CN202771155U - 可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，包括激光光源、扩束准直系统、分束合光装置和两个可转动晶片夹持器,分束合光装置包括第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜和两个反射镜，激光光源、扩束准直系统和第一分束合光棱镜由前至后依次设置，两个反射镜分别位于第一分束合光棱镜的后面和侧面，第一、第二分束合光棱镜和两个反射镜所在的位置组成平行四边形，两个可转动晶片夹持器分别位于第二分束合光棱镜的后面和侧面，电动快门设置于激光光源和扩束准直系统之间或者设置于扩束准直系统和第一分束合光棱镜之间。本实用新型结构简单、价格低廉的、易于实现。

Description

可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统

技术领域

本实用新型属于半导体制造光刻领域，尤其涉及一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统。 

背景技术

随着人们生活水平的提高，环保意识的增强，对家居环境、休闲和舒适度追求的不断提高。灯具灯饰也逐渐由单纯的照明功能转向装饰和照明共存的局面，具有照明和装饰双重优势的LED取代传统光源进入人们的日常生活成为必然之势。 

目前LED完全取代传统光源进入照明领域遇到的最大难题就是亮度问题和散热问题，其实这两个问题是同一个问题，亮度提高了，散热问题就自然解决了。在内量子效率（已接近100%）可提高的空间有限的前提下，LED行业的科研工作者把目光转向了外量子效率，提出了可提高光提取率的多种技术方案和方法，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中，图形化衬底最具成效，但作为现代光子学领域最重要的研究成果之一-光子晶体被用于LED领域，提高其亮度可能最具发展潜力，因为它可控制光子晶体的晶格结构和晶格常数，使其和外延晶体的晶格结构和晶格常数相似，甚至相同，减少晶格匹配位错，降低位错密度，减少外延缺陷；不仅如此光子晶体还能更有效地控制光的行为，更有目的地改变光的传播方向及其空间光强分布。所以近年来利用在衬底或透明 导电膜上制作二维晶体结构来提高LED发光亮度的技术方法锋芒毕露，备受青睐，涌现出大量的专利文献。 

但是，用于制作光子晶体掩膜层的方法、装置或系统还不够成熟，要么生产效率低下、生产成本较高、难于实现大批量生产；要么功能单一，只能制作一两种光子晶体结构，若需要改变光子晶体结构，就得更新设备；要么就是结构比较复杂。寻求能用于制作光子晶体掩膜层的结构简单、价格低廉的、多功能的曝光系统，促进LED产业化进程的工作势在必行。 

因此，如何提供一种结构简单、价格低廉的、易于实现的可用于制作光子晶体掩膜层的曝光系统是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、价格低廉的、易于实现的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，通过控制电动快门的开关及可转动晶片夹持器的角度可实现同时对固定在对应可转动晶片夹持器上的两片晶片实施曝光、转动、再曝光的循环操作，直到完成所需光子晶体掩膜层结构的制作为止，具有产能高效的优点。 

为了达到上述的目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，包括激光光源、扩束准直系统、分束合光装置和两个可转动晶片夹持器，所述分束合光装置包括第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜和两个反射镜，所述激光光源、扩束准直系统和第一分束合光棱镜由前至后依次设置，所述两个反射镜分别位于所述第一分束合光棱镜的后面和侧面，第一、第二分束合光棱镜和两个反射镜所在的位置组成平行四边形，所述两个可转动晶片夹持器分别位于第二分束合光棱镜的后面和侧面；激光光源发出的激光经扩束准直系统扩束准直后，经第一分束合光棱镜分成两束光，两束光分别经对应的反射镜反射后传播到第二分束合光 棱镜处，经第二分束合光棱镜合光后交叠在两个可转动晶片夹持器上。 

进一步，所述第一分束合光棱镜和第二分束合光棱镜分别采用由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃两种形式中的任意一种。 

进一步，所述分束合光膜能对光束实现反射与透射按1：1的比例进行分光。 

进一步，所述可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统还包括分别用于支撑和调节对应的反射镜的两个反射镜调角装置，通过调节反射镜调角装置，能够实现对应的反射镜上下左右180度调角。 

进一步，所述可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统还包括电动快门，所述电动快门设置于所述激光光源和扩束准直系统之间或者设置于所述扩束准直系统和第一分束合光棱镜之间。 

进一步，所述可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统还包括光强衰减器，所述光强衰减器设置于激光光源和电动快门之间，或者设置于电动快门和扩束准直系统之间，或者设置于扩束准直系统和第一分束合光棱镜之间。 

进一步，所述光强衰减器能够连续改变光强。 

进一步，所述激光光源是固体激光器、或气体激光器、或半导体激光器、或单个激光器、或多个激光器组合而成的光源、或可见光激光器、或不可见光激光器。 

进一步，所述扩束准直系统包括由前至后依次设置扩束镜和准直镜。 

进一步，所述扩束镜是消球差双凹透镜，所述准直镜是凸透镜，其中，所述凸透镜的前焦点和所述消球差双凹透镜的前焦点重合。 

进一步，所述凸透镜是双凸透镜或平凸透镜。 

进一步，所述反射镜均为宽带介质膜反射镜，对可见光及紫外光具有高反 射性。 

进一步，所述可转动晶片夹持器能够将晶片固定，且能载着晶片旋转任意角度。 

本实用新型提供的用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，结构简单、成本低廉、易于实现，通过控制可转动晶片夹持器的角度可实现同时对固定在对应可转动晶片夹持器上的两片晶片实施曝光、转动、再曝光的循环操作，直到完成所需光子晶体掩膜层结构的制作为止，具有产能高效的特点。另外，通过控制两反射镜的角度可以制作多种光子晶体结构，具有多功能的优点，本实用新型可适用于任何尺寸的LED芯片制造，符合LED行业的可持续发展之路。 

总而言之，本实用新型提供的一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统具有如下有益效果： 

一、结构简单、价格低廉，易于实现； 

二、利用光束干涉原理曝光，无需掩膜版，具有较高的成本优势； 

三、通过计算机控制电动快门的开关可实现对两片晶片同时曝光，具有产能高效的优点； 

四、通过控制两反射镜的角度可制作多种光子晶体掩膜层，具有一种设备多种功能的特点，可用于制作各种光子晶体结构； 

五、两反射镜均均为宽带介质膜反射镜，能够对各种波长具有高反射形，便于激光光源的选择和更换。 

六、生产过程环保无污染、符合现阶段节能环抱的需求，便于大批量商业化生产。 

附图说明

本实用新型的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统由以下的实施例及附图给出。 

图1是本实用新型一实施例用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统的整体结构示意图。 

图2是本实用新型一实施例中的可转动晶片夹持器的结构示意图。 

图3是本实用新型一实施例中的扩束准直系统的结构示意图。 

图4是本实用新型一实施例中的分束合光棱镜结构的结构示意图。 

图中：1-激光光源，2-电动快门，3-扩束准直系统、31-扩束镜，32-准直镜，4-分束合光装置，41-第一分束合光棱镜，42-第二分束合光棱镜，43-反射镜，5-可转动晶片夹持器，6-光强衰减器，7-直角棱镜，8-分束合光膜。 

具体实施方式

以下将对本实用新型的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统作进一步的详细描述。 

下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。 

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。 

请参阅图1，图1所示为本实用新型一实施例用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统的整体结构示意图。本实施例提供的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，包括激光光源1、电动快门2、扩束准直系统3、分束 合光装置4和两个可转动晶片夹持器5，所述可转动晶片夹持器5如图2所示，其可将晶片固定，且能载着晶片旋转任意角度；所述分束合光装置4包括第一分束合光棱镜41、第二分束合光棱镜42和两个反射镜43，所述激光光源1、电动快门2、扩束准直系统3和第一分束合光棱镜41由前至后依次设置，所述两个反射镜分别位于所述第一分束合光棱镜41的后面和侧面，第一、第二分束合光棱镜41、42和两个反射镜43所在的位置组成平行四边形，所述两个可转动晶片夹持器5分别位于第二分束合光棱镜42的后面和侧面，所述电动快门2设置于所述激光光源1和扩束准直系统3之间或者设置于所述扩束准直系统3和第一分束合光棱镜41之间，本实施中，所述电动快门2设置于所述激光光源1和扩束准直系统3之间；激光光源1发出的激光经扩束准直系统3扩束准直后，经第一分束合光棱镜41分成两束光，两束光分别经对应的反射镜43反射后传播到第二个分束合光棱42镜处，经第二分束合光棱镜42合光后交叠在两个可转动晶片夹持器5上。通过控制电动快门2的开关及可转动晶片夹持器5的角度可实现同时对固定在对应可转动晶片夹持器5上的两片晶片实施曝光、转动、再曝光的循环操作，直到完成所需光子晶体掩膜层结构的制作为止，具有产能高效的特点。 

较佳的，在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，所述激光光源1可以是固体激光器、或气体激光器、或半导体激光器、或单个激光器、或多个激光器组合而成的光源、或可见光激光器、或不可见光激光器。可见，激光光源1的选用范围相当广泛，可以适用于各种光子晶体掩膜层的制作。 

请参阅图3，并请结合图1，其中，图3是本实用新型一实施例中的扩束准直系统3的结构示意图，由图3可见，所述扩束准直系统3包括由前至后依次设置扩束镜31和准直镜32。优选的，所述扩束镜31是消球差双凹透镜，所述准直镜32是凸透镜，其中，所述凸透镜的前焦点和所述消球差双凹透镜的前焦点重合。优选的，所述凸透镜可以是双凸透镜或平凸透镜。如图2所示， 由扩束镜31和准直镜32组成的扩束准直系统3可将如图1所示的激光光源1发出的激光束按比例放大，并转变成适合后续各光学器件尺寸大小的平行光束。 

请继续参阅图1，较佳的，在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，还包括光强衰减器6，所述光强衰减器6设置于激光光源1和电动快门2之间。当然，所述光强衰减器6也可以设置于电动快门2和扩束准直系统3之间，或者设置于扩束准直系统3和第一分束合光棱镜41之间。本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，所述光强衰减器6能够连续改变光强。 

请参阅图4，并请结合图1，其中，图4所示是本实用新型一实施例中的分束合光棱镜结构41的结构示意图。在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，第一分束合光棱镜41和第二分束合光棱镜42采用由两块直角棱镜7中间夹一层分束合光膜8粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃两种形式中的任意一种。本实施例，第一、第二分束合光棱镜41、42均采用由两块直角棱镜7中间夹一层分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱镜。当然，所述第一、第二分束合光棱镜41、42也可以均采用一块镀有分束合光膜的平板玻璃（未图示）。或者，所述第一分束合光棱镜41采用由两块直角棱镜7中间夹一层分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱镜，而第二分束合光棱镜42采用一块镀有分束合光膜的平板玻璃。或者，所述第二分束合光棱镜42采用由两块直角棱镜7中间夹一层分束合光膜8粘合而成的立方分束合光棱镜，而第一分束合光棱镜41采用一块镀有分束合光膜的平板玻璃。 

较佳的，在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，所述分束合光膜8能对光束实现反射与透射按1：1的比例进行分光。 

较佳的，在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中， 所述反射镜43均为宽带介质膜反射镜，对可见光及紫外光具有高反射性，从而便于激光光源1的选择和更换。 

较佳的，在本实施例的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统中，还包括分别用于支撑和调节对应的反射镜43的两个反射镜调角装置（未图示），通过调节反射镜调角装置，能够实现对应的反射镜43上下左右180度调角。通过控制两反射镜43的角度可制作多种光子晶体掩膜层，经过曝光后的晶片，再经显影工艺便能形成各种光子晶体结构的掩膜层；后续再经过感应耦合等离子体刻蚀（ICP刻蚀，全称Inductively Coupled Plasma）就能将光子晶体结构转移到衬底或透明导电膜上。可见，本实用新型具有一种设备多种功能的特点，可用于制作各种光子晶体结构。 

请继续参阅图1，本实施例提供的一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光方法，可以采用上所述可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，也可以采用其他结构形式的曝光系统，该可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光方法包括如下步骤： 

激光光源1发出光束，将该光束经过扩束准直后的光束进行分光，形成两个分光束； 

将两个分光束合并到一个或两个交叠区域，各交叠区域分别用于对装载于可转动晶片夹持器5上的晶片进行曝光。 

较佳的，在本实施例中，在分光前的光路中设有用于控制光路开启和关闭的电动快门2。 

较佳的，在本实施例中，每个分光束的角度能够进行上下左右180度调整。通过调整每个分光束的角度可制作多种光子晶体掩膜层，经过曝光后的晶片，再经显影工艺便能形成各种光子晶体结构的掩膜层；后续再经过感应耦合等离子体刻蚀就能将光子晶体结构转移到衬底或透明导电膜上。可见，本实用新型具有一种设备多种功能的特点，可用于制作各种光子晶体结构。 

在本实施例中，在分光前的光路中还设有用于改变光束光强的光强衰减器6。较佳的，在本实施例中，所述光强衰减器6能够连续改变光强。 

综上所述，本实用新型提供的用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，结构简单、成本低廉、易于实现，通过控制电动快门可对分别承载于两个可转动晶片夹持器的两片晶片同时曝光及转动曝光，具有产能高效的特点。另外，通过控制两反射镜的角度可以制作多种光子晶体结构，具有多功能的优点，该系统可适用于任何尺寸的LED芯片制造，符合LED行业的可持续发展之路。 

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (13)

1.一种可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，包括激光光源、扩束准直系统、分束合光装置和两个可转动晶片夹持器，所述分束合光装置包括第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜和两个反射镜，所述激光光源、扩束准直系统和第一分束合光棱镜由前至后依次设置，所述两个反射镜分别位于所述第一分束合光棱镜的后面和侧面，第一、第二分束合光棱镜和两个反射镜所在的位置组成平行四边形，所述两个可转动晶片夹持器分别位于第二分束合光棱镜的后面和侧面；激光光源发出的激光经扩束准直系统扩束准直后，经第一分束合光棱镜分成两束光，两束光分别经对应的反射镜反射后传播到第二分束合光棱镜处，经第二分束合光棱镜合光后交叠在两个可转动晶片夹持器上。 

2.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，第一分束合光棱镜和第二分束合光棱镜分别采用由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃两种形式中的任意一种。 

3.根据权利要求2所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述分束合光膜能对光束实现反射与透射按1：1的比例进行分光。 

4.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，还包括分别用于支撑和调节对应的反射镜的两个反射镜调角装置，通过调节反射镜调角装置，能够实现对应的反射镜上下左右180度调角。 

5.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，包括电动快门，所述电动快门设置于所述激光光源和扩束准直系统之间或者设置于所述扩束准直系统和第一分束合光棱镜之间。 

6.根据权利要求5所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其 特征在于，还包括光强衰减器，所述光强衰减器设置于激光光源和电动快门之间，或者设置于电动快门和扩束准直系统之间，或者设置于扩束准直系统和第一分束合光棱镜之间。 

7.根据权利要求6所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述光强衰减器能够连续改变光强。 

8.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述激光光源是固体激光器、或气体激光器、或半导体激光器、或单个激光器、或多个激光器组合而成的光源、或可见光激光器、或不可见光激光器。 

9.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述扩束准直系统包括由前至后依次设置扩束镜和准直镜。 

10.根据权利要求9所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述扩束镜是消球差双凹透镜，所述准直镜是凸透镜，其中，所述凸透镜的前焦点和所述消球差双凹透镜的前焦点重合。 

11.根据权利要求10所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述凸透镜是双凸透镜或平凸透镜。 

12.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述反射镜均为宽带介质膜反射镜，对可见光及紫外光具有高反射性。 

13.根据权利要求1所述的可用于制作光子晶体掩膜层的双光束曝光系统，其特征在于，所述可转动晶片夹持器能够将晶片固定，且能载着晶片旋转任意角度。 

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