一种光学玻璃晶圆微波加热装置及加热方法与流程

本发明涉及半导体，尤其是指一种光学玻璃晶圆微波加热装置及加热方法。

背景技术：

1、精密模压是一种高效的工艺，广泛应用于制造高精度光学玻璃元件，包括光学玻璃晶圆的表面结构复制成型。在精密模压中，需要将玻璃晶圆加热到其粘弹性温度区间（400℃-600℃），使其获得良好的可塑性。

2、目前，玻璃精密模压行业常用的加热方法为红外辐射加热或电阻式接触传热。这些加热方式均为由外向内传热，受模具和坯料的热导率影响，玻璃晶圆的升温速度低，且容易出现温度梯度（即玻璃晶圆上不同位置的温度不一致）。

3、如果出现温度梯度，对玻璃晶圆会产生以下几种影响：

4、一、热应力和热膨胀不均匀：玻璃晶圆材料在不同温度下会有不同的热膨胀系数，温度梯度会导致晶圆不同区域的热膨胀不匹配，从而产生内部应力，引起晶圆弯曲或破裂。

5、二、热变形：由于不同区域的热膨胀不一致，玻璃晶圆表面会出现不均匀的变形，影响玻璃晶圆的平整度和后续工艺的精度。

6、此外，微波加热利用玻璃材料自身的介电损耗效应，实现玻璃晶圆在中、高温区的高效加热。然而，在传统单波导微波加热系统中，微波与波导壁反射和干涉形成驻波，导致微波场强空间分布不均。在驻波峰点，场强较高，在驻波谷点，场强较低。由于玻璃晶圆为圆片形状，受此非均匀微波场影响，玻璃晶圆不同部位的加热效果存在差异，造成玻璃晶圆的温度均匀性不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种光学玻璃晶圆微波加热装置及加热方法。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种光学玻璃晶圆微波加热装置，包括：

4、微波发生器，用于输出微波能量；

5、扩散腔，和所述微波发生器连接；

6、多个波导管，和所述扩散腔连接，传输所述微波发生器的微波能量；

7、晶圆载体，包括模具以及设于所述模具下方的加热盘；所述模具用于承载光学玻璃晶圆；

8、其中，所述波导管设于所述晶圆载体的顶面和/或侧面。

9、在本发明的一个实施例中，所述扩散腔包括相互扣合的扩散腔上盖和扩散腔下盖；所述扩散腔上盖和所述扩散腔下盖之间形成腔体；所述扩散腔上盖设有连接通道，用于连接所述微波发生器；所述扩散腔下盖开设多个通道，用于安装多个所述波导管。

10、在本发明的一个实施例中，所述波导管的形状为一端开口逐渐扩大至另一端开口的锥形结构，其中所述波导管的开口端具有矩形截面或圆形截面，以集中和定向传输电磁波。

11、在本发明的一个实施例中，所述波导管的另一端开口和所述光学玻璃晶圆之间的距离可调。

12、在本发明的一个实施例中，多个所述波导管按照m×n的矩阵形式排列，m≥1，n≥1。

13、在本发明的一个实施例中，所述微波发生器为微波磁控管或固态微波源。

14、在本发明的一个实施例中，所述模具的材质为碳基材料、金属半导体氧化物/碳基纳米复合材料、陶瓷/碳基纳米复合材料、多壁碳纳米管/石墨烯泡沫复合材料、ceo2-rgo复合材料和mof衍生吸波材料中的一种。

15、在本发明的一个实施例中，还包括密闭腔体；所述扩散腔、多个所述波导管和所述晶圆载体设置在所述密闭腔体内。

16、在本发明的一个实施例中，所述密闭腔体设有进气口和排气口。

17、第二方面，提供一种加热方法，采用第一方面所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，包括以下步骤：

18、当光学玻璃晶圆低于预设温度时，加热盘对光学玻璃晶圆和模具进行加热，使光学玻璃晶圆的温度升高至预设温度；

19、当光学玻璃晶圆温度升高至预设温度时，微波发生器对光学玻璃晶圆和模具进行加热；其中，波导管将微波发生器的微波能量作用区域放大，完全覆盖于光学玻璃晶圆表面，实现对光学玻璃晶圆的均匀加热；

20、当光学玻璃晶圆高于预设温度时，微波发生器和加热盘同时对光学玻璃晶圆和模具进行加热，将光学玻璃晶圆的温度迅速提升至成型温度。

21、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

22、本发明所述的光学玻璃晶圆微波加热装置中波导管形成矩阵可以均匀覆盖整个晶圆表面，使得玻璃晶圆均匀接收微波能量并生热，实现玻璃晶圆的快速升温，同时保证其温度分布的均匀性。

23、本发明所述的光学玻璃晶圆微波加热装置中微波加热的优势为高灵敏度、高即时性、低惯性、低材料选择性，通过微波混合加热可降低模压全过程的温度滞后和预热效应，提高温控精度，减少热影响区域和热功率损失。

技术特征：

1.一种光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述扩散腔包括相互扣合的扩散腔上盖（10）和扩散腔下盖（20）；所述扩散腔上盖（10）和所述扩散腔下盖（20）之间形成腔体；所述扩散腔上盖（10）设有连接通道，用于连接所述微波发生器（70）；所述扩散腔下盖（20）开设多个通道，用于安装多个所述波导管（30）。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述波导管（30）的形状为一端开口逐渐扩大至另一端开口的锥形结构，其中所述波导管（30）的开口端具有矩形截面或圆形截面，以集中和定向传输电磁波。

4.根据权利要求3所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述波导管（30）的另一端开口和所述光学玻璃晶圆（60）之间的距离可调。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，多个所述波导管（30）按照m×n的矩阵形式排列，m≥1，n≥1。

6.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述微波发生器（70）为微波磁控管或固态微波源。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述模具（40）的材质为碳基材料、金属半导体氧化物/碳基纳米复合材料、陶瓷/碳基纳米复合材料、多壁碳纳米管/石墨烯泡沫复合材料、ceo2-rgo复合材料和mof衍生吸波材料中的一种。

8.根据权利要求1所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，还包括密闭腔体；所述扩散腔、多个所述波导管（30）和所述晶圆载体设置在所述密闭腔体内。

9.根据权利要求8所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，其特征在于，所述密闭腔体设有进气口和排气口。

10.一种加热方法，其特征在于，采用如权利要求1-9中任意一项所述的光学玻璃晶圆微波加热装置，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种光学玻璃晶圆微波加热装置及加热方法，其中光学玻璃晶圆微波加热装置包括：微波发生器，用于输出微波能量；扩散腔，和微波发生器连接；多个波导管，和扩散腔连接，传输微波发生器的微波能量；晶圆载体，包括模具以及设于模具下方的加热盘；模具用于承载光学玻璃晶圆；其中，波导管设于光学晶圆载体的顶面和/或侧面。本发明可以采用多个波导管输出方式对光学玻璃晶圆进行加热，通过扩散腔将微波发生器的能量分散到多个波导管的输入口，再由波导管将能量传递到外部，并均匀辐射到光学玻璃晶圆上方，实现对光学玻璃晶圆的均匀加热。

技术研发人员：张营营,罗红,张生
受保护的技术使用者：苏州多谱芯光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/19