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熔融石英 / 石英晶圆

100–300mm 熔融石英晶圆:热膨胀系数典型值 0.55×10⁻⁶/K,185nm 深紫外透射率 > 90%,提供 UV 级、IR 级与合成石英三种牌号,适合光掩模与深紫外光学。

产品介绍

熔融石英(Fused Silica)是以高纯硅质原料熔制而成的非晶态二氧化硅(SiO₂),与晶体石英(单晶石英)不同,其内部无晶界、各向同性,因此具有极低的热膨胀系数、宽透射窗口和很高的化学纯度,是光掩模基板与深紫外(DUV)光学元件的常用材料。

我们供应 UV 级、IR 级与合成熔融石英三种牌号,直径覆盖 100/150/200/300mm,厚度 200–1100μm(可定制),表面可选单/双面抛光与 CMP,工艺沿用半导体晶圆的研磨、抛光、减薄与切割流程,适合掩模制版、光学窗口与 MEMS 基底等应用。

  • 热膨胀系数典型值 0.55×10⁻⁶/K(20–300°C),接近零膨胀,利于尺寸稳定;
  • UV 级 185nm 透射率 > 90%,合成石英 193nm 内透射 > 99.7%/cm;
  • 表面粗糙度 RMS < 0.5nm(标准)/ < 0.3nm(精密),CMP 可达更低;
  • TTV 标准 ≤ 3μm、精密 ≤ 1μm;Bow ≤ 20μm、Warp ≤ 25μm;
  • 金属杂质 < 1ppm,羟基含量分档(UV 级约 1200ppm、IR 级 < 10ppm);
  • 表面质量可达 S/D 40/20(MIL-PRF-13830B)或更优。
洁净台上高透明的熔融石英晶圆

熔融石英晶圆:宽透射窗口与近零热膨胀

应用场景

光掩模基板

低热膨胀(0.55×10⁻⁶/K)与 193nm 高透射使熔融石英成为光掩模版的标准基板材料,配套掩模可参见光刻掩模版。

深紫外光学

高激光损伤阈值,用于 193nm/248nm 准分子激光光学元件与窗口,相关光刻应用见光刻工艺。

精密光学与计量

折射率 n₅₈₉ = 1.4585、光谱平坦,适合反射镜、窗口与干涉仪等对热稳定性要求高的元件。

生物 MEMS 与微流控

低自发荧光与高化学纯度,适合荧光检测类生物芯片与微流控通道,见MEMS 与传感器应用。

光纤与通信器件

低 OH 牌号金属杂质 < 1ppm,用于低损耗光纤耦合件与精密插芯基板。

电容式 MEMS

介电常数 3.8(1MHz)且介质损耗低,可作为射频与传感 MEMS 的绝缘基板。

能力介绍

  • 双面抛光与 CMP:TTV ≤ 3μm(可选 ≤ 1μm)、RMS < 0.5nm(CMP < 0.3nm);
  • 减薄:可加工至 100μm–1000μm,配应力释放工艺保证搬运与键合可靠性;
  • 切割:激光或刀轮划切,边缘崩边小、良率高,适合芯片级分离;
  • 镀膜配套:可衔接薄膜沉积做光学/导电镀层,或制作掩模版;
  • 检测:分光光度计(185–2500nm)、AFM、白光干涉测 TTV/平整度、FTIR 测羟基、XRF 测纯度。
洁净环境中检测的玻璃与石英类衬底

石英/玻璃衬底共用半导体级抛光和检测流程

石英与玻璃衬底配套供应

除熔融石英外,可提供Borofloat 33 硼硅玻璃、玻璃面板等玻璃衬底系列,材料物性对比可参考材料特性指南,按透射窗口、热膨胀与成本综合选型。

参数规格

三种牌号对比

牌号关键透射羟基含量金属杂质典型用途
UV 级(JGS1)185nm > 90%约 1200ppm< 1ppm紫外光学、光掩模
IR 级(JGS3)2.7μm > 85%< 10ppm10–50ppm红外光学、工艺腔视窗
合成熔融石英193nm > 99.7%/cm800–1200ppm< 0.1ppm深紫外光刻、准分子激光

通用规格(物性为典型值,随批次波动)

参数项典型规格备注
直径100mm / 150mm / 200mm / 300mm—
厚度200–1100μm,容差 ±10μm可定制
热膨胀系数0.55×10⁻⁶/K(20–300°C)近零膨胀
折射率n₅₈₉ = 1.4585—
介电常数3.8(1MHz)—
软化点约 1600°C(合成石英)—
密度2.20 g/cm³—
表面粗糙度RMS < 0.5nm(标准)/ < 0.3nm(精密)—
TTV / Bow / WarpTTV ≤ 3μm;Bow ≤ 20μm、Warp ≤ 25μm精密级 TTV ≤ 1μm

设备与工艺装备

熔融石英衬底沿用半导体级加工与检测装备,主要设备类别与用途如下:

设备类别典型配置用途
切割设备多线切割 / 激光划切晶棒或板材切为晶圆,控制翘曲与崩边
研磨 / 抛光机双面研磨 + 单/双面 CMP获得低 TTV、低粗糙度镜面
减薄机磨削 + 应力释放减薄至目标厚度并降低残余应力
清洗线RCA / 兆声波清洗去除颗粒与金属污染
分光光度计UV-Vis-NIR(185–2500nm)验证深紫外至近红外的透射率
AFM / 白光干涉仪粗糙度与面形测量测量 RMS、TTV、Bow/Warp
FTIR / XRF红外光谱与 X 射线荧光检测羟基含量与金属杂质

实际案例

掩模版

深紫外掩模基板供应

某制版单位需要 6 英寸合成石英基板,要求 193nm 高透射与低粗糙度以控制图形缺陷。

结果:以合成熔融石英基板供货,随批提供透射率、AFM 粗糙度与 TTV 数据,满足掩模制版要求。

光学元件

准分子激光窗口定制

某光学团队需要低吸收、高激光损伤阈值的紫外窗口片,对羟基含量与杂质水平有要求。

结果:采用 UV 级熔融石英并按尺寸减薄抛光,提供透射谱与纯度检测数据。

科研微流控

生物芯片基底小批量供货

某课题组需要低自发荧光的石英基底用于荧光检测,单片起订并要求洁净包装。

结果:小批量交付洁净度受控的熔融石英片,满足科研验收与报销流程。

常见问题

熔融石英和单晶石英有什么区别?
熔融石英是非晶态 SiO₂,各向同性、无晶界,透射窗口宽、热膨胀极低,适合光学与掩模;单晶石英是晶体态 α-SiO₂,具有压电性,多用于频率器件。两者可见单晶石英晶圆页面作对比。
UV 级、IR 级、合成石英怎么选?
看工作波段与纯度要求:紫外光学与光掩模选 UV 级或合成石英;红外与工艺视窗选低羟基的 IR 级。合成石英羟基与金属杂质最低、深紫外内透射最高,适合对吸收与缺陷敏感的场景。
表中热膨胀、折射率等数据是保证值吗?
不是。CTE、折射率、介电常数、密度等为公认典型值,随批次与牌号波动,仅用于选型参考;实际供货指标以订单确认的规格与随片检测数据为准。
可以定制厚度与减薄吗?
可以。厚度在 200–1100μm 范围可定制,需要更薄的可走减薄工艺(配应力释放),具体下限与公差请与工程师确认。
能做镀膜或图形化吗?
可以。可衔接薄膜沉积做光学或导电镀层,也可通过光刻工艺做图形化,按需求组合工序。
随片提供哪些检测数据?
常提供透射率、AFM 粗糙度、TTV/Bow/Warp 与纯度数据,羟基含量可用 FTIR 验证,具体按规格确认。
为什么熔融石英适合做光掩模基板?
其热膨胀系数典型值仅 0.55×10⁻⁶/K,接近零膨胀、尺寸稳定,且合成石英 193nm 内透射率 > 99.7%/cm,深紫外透过高,是光掩模版的标准基板材料。
表面粗糙度和纯度能做到什么水平?
标准 RMS < 0.5nm、精密 < 0.3nm,CMP 可更低;金属杂质 < 1ppm,UV 级羟基约 1200ppm、IR 级 < 10ppm,羟基可用 FTIR 验证。
熔融石英和 Borofloat 33 这类玻璃衬底怎么选?
看重深紫外透过与近零膨胀选熔融石英;一般光学观察、与硅键合或走面板线可选 Borofloat 33 或玻璃面板,建议结合透射窗口、热膨胀与成本综合选型。
除了掩模版,熔融石英还能用在哪?
还可用于 193nm/248nm 深紫外光学与激光窗口、精密光学与计量、低自发荧光生物芯片与微流控、光纤耦合件,以及射频与传感 MEMS 的绝缘基板。

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