Bei der Spezifikation von Quarz- und Kristallglas für Halbleiter und Photolithografie geht es im Wesentlichen darum, zu entscheiden, welche drei Zahlen die Anwendung tatsächlich bestimmen und alles andere daraus abzuleiten. Dieser Leitfaden geht die Parameter durch, die auf die Zeichnung gehören, die Toleranzen, die den Preis wirklich verändern, und die Spezifikationspunkte, die regelmäßig weggelassen und dann beim Erstmuster diskutiert werden.
Optisches Quarz- und Kristallglas in Halbleiter und Photolithografie
In Halbleiter und Photolithografie bedeutet das eine konkrete Anforderungsliste und nicht eine allgemeine Vorliebe für Qualität. In einem Fab ist eine optische Komponente ebenso sehr ein Kontaminationsrisiko wie ein optisches Teil. Quarzfenster, Wafer und Inspektionsoptiken müssen aus qualifiziertem Material mit kontrolliertem Metallgehalt gefertigt, nach Partikelspezifikationen gereinigt und so dokumentiert sein, dass sie ein Audit überstehen. Transmission im tiefen Ultraviolett und Homogenität bestimmen die optische Leistung.
Die Toleranzen, auf die es wirklich ankommt
Quarzteile werden wie andere optische Elemente angeboten, aber einige Toleranzen verdienen besondere Aufmerksamkeit. Ebenheit und transmitierte Wellenfront werden bei einer angegebenen Wellenlänge gemessen, und weil Quarz steif und ausdehnungsarm ist, ist hervorragende Ebenheit wirklich erreichbar und nicht nur nominell. Die Doppelbrechung wird für geschmolzene Teile in Nanometern pro Zentimeter angegeben und ist kristallinem Material eigen; ist die Anwendung polarisationsempfindlich, gehört diese Zahl auf die Zeichnung. Bei Wafern zählen Gesamtdickenabweichung und Verzug neben der optischen Form, weil das Bauteil möglicherweise auf einem Vakuumspanner prozessiert wird, wo die Ebenheit mechanisch aufgezwungen wird. Die Oberflächenqualität wird in Kratzer-Grübchen angegeben, die Kantenbearbeitung in Ausbruchgröße. In Halbleiter und Photolithografie lohnt es sich anzugeben, ob die Oberflächenform bei Temperatur oder nur bei Raumtemperatur gelten muss.
Konstruktionsregeln, die Kosten senken
Mit Quarz zu konstruieren heißt, seine Eigenschaften zu nutzen, ohne sie zweimal zu bezahlen. Setzen Sie es dort ein, wo UV-Transmission, geringe Ausdehnung oder hohe Zerstörschwelle wirklich gefordert sind, und verwenden Sie ansonsten gewöhnliches optisches Glas; eine Hybridbaugruppe aus einem Quarzfenster und einem Borosilikat-Haltering muss die Ausdehnungsfehlanpassung berücksichtigen, die erheblich ist, obwohl Quarz selbst sich sehr wenig bewegt. Halten Sie Kanten gefast und spannen Sie nicht direkt auf einer optischen Fläche. Spezifizieren Sie nicht gleichzeitig ein sehr dünnes Bauteil und eine sehr enge Ebenheit, wenn die Montage das nicht stützt. Für Polarisationsarbeit geben Sie die Achsenorientierung auf der Zeichnung an. In Halbleiter und Photolithografie entfernt ein kurzer Design-Review vor dem ersten Schnitt meist eine der engen Toleranzen vollständig, und das ist die billigste mögliche Neukonstruktion.
Aspekte zu Beschichtung und Abscheidung
Quarz zu beschichten heißt, Spannung und Sauberkeit zu beherrschen. Seine geringe Ausdehnung bedeutet, dass das Substrat die Spannung eines dichten Oxidstapels nicht abbaut, sodass eine Beschichtung dünne Teile sichtbar durchbiegen kann; manchmal ist ein ausgewogenes Design mit einer spannungskompensierenden Schicht auf der Rückseite nötig. Quarz zieht Verunreinigungen anders an und hält sie anders fest als weiches Glas, die Vorreinigung dauert daher länger und enthält üblicherweise einen UV-Ozon- oder Plasmaschritt. Bei Laserteilen dominieren Beschichtungsabsorption und Zerstörschwelle die Spezifikation, und die Beschichtung muss bei der Betriebswellenlänge und Pulsdauer bewertet werden, nicht bei einem bequemen Breitbandmittel. In Halbleiter und Photolithografie ist die Kombination aus harter, absorptionsarmer Beschichtung und gefaster, feingeläppter Kante das, was ein Quarzfenster sowohl den optischen Fluss als auch den Temperaturzyklus überstehen lässt.
Wie Quarz- und Kristallglas in der Praxis funktioniert
Quarz und Kristallglas umfassen zwei verwandte, aber unterschiedliche Werkstoffe. Quarzglas ist synthetisches, amorphes Siliziumdioxid, hergestellt durch Schmelzen oder chemische Gasphasenabscheidung, und es ist der Werkstoff der Wahl, wenn ein Bauteil unter etwa 250 nm arbeiten, hohe Laserenergie überstehen oder schnelle Temperaturänderungen tolerieren muss. Kristalliner Quarz ist der natürliche oder gezüchtete Kristall, geschätzt für sein piezoelektrisches Verhalten und eingesetzt in der Frequenzsteuerung, in der Polarisationsoptik und wo seine spezifische optische Aktivität zählt. Beide haben einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, etwa ein Siebzehntel von Kalk-Natron-Glas, weshalb ein Quarzfenster einen Temperaturgradienten übersteht, der normales Glas reißen ließe. In Halbleiter und Photolithografie sind diese thermische Stabilität in Kombination mit Transmission im tiefen UV meist der Grund, Quarz zu spezifizieren statt eines billigeren optischen Glases.
Anforderungen speziell für Halbleiter und Photolithografie
In Halbleiter und Photolithografie bedeutet das eine konkrete Anforderungsliste und nicht eine allgemeine Vorliebe für Qualität. In einem Fab ist eine optische Komponente ebenso sehr ein Kontaminationsrisiko wie ein optisches Teil. Quarzfenster, Wafer und Inspektionsoptiken müssen aus qualifiziertem Material mit kontrolliertem Metallgehalt gefertigt, nach Partikelspezifikationen gereinigt und so dokumentiert sein, dass sie ein Audit überstehen. Transmission im tiefen Ultraviolett und Homogenität bestimmen die optische Leistung.
- Transmission im tiefen UV bei kontrolliertem OH-Gehalt
- Partikelreinheit gemessen pro Flächeneinheit
- Homogenität und geringe Doppelbrechung
- Vollständige Materialrückverfolgbarkeit einschließlich Metallgehalt
SEMI-Standards für Waferhandling und Reinheit, ISO 10110 für optische Zeichnungen und fab-spezifische Materialspezifikationen.
Auswahldaten auf einen Blick
| Parameter | Typischer Wert | Hinweise |
|---|---|---|
| Transmissionsband | 185 - 2500 nm (Quarzglas) | Tiefes UV bis nahes IR |
| Brechungsindex | 1.458 (Quarzglas) | Niedrig und sehr gleichmäßig |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | Thermoschockbeständig |
| OH-Gehalt | < 10 ppm niedrig-OH, > 200 ppm hoch-OH | Ausgewählt nach UV- oder IR-Einsatz |
| Doppelbrechung | < 5 nm/cm (geschmolzen) | Kristalliner Quarz ist von Natur aus anisotrop |
| Ebenheit | λ/4 bis λ/10 | Quarzwafer bis λ/20 |
| Kratzer-Grübchen | 40-20 Standard, 20-10 Präzision | ISO 10110-7 |
| Dickenbereich | 0.1 - 30 mm | Wafer ab 0.1 mm |
| Kantenbearbeitung | geschliffen, gefast oder feingeläppt | Ausbrüche ≤ 0.05 mm |
Häufig gestellte Fragen
Liefern Sie auch Quarzwafer und nicht nur Fenster?
Ja, ab 0.1 mm aufwärts, mit kontrollierter Gesamtdickenabweichung und Verzug für die Vakuumspanner-Prozessierung und mit Kantenprofilen, die für automatisierte Handhabungsgeräte gewählt sind.
Wann sollte ich Quarz statt optischen Glas wählen?
Wenn das Bauteil unter etwa 300 nm transmittieren, einen schnellen Temperaturzyklus überstehen oder hoher Laserenergie widerstehen muss. Für Fenster und Filter im sichtbaren Licht erfüllt Borosilikat oder B270 dieselbe Funktion zu einem Bruchteil der Kosten.
Was ist der Unterschied zwischen Quarzglas mit niedrigem und hohem OH-Gehalt?
Material mit niedrigem OH-Gehalt hat einen minimalen Hydroxylanteil und transmittiert weiter ins Infrarot. Material mit hohem OH-Gehalt enthält einige hundert Teile pro Million Hydroxyl, was die Transmission im tiefen UV und den Widerstand gegen Solarisation verbessert.
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