[发明专利]一种质子交换炉及其使用方法

说明书

本发明属于光波导芯片制造技术领域，公开了一种质子交换炉及其使用方法，质子交换炉包括炉体、石英管、石英夹具、机械手、废液回收系统，石英管放置在炉体中，石英管内设置有质子交换反应溶液，石英夹具装载有晶圆，晶圆浸入质子交换反应溶液中，石英夹具与机械手连接，废液回收系统与石英管连通；进行质子交换工艺时，石英管放置在炉体中进行加热，通过机械手控制石英夹具在质子交换反应溶液中进行上下往复运动和左右旋转运动；质子交换工艺完成后，通过废液回收系统将石英管中的质子交换反应溶液抽出。本发明解决了现有技术中质子交换的一致性、可生产性较差的问题。

技术领域

本发明涉及光波导芯片制造技术领域，尤其涉及一种质子交换炉及其使用方法。

背景技术

由于铌酸锂晶体具有优异的电光、声光、光弹、非线性、光折变等性能，其在光通讯领域应用非常广泛，是光波导器件中最常使用的晶体材料。通过改变铌酸锂光波导和电极的形状，能够在铌酸锂晶体上制作出适合应用于各种光控制和传输器件，如相位调制器、相位延迟器、光学隔离器、可变衰减器等。

质子交换炉是铌酸锂光波导芯片制作中最重要的工艺设备之一，它的主要用途是对铌酸锂晶圆进行掺杂，在高温条件下将铌酸锂晶圆浸入熔融的酸液中，使得氢离子进入铌酸锂晶格内。质子交换后的铌酸锂的寻常光折射率减小，非寻常光的折射率变大，形成一种偏振消光比很高的光波导。

现有的质子交换工艺通常选择使用苯甲酸作为质子源，并且在接近苯甲酸沸点的温度进行工艺，由于光通信和半导体制造技术的不断发展，对铌酸锂芯片工艺尤其是质子交换工艺在工艺一致性、均匀性以及可生产性方面提出更高要求。目前质子交换炉在传统的立式扩散炉基础上添加质子交换容器旋转装置，提高了质子交换工艺的片内均匀性，但是旋转的容器会导致炉体内的气流扰动，导致质子交换炉温度不稳定影响质子交换工艺的一致性。此外，质子交换后高温的酸液难以处理，若放置到冷却之后酸液会凝固并附着在石英管壁上无法清洗(苯甲酸熔点为122.13℃)。目前的普遍处理方法是人工将石英管内的高温苯甲酸溶液直接倒出，这样不仅在倒出过程中会有烫伤风险，而且酸液会大量挥发污染整个洁净间环境，导致必须与其他芯片生产设备隔离开，严重影响铌酸锂芯片的可生产性。

发明内容

本申请实施例通过提供一种质子交换炉及其使用方法，解决了现有技术中质子交换的一致性、可生产性较差的问题。

本申请实施例提供一种质子交换炉，包括：炉体、石英管、石英夹具、机械手、废液回收系统；

所述石英管放置在所述炉体中，所述石英管内设置有质子交换反应溶液，所述石英夹具装载有晶圆，所述晶圆浸入所述质子交换反应溶液中，所述石英夹具与所述机械手连接，所述废液回收系统与所述石英管连通。

优选的，所述机械手包括伸缩气缸、旋转轴、机身；所述伸缩气缸、所述旋转轴分别连接在所述机身的两端，所述旋转轴与所述石英夹具连接。

优选的，所述废液回收系统包括连接管、废液桶、真空泵；所述连接管的一端与所述石英管连通，所述连接管的另一端与所述废液桶连通，所述真空泵与所述废液桶相连。

优选的，所述炉体包括加热炉丝、陶瓷套管；所述加热炉丝均匀地缠绕在所述陶瓷套管的周围，所述陶瓷套管的底部密封。

优选的，所述石英管包括抽液管、石英管身；所述质子交换反应溶液位于所述石英管身的底部，所述石英管通过所述抽液管与所述废液回收系统连通。

优选的，所述石英夹具包括固定杆、石英栅格；所述石英夹具通过所述固定杆与所述机械手连接，所述石英栅格与所述固定杆连接，所述晶圆装载在所述石英栅格内，所述石英栅格浸入所述质子交换反应溶液中。

优选的，所述晶圆为铌酸锂晶圆。

优选的，所述质子交换反应溶液为苯甲酸溶液。