石英与水晶玻璃在半导体与光刻中的规格设定，很大程度上取决于先确定真正决定应用的三个关键数值，其余参数再据此推导。本指南梳理图纸上必须标注的参数、确实会影响价格的公差，以及那些经常被遗漏、直到首件评审时才被反复争论的规格项。
半导体与光刻中的光学石英与水晶玻璃
在半导体与光刻中，这转化为一组明确的要求，而非泛泛的质量偏好。在晶圆厂内，光学元件既是光学件，也是污染源。石英视窗、晶圆与检测光学件须由受控金属含量的合格材料制成，按颗粒规范清洗，并留有足可追溯以经受审计的文件。深紫外透过率与均匀性决定光学性能。
真正关键的公差异
石英零件的标注方式与其他光学元件相同，但有几项公差值得特别注意。平面度与透射波前在规定的波长下测量，由于石英刚性强、膨胀低，高平面度是真实可实现的，而非名义值。双折射对熔融件以纳米每厘米标注，且是结晶材料的固有属性；若应用对偏振敏感，该数值应出现在图纸上。对于晶圆，除光学面形外，总厚度偏差与翘曲同样关键，因为零件可能在真空吸盘上加工，其平面度由机械方式保证。表面质量以划痕-麻点标注，边缘处理以崩边尺寸标注。在半导体与光刻中，值得说明表面面形是在温度下还是仅在室温下必须保持。
降低成本的设计规范
石英设计意味着发挥其特性而不重复付出代价。在确有紫外透射、低膨胀或高损伤阈值需求处使用它，其余处用普通光学玻璃；石英窗口配硼硅酸盐安装环的混合组件必须考虑膨胀失配，即便石英本身几乎不动，该失配仍很显著。边缘保持倒角，避免直接夹持光学面。除非有安装支撑，不要同时指定极薄零件与极紧的平面度。偏振工作须在图纸上标明光轴取向。在半导体与光刻中，首切前的简短设计评审通常能彻底去掉一项紧公差，这是最廉价的改型。
镀膜与沉积考量
石英镀膜意味着要控制应力与洁净度。其低膨胀特性意味着基材不会释放致密氧化物叠层引入的应力，因此在薄件上镀膜可能使窗口明显弓曲；有时需要采用在背面加应力补偿层的平衡设计。石英吸附并保持污染物的方式不同于软玻璃，因此镀前清洗时间更长，通常包含紫外-臭氧或等离子步骤。对于激光零件，镀膜吸收与激光损伤阈值主导技术要求，且镀膜必须在工作波长与脉冲宽度下评估，而非取方便测量的宽频平均。在半导体与光刻中，坚硬、低吸收的镀膜结合倒角、精研磨的边缘，正是石英窗口同时承受光通量与热循环的原因。
石英与水晶玻璃的实际工作原理
石英与水晶玻璃涵盖两种相关但不同的材料。熔融石英是合成的、非晶态二氧化硅，由熔融或化学气相沉积制成，凡是零件需在约 250 nm 以下工作、承受高激光能量或耐受温度剧变时，它都是首选材料。水晶是天然或人工生长的晶体，因其压电特性而受重视，常用于频率控制、偏振光学以及需要其特定旋光性的场合。二者均具有极低的热膨胀系数，约为钠钙玻璃的十七分之一，这正是石英窗口能承受会使普通玻璃开裂的温度梯度的原因。在半导体与光刻中，这种热稳定性叠加深紫外透射，通常正是选用石英而非更廉价光学玻璃的理由。
半导体与光刻的特定要求
在半导体与光刻中，这转化为一组明确的要求，而非泛泛的质量偏好。在晶圆厂内，光学元件既是光学件，也是污染源。石英视窗、晶圆与检测光学件须由受控金属含量的合格材料制成，按颗粒规范清洗，并留有足可追溯以经受审计的文件。深紫外透过率与均匀性决定光学性能。
- 受控 OH 含量的深紫外透过
- 按单位面积计量的颗粒洁净度
- 均匀性与低双折射
- 含金属含量的完整材料可追溯性
SEMI 晶圆搬运与洁净度标准，ISO 10110 光学图纸，以及晶圆厂特定材料规范。
选型数据一览
| 参数 | 典型值 | 备注 |
|---|---|---|
| 透射波段 | 185 - 2500 nm（熔融石英） | 深紫外至近红外 |
| 折射率 | 1.458（熔融石英） | 低且高度均匀 |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | 耐热冲击 |
| 羟基含量 | < 10 ppm 低羟基，> 200 ppm 高羟基 | 按紫外或红外用途选择 |
| 双折射 | < 5 nm/cm（熔融） | 水晶（结晶石英）本身具有各向异性 |
| 平面度 | λ/4 至 λ/10 | 石英晶圆可达 λ/20 |
| 划痕-麻点 | 40-20 标准，20-10 精密 | ISO 10110-7 |
| 厚度范围 | 0.1 - 30 mm | 晶圆最薄 0.1 mm |
| 边缘处理 | 研磨、倒角或精研磨 | 崩边 ≤ 0.05 mm |
常见问题
你们是否既供石英窗口也供石英晶圆？
是的，厚度从 0.1 mm 起，总厚度偏差与翘曲为真空吸盘加工而受控，边缘轮廓按自动化操作设备选择。
何时应选用石英而非光学玻璃？
当零件须在约 300 nm 以下透射、承受快速热循环或耐受高激光能量时。对于可见光窗口与滤光片，硼硅酸盐或 B270 以极低代价实现相同功能。
低羟基与高羟基熔融石英有何区别？
低羟基材料羟基含量极低，可透射至更远的红外。高羟基材料含数百 ppm 的羟基，可改善深紫外透射并提升抗辐照着色能力。