تحديد مواصفات زجاج الكوارتز والكريستال من أجل أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية هو في جوهره مسألة تحديد الأرقام الثلاثة التي تحكم التطبيق فعلاً وترك الباقي يتبعها. يستعرض هذا الدليل المعاملات التي يجب أن ترد على الرسم، والتفاوتات التي تغيّر السعر حقاً، وبنود المواصفات التي تُترك عادةً خارج الرسم ثم يصبح الخلاف حولها عند أول عيّنة.
زجاج الكوارتز والكريستال البصري في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية
في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يُترجم ذلك إلى مجموعة محددة من المتطلبات لا إلى تفضيل عام للجودة. داخل مصنع الرقائق، يكون المكوّن البصري خطر تلوث بقدر ما هو قطعة بصرية. فيجب أن تُصنع نوافذ الكوارتز والرقائق وبصريات الفحص من مادة مؤهَّلة بمحتوى معدني مضبوط، وأن تُنظَّف وفق مواصفات الجزيئات، وأن تُوثَّق بما يكفي لاجتياز تدقيق. والنفاذية في فوق البنفسجية العميقة والتجانس هما ما يحدد الأداء البصري.
التفاوتات التي تهم فعلاً
تُسعَّر قطع الكوارتز كغيرها من العناصر البصرية، لكن بضعة تفاوتات تستحق انتباهاً خاصاً. فيُقاس الاستواء ومقدمة الموجة المنفذة عند طول موجي معلن، ولأن الكوارتز صلب ومنخفض التمدد، فإن الاستواء الممتاز ممكن التحقيق فعلاً لا اسمياً. ويُحدَّد الانكسار المزدوج بالنانومتر لكل سنتيمتر في القطع المنصهرة وهو جوهري في المادة البلورية؛ وإذا كان التطبيق حساساً للاستقطاب، فإن هذا الرقم ينتمي إلى الرسم. وفي الرقائق يهم تغير السماكة الكلي والالتواء إلى جانب الشكل البصري، لأن القطعة قد تُعالَج على مثبِّت تفريغي يُفرض فيه الاستواء ميكانيكياً. وتُقدَّم جودة السطح بمقياس الخدش والحفر، وتشطيب الحافة بحجم الشظية. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يستحق الأمر بيان هل يجب أن يصمد شكل السطح عند درجة الحرارة أم عند حرارة الغرفة فقط.
قواعد التصميم التي تخفض التكلفة
التصميم بالكوارتز يعني استثمار خصائصه دون دفع ثمنها مرتين. استخدمه حيث تلزم فعلاً النفاذية في فوق البنفسجية أو التمدد المنخفض أو عتبة التلف العالية، واستخدم الزجاج البصري العادي في غير ذلك؛ أما التجميع الهجين الذي يستخدم نافذة كوارتز وحلقة تثبيت من البوروسيليكات فيجب أن يراعي عدم تطابق التمدد، وهو كبير حتى مع أن الكوارتز نفسه يتحرك قليلاً جداً. وأبقِ الحواف مشطوفة وتجنّب التثبيت مباشرة على وجه بصري. وتجنّب تحديد قطعة رقيقة جداً واستواء صارم جداً في الوقت نفسه، ما لم يكن التثبيت سيسنده. وفي أعمال الاستقطاب، بيّن اتجاه المحور على الرسم. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، مراجعة تصميم قصيرة قبل أول قص تزيل عادةً أحد التفاوتات الضيقة تماماً، وهو أرخص إعادة تصميم ممكنة.
اعتبارات الطلاء والترسيب
طلاء الكوارتز يعني إدارة الإجهاد والنظافة. فتمددده المنخفض يعني أن الركيزة لن تخفف الإجهاد الذي يُحدثه مكدس أكسيد كثيف، لذا قد يُقوّس الطلاء النافذة بشكل مرئي في القطع الرقيقة؛ ويُلزم أحياناً تصميم متوازن بطبقة معوّضة للإجهاد على الوجه الخلفي. ويجذب الكوارتز التلوث ويحتفظ به بطريقة مختلفة عن الزجاج اللين، لذا يكون التنظيف قبل الطلاء أطول ويتضمن عادةً خطوة أوزون بالأشعة فوق البنفسجية أو بلازما. وفي قطع الليزر، يسيطر امتصاص الطلاء وعتبة التلف على المواصفة، ويجب تقييم الطلاء عند طول موجة التشغيل ومدة النبضة لا عند متوسط عريض النطاق مريح. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، الجمع بين طلاء صلب منخفض الامتصاص وحافة مشطوفة مجلَّخة ناعماً هو ما يجعل نافذة الكوارتز تصمد للتدفق البصري والدورة الحرارية معاً.
كيف تعمل زجاج الكوارتز والكريستال على أرض الواقع
يغطي الكوارتز وزجاج الكريستال مادتين متصلتين لكن مختلفتين. فالسيليكا المنصهرة هي ثاني أكسيد السيليكون الصناعي غير المتبلور، وتُصنع بالصهر أو بالترسيب الكيميائي من الطور الغازي، وهي المادة المفضلة كلما وجب أن تعمل القطعة دون نحو 250 nm، أو أن تصمد لطاقة ليزر عالية، أو أن تحتمل تغيراً سريعاً في الحرارة. أما الكوارتز البلوري فهو الكريستال الطبيعي أو المنمّى، ويُقدَّر لسلوكه الكهروإجهادي ويُستخدم في ضبط التردد وبصريات الاستقطاب وحيث يهم نشاطه البصري المحدد. ويشترك الاثنان في معامل تمدد حراري منخفض جداً يبلغ نحو واحد على سبعة عشر من معامل زجاج الصودا والجير، ولهذا تستطيع نافذة كوارتز أن تصمد لتدرج حراري كان سيشقق الزجاج العادي. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، هذا الاستقرار الحراري مع النفاذية في فوق البنفسجية العميقة هو السبب عادةً في تحديد الكوارتز بدل زجاج بصري أرخص.
المتطلبات الخاصة بـ أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية
في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يُترجم ذلك إلى مجموعة محددة من المتطلبات لا إلى تفضيل عام للجودة. داخل مصنع الرقائق، يكون المكوّن البصري خطر تلوث بقدر ما هو قطعة بصرية. فيجب أن تُصنع نوافذ الكوارتز والرقائق وبصريات الفحص من مادة مؤهَّلة بمحتوى معدني مضبوط، وأن تُنظَّف وفق مواصفات الجزيئات، وأن تُوثَّق بما يكفي لاجتياز تدقيق. والنفاذية في فوق البنفسجية العميقة والتجانس هما ما يحدد الأداء البصري.
- نفاذية في فوق البنفسجية العميقة مع محتوى OH مضبوط
- نظافة جزيئية مقيسة لكل وحدة مساحة
- تجانس وانكسار مزدوج منخفض
- تتبع كامل للمواد بما في ذلك المحتوى المعدني
معايير SEMI لمناولة الرقائق والنظافة، وISO 10110 للرسومات البصرية، ومواصفات مواد خاصة بكل مصنع رقائق.
بيانات الاختيار في لمحة
| المعامل | القيمة المعتادة | ملاحظات |
|---|---|---|
| نطاق النفاذية | 185 - 2500 nm (السيليكا المنصهرة) | من فوق البنفسجية إلى تحت الحمراء |
| معامل الانكسار | 1.458 (السيليكا المنصهرة) | منخفض وعالي الانتظام |
| معامل التمدد الحراري | 0.55 × 10⁻⁶ /K | مقاوم للصدمة الحرارية |
| محتوى OH | < 10 ppm في الصنف المنخفض، و> 200 ppm في المرتفع | يُختار حسب الاستخدام فوق البنفسجي أو تحت الأحمر |
| الانكسار المزدوج | < 5 nm/cm (المنصهر) | الكوارتز البلوري متباين الخواص بطبيعته |
| الاستواء | λ/4 إلى λ/10 | رقائق الكوارتز حتى λ/20 |
| الخدش والحفر | 40-20 قياسي، و20-10 دقة عالية | ISO 10110-7 |
| نطاق السماكة | 0.1 - 30 mm | الرقائق من 0.1 mm |
| تشطيب الحافة | مجلوخة، أو مشطوفة، أو مجلَّخة ناعماً | شظايا ≤ 0.05 mm |
الأسئلة الشائعة
هل توفرون رقائق الكوارتز إلى جانب النوافذ؟
نعم، من 0.1 mm فأعلى، مع ضبط تغير السماكة الكلي والالتواء من أجل المعالجة على مثبِّت تفريغي، واختيار ملامح الحافة لمعدات المناولة الآلية.
متى أختار الكوارتز بدل الزجاج البصري؟
عندما يجب أن تنفذ القطعة دون نحو 300 nm، أو أن تصمد لدورة حرارية سريعة، أو أن تحتمل طاقة ليزر عالية. أما نوافذ ومرشحات الضوء المرئي، فيؤدي فيها البوروسيليكات أو B270 الوظيفة نفسها بجزء من التكلفة.
ما الفرق بين السيليكا المنصهرة المنخفضة OH والمرتفعة OH؟
المادة المنخفضة OH محتواها من الهيدروكسيل ضئيل وتنفذ أبعد في الأشعة تحت الحمراء. أما المادة المرتفعة OH فتحتوي على بضع مئات من الأجزاء في المليون من الهيدروكسيل، وهو ما يحسّن النفاذية في فوق البنفسجية العميقة ومقاومة التشمس.
هل تحتاج عرض سعر لـ زجاج الكوارتز والكريستال البصري؟
أرسل رسمك أو مواصفاتك المستهدفة أو متطلبات الطلاء، وسيرد عليك مهندس بصريات خلال 24 ساعة بالسعر ووقت التسليم.
اطلب عرض سعر راسل مهندساً بالبريد