[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換爐及其使用方法

有效

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• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109610005B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 傅力;冷棟;丁麗;黃曉東;岳愛文
• 申請（專利權）人: 武漢光谷信息光電子創(chuàng)新中心有限公司;武漢光迅科技股份有限公司
• 主分類號: C30B31/04
• 分類號: C30B31/04;C30B29/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發(fā)明屬于光波導芯片制造技術領域，公開了一種質(zhì)子交換爐及其使用方法，質(zhì)子交換爐包括爐體、石英管、石英夾具、機械手、廢液回收系統(tǒng)，石英管放置在爐體中，石英管內(nèi)設置有質(zhì)子交換反應溶液，石英夾具裝載有晶圓，晶圓浸入質(zhì)子交換反應溶液中，石英夾具與機械手連接，廢液回收系統(tǒng)與石英管連通；進行質(zhì)子交換工藝時，石英管放置在爐體中進行加熱，通過機械手控制石英夾具在質(zhì)子交換反應溶液中進行上下往復運動和左右旋轉運動；質(zhì)子交換工藝完成后，通過廢液回收系統(tǒng)將石英管中的質(zhì)子交換反應溶液抽出。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術中質(zhì)子交換的一致性、可生產(chǎn)性較差的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及光波導芯片制造技術領域，尤其涉及一種質(zhì)子交換爐及其使用方法。

背景技術

由于鈮酸鋰晶體具有優(yōu)異的電光、聲光、光彈、非線性、光折變等性能，其在光通訊領域應用非常廣泛，是光波導器件中最常使用的晶體材料。通過改變鈮酸鋰光波導和電極的形狀，能夠在鈮酸鋰晶體上制作出適合應用于各種光控制和傳輸器件，如相位調(diào)制器、相位延遲器、光學隔離器、可變衰減器等。

質(zhì)子交換爐是鈮酸鋰光波導芯片制作中最重要的工藝設備之一，它的主要用途是對鈮酸鋰晶圓進行摻雜，在高溫條件下將鈮酸鋰晶圓浸入熔融的酸液中，使得氫離子進入鈮酸鋰晶格內(nèi)。質(zhì)子交換后的鈮酸鋰的尋常光折射率減小，非尋常光的折射率變大，形成一種偏振消光比很高的光波導。

現(xiàn)有的質(zhì)子交換工藝通常選擇使用苯甲酸作為質(zhì)子源，并且在接近苯甲酸沸點的溫度進行工藝，由于光通信和半導體制造技術的不斷發(fā)展，對鈮酸鋰芯片工藝尤其是質(zhì)子交換工藝在工藝一致性、均勻性以及可生產(chǎn)性方面提出更高要求。目前質(zhì)子交換爐在傳統(tǒng)的立式擴散爐基礎上添加質(zhì)子交換容器旋轉裝置，提高了質(zhì)子交換工藝的片內(nèi)均勻性，但是旋轉的容器會導致爐體內(nèi)的氣流擾動，導致質(zhì)子交換爐溫度不穩(wěn)定影響質(zhì)子交換工藝的一致性。此外，質(zhì)子交換后高溫的酸液難以處理，若放置到冷卻之后酸液會凝固并附著在石英管壁上無法清洗(苯甲酸熔點為122.13℃)。目前的普遍處理方法是人工將石英管內(nèi)的高溫苯甲酸溶液直接倒出，這樣不僅在倒出過程中會有燙傷風險，而且酸液會大量揮發(fā)污染整個潔凈間環(huán)境，導致必須與其他芯片生產(chǎn)設備隔離開，嚴重影響鈮酸鋰芯片的可生產(chǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例通過提供一種質(zhì)子交換爐及其使用方法，解決了現(xiàn)有技術中質(zhì)子交換的一致性、可生產(chǎn)性較差的問題。

本申請實施例提供一種質(zhì)子交換爐，包括：爐體、石英管、石英夾具、機械手、廢液回收系統(tǒng)；

所述石英管放置在所述爐體中，所述石英管內(nèi)設置有質(zhì)子交換反應溶液，所述石英夾具裝載有晶圓，所述晶圓浸入所述質(zhì)子交換反應溶液中，所述石英夾具與所述機械手連接，所述廢液回收系統(tǒng)與所述石英管連通。

優(yōu)選的，所述機械手包括伸縮氣缸、旋轉軸、機身；所述伸縮氣缸、所述旋轉軸分別連接在所述機身的兩端，所述旋轉軸與所述石英夾具連接。

優(yōu)選的，所述廢液回收系統(tǒng)包括連接管、廢液桶、真空泵；所述連接管的一端與所述石英管連通，所述連接管的另一端與所述廢液桶連通，所述真空泵與所述廢液桶相連。

優(yōu)選的，所述爐體包括加熱爐絲、陶瓷套管；所述加熱爐絲均勻地纏繞在所述陶瓷套管的周圍，所述陶瓷套管的底部密封。

優(yōu)選的，所述石英管包括抽液管、石英管身；所述質(zhì)子交換反應溶液位于所述石英管身的底部，所述石英管通過所述抽液管與所述廢液回收系統(tǒng)連通。

優(yōu)選的，所述石英夾具包括固定桿、石英柵格；所述石英夾具通過所述固定桿與所述機械手連接，所述石英柵格與所述固定桿連接，所述晶圓裝載在所述石英柵格內(nèi)，所述石英柵格浸入所述質(zhì)子交換反應溶液中。

優(yōu)選的，所述晶圓為鈮酸鋰晶圓。

優(yōu)選的，所述質(zhì)子交換反應溶液為苯甲酸溶液。