或平凸透鏡。
12.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述反射鏡均為寬帶介質膜高反射鏡，對可見光及紫外光具有高反射性。
13.根據權利要求I所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，其特征在于，所述可轉動晶片夾持器能夠將晶片固定，且能載著晶片旋轉任意角度。
14.一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，其特征在于，包括如下步驟激光光源發出光束，將該光束經過擴束準直后的光束進行分光，形成兩個分光束；將兩個分光束合并到一個或兩個交疊區域，各交疊區域分別用于對裝載于可轉動晶片夾持器上的晶片進行曝光。
15.根據權利要求14所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，其特征在于，在分光前的光路中設有用于控制光路開啟和關閉的電動快門。
16.根據權利要求14所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，其特征在于，每個分光束的角度能夠進行上下左右180度調整。
17.根據權利要求14所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，其特征在于，在分光前的光路中還設有用于改變光束光強的光強衰減器。
18.根據權利要求17所述的可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法，其特征在于，所述光強衰減器能夠連續改變光強。
全文摘要
本發明公開了一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光系統，包括激光光源、擴束準直系統、分束合光裝置和兩個可轉動晶片夾持器,分束合光裝置包括第一分束合光棱鏡、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡，激光光源、擴束準直系統和第一分束合光棱鏡由前至后依次設置，兩個反射鏡分別位于第一分束合光棱鏡的后面和側面，第一、第二分束合光棱鏡和兩個反射鏡所在的位置組成平行四邊形，兩個可轉動晶片夾持器分別位于第二分束合光棱鏡的后面和側面，電動快門設置于激光光源和擴束準直系統之間或者設置于擴束準直系統和第一分束合光棱鏡之間。還公開了一種可用于制作光子晶體掩膜層的雙光束曝光方法。本發明結構簡單、價格低廉、易于實現。
文檔編號G03F7/20GK102707584SQ201210202600
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者丁海生, 張昊翔, 李東昇, 李超, 江忠永, 王洋, 馬新剛, 黃捷, 黃敬 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司