研究室では正しく測定されながら実使用で故障する部品は、ほぼ例外なく製造上の欠陥ではなく認定の不備である。本稿では、半導体およびフォトリソグラフィ向けに光学ガラス材料がどのように検査・認定されるか、適用される規格、実際の弱点を明らかにする試験、および出荷時に同梱すべき文書を解説する。
半導体およびフォトリソグラフィにおける光学ガラス材料
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。
規格・文書・トレーサビリティ
光学ガラスは、材料レベルではISO 12123およびメーカー独自の呼称体系により、図面レベルではISO 10110により標準化されている。環境および安全要求はRoHSおよびREACH宣言を通じてもたらされ、セクター固有のプログラムは市場に応じてISO 9001、IATF 16949、またはISO 13485を追加する。部品が食品、医療組織、または飲用水に接触する場合、追加の移行および生体適合性試験が適用される可能性がある。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、購入者はガラスだけでなく全材料構成表を網羅する材料宣言をますます求めており、これはコーティング材料および組立時に使用される接着剤も宣言する必要があることを意味する。
一般的な故障モードとその発生形態
材料関連の故障は4つのテーマに集中する。熱衝撃は、部品にかかる温度勾配が材料の許容を超えたときにそれを割る。これが低膨張グレードが存在する理由である。反りは、コーティングまたは接合工程の後に現れる。コーティング応力または接着剤の硬化が、その厚みにおけるシートの剛性を超えるためである。表面曇りや染色は、湿潤、包装紙、または洗浄薬品がガラス自体を侵すときに現れ、これは軟らかいアルカリ含有グレードに特有の問題である。光学故障—波長が移動したフィルタ、または焦点が合わない画像—は、通常、サプライチェーンのどこかでわずかに異なるグレードに置き換えられた基板に起因する。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、材料を標準呼称で指定し証明書を要求することは、まさにその置き換えを防ぐ。
取扱い・洗浄・包装
ガラスは極めて高い理論強度と、それよりはるかに低い実用強度をもつ脆い材料である。なぜなら、すべての切断エッジとすべての表面傷が応力集中部となるからである。1 mm未満の薄板は自重で反り、平坦に支持されなければならない；0.3 mm未満の極薄材は通常キャリア上で供給・加工される。保管も重要である：湿潤な部屋に放置されたシートは表面曇りを生じ得、また挟み込まれない限り積み重ねたシートは互いに擦り減る。コーティング部品については、規則は絶対である—コーティング面に決して触れてはならず、2つのコーティング面を互いに積み重ねてはならない。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、取扱い仕様は明示的に文書化する価値がある。包装基準と組立時に許可される洗浄薬品を含めて。なぜなら納品後に発生する損傷は通常、サプライヤーではなく顧客の工程によるものだからである。
検査と測定
入荷時の材料検査は、出荷後の手直しよりも安価である。ガラスロットは、屈折率、少なくとも証明書値、シート全体の厚みとTTV、反り、および可視欠陥クラスについて検証されるべきである。部品が結像経路やレーザー経路で使用される場合、同じロットの証明用サンプルに対する干渉検査は、100個の部品がそこから切り出される前に不均質性を捕捉する。加工後、同じ測定が完成品に対して、表面品質とコーティング性能を加えて繰り返される。半導体およびフォトリソグラフィにおいて、最も重要な出荷文書はトレーサビリティである：部品の裏にある溶解バッチまたはロット番号。これにより、数ヶ月後に欠陥が現れた場合でも、同じ期間に生産されたすべてを回収することなく影響を受けたロットを特定できる。
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
| 材料 | 屈折率 (nd) | 主な用途 | 備考 |
|---|---|---|---|
| B270 / ソーダ石灰ガラス | 1.523 | カバーガラス、フィルタ、照明 | 最も低コスト、研磨が早い |
| BK7 (N-BK7) | 1.517 | 一般的な光学部品、窓 | 優れた均質性、気泡が少ない |
| ホウケイ酸ガラス 3.3 | 1.471 | 耐熱窓、薄板ガラス | CTE 3.3 ppm/K |
| Eagle XG | 1.510 | ディスプレイ、薄板光学部品 | 無アルカリ、反りが極めて小さい |
| 溶融石英 / 石英 | 1.458 | UV、レーザー、高温 | 深紫外透過、高損傷閾値 |
| サファイア | 1.768 | 耐擦傷窓、IR | モース硬度9、異方性加工 |
| ブルーガラス (BG-type) | 1.52 - 1.55 | カメラ用IRカット | 吸収型NIR、色補正 |
| ガラスウェハ | varies | センサー、パッケージング | 0.1 - 1 mm、低TTV |
よくある質問
シート在庫の厚み公差の標準はどの程度ですか？
標準的な商業シートは厚みに対して通常±0.1 mmである。精密研削・研磨された在庫は±0.02 mm以下に保持され、ガラスウェハは指定された場合、数マイクロメートルの厚み変動（TTV）に収まる。
B270をBK7の代わりに使えますか？
光学設計を確認した後でのみ可能である。それらの屈折率は、コーティングの実効中心波長を移動させ、レンズの焦点を変化させるほどに異なる。置き換えはカバーガラスや機械的窓には適しているが、フィルタ端や結像要素にとっては、設計が再最適化されない限り良くない考えである。
はんだ付けやオートクレーブ処理される部品にはどの材料を使用すべきですか？
ホウケイ酸ガラス3.3、Eagle XG、または溶融石英などの低熱膨張基板である。回避しようとしている故障は熱衝撃と工程後の反りであり、どちらも強度よりも熱膨張係数によって駆動される。