半導体およびフォトリソグラフィにおける要件は変化してきた—より薄い部品、より広い帯域、より過酷な環境—そしてその変化は光学ガラスの冷間加工サプライヤーに求められる品質を変えている。本稿では、需要の方向性、それが仕様に意味する内容、および設計が単一の工程に縛られないよう調達を構成する方法を検討する。
半導体およびフォトリソグラフィにおける光学ガラスの冷間加工
半導体およびフォトリソグラフィにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。ファブの内部では、光学部品は光学部品であると同時に汚染リスクである。石英窓、ウェハ、および検査光学は、制御された金属含有量をもつ認定材料から作られ、粒子仕様に洗浄され、監査を生存できる十分な文書化がなされなければならない。深紫外透過および均質性が光学性能を決定する。
コストを下げる設計ルール
ガラスの挙動を尊重する図面は、より安価でより早く出荷される。穴をエッジから少なくとも1厚み、互いに少なくとも2厚み離す；ガラスは2つの穴間の薄いウェブを許容しない。鋭い内角を少なくとも0.5 mmの半径に置き換える。なぜなら鋭い角は割れの起点だからである。アスペクト比を尊重する—5 mmのガラスにおける1 mmの穴は実用的だが、20 mmのガラスにおける1 mmの穴は超音波またはレーザー穴あけなしでは実用的でない。面取りを指定し、工場に任せてはならない；指定されていないエッジは、操作者が通常と考えるものになる。半導体およびフォトリソグラフィについては、基準面も明記する：どの面が光学面であり、どの基準（データム）が外形を設定し、コーティングパターンが機械加工特徴に位置合わせされなければならないかどうか。すべての初回納品の問い合わせの半分は、不可能な公差ではなく曖昧なデータムに起因する。
規格・文書・トレーサビリティ
購入者は、部品だけでなく文書の履歴をますます必要としている。ISO 10110は、表面形状、芯出し、および表面欠陥を含む光学要素の図面規約を統制し、ISO 12123は原料光学ガラス仕様をカバーする。MIL-PRF-13830Bは北米における共通のスクラッチ・ディグの言語であり続ける。環境コンプライアンスはRoHSおよびREACH宣言を通じて処理され、自動車および医療プログラムはセクターに応じてIATF 16949、ISO 13485、またはISO 9001を追加する。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、実際にリリースをゲートする規格は通常、顧客固有のものである：平方センチメートルあたりの粒子数で測定される清浄度仕様、ガラス溶解に遡るトレーサビリティ要件、または定義された形式の初回納品検査報告書。最初の部品が切り出される前にこれらを確認する。なぜなら完成したロットへのトレーサビリティの後付けは不可能だからである。
コストと納期を左右する要因
冷間加工のコストは3つの要素によって駆動される：除去しなければならない材料量、公差の厳しさ、およびセットアップを共有する部品数である。材料はサファイア、石英、および大型ブランクで支配的である。公差は、仕上げ工程を強いるたびに支配的となる—60-40から20-10のスクラッチ・ディグへの移行は研磨労力を約2倍にし、単点ダイヤモンド旋削は全く異なるコストクラスである。ロットサイズは償却を決定する：数百ドルする治具は5000個の部品では無関係であり、5個では決定的である。しかし、購入が最も安い部品が所有が最も安いことはほとんどない。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、一貫したエッジと文書化されたコーティング曲線をもって到着する部品は、入荷検査ステーションを排除し、その節約は通常2つの見積もり間の価格差を超える。
光学ガラスの冷間加工が実際にどのように機能するか
冷間加工は、室温で行われるすべての成形工程を網羅する：シートからのブランク切断、外形の生成、寸法への研削、光学品質へのラップおよび研磨、そして面取り、穴あけ、チャンファリング、洗浄。熱成形とは異なり、部品に熱サイクルは加えられないため、基板はガラスメーカーが証明した光学均質性を保持する。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、実用的な帰結は、ガラスサプライヤーの屈折率、透過率、CTEの値が製造を通じて不変であるということである。冷間加工は通常、波長の数分の1まで平坦でなければならない、機能的なコーティングを担う、または数百分の1 mmより厳しい寸法公差を保持しなければならない部品への唯一のルートである。また、それはスケールするルートでもある：1つの試作を切り出すのと同じダイヤモンド工具とCNCプログラムが、1万個の注文を処理する。これが、ほとんどのカスタム光学プログラムがモールド品ではなく機械加工サンプルから始まる理由である。
半導体およびフォトリソグラフィに特有の要件
半導体およびフォトリソグラフィにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。ファブの内部では、光学部品は光学部品であると同時に汚染リスクである。石英窓、ウェハ、および検査光学は、制御された金属含有量をもつ認定材料から作られ、粒子仕様に洗浄され、監査を生存できる十分な文書化がなされなければならない。深紫外透過および均質性が光学性能を決定する。
- 制御されたOH含有量をもつ深紫外透過
- 単位面積あたりで測定される粒子清浄度
- 均質性および低複屈折
- 金属含有量を含む完全な材料トレーサビリティ
ウェハ取扱いおよび清浄度のSEMI規格、光学図面のISO 10110、およびファブ固有の材料仕様。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準能力 | 備考 |
|---|---|---|
| 切断公差 | 標準±0.02 mm、CNCで±0.01 mm | ダイヤモンドブレードまたはスクライブ＆ブレイク |
| 厚み範囲 | 0.05 - 25 mm | 0.3 mm未満はキャリア治具が必要 |
| エッジ面取り | 0.1 - 0.3 mm x 45度 | エッジ欠けを0.05 mm以下に保持 |
| 平面度 | 633 nmでのλ/4からλ/10 | 溶融石英へのピッチポリシング |
| 平行度 | ≤ 10 arcsec | 両面研磨 |
| 表面粗さ | 研磨面でRa ≤ 1 nm | Ra 0.3 nmまで達成可能 |
| スクラッチ・ディグ | 40-20 から 60-40 | MIL-PRF-13830B / ISO 10110-7 |
| 最小穴 | 0.5 mm ダイヤモンド、0.1 mm 超音波またはレーザー | アスペクト比最大5:1 |
| 試作納期 | 5 - 10 営業日 | 量産は15 - 25日 |
よくある質問
試作から量産への最速のルートは何ですか？
図面とアプリケーションを送信し、初回納品をモールド品や鋳造品ではなく機械加工サンプルとして実行する。機械加工サンプルは低コストで公差とコーティングを証明し、同じCNCプログラムがその後、再設計なしで量産にスケールする。
冷間加工はガラスに対して現実的にどの公差を保持できますか？
寸法公差は標準として±0.05 mm程度に収まり、CNC仕上げで±0.01 mmである。光学属性は別途示される：平面度はλ/4以上、平行度は10アーク秒未満、スクラッチ・ディグは商業的に40-20、要求に応じ20-10。実用的な限界は機械ではなく、どれだけ検査する意思があるかによって設定される。
1つの寸法を厳格化しただけなのに、なぜ部品が高くなるのですか？
単一の厳しい寸法は通常、追加の工程と追加の検査パスを強い、両方とも量に関係なく請求される。厚みを±0.1 mmから±0.02 mmに厳格化するとラップ工程が追加され得、表面品質を60-40から20-10に厳格化すると研磨時間が2倍になり得る。