কোয়ার্টজ বনাম গ্লাস অপটিক্যাল ওয়েফার: মূল পার্থক্য ব্যাখ্যা করা হয়েছে

বেশিরভাগ অপটিক্যাল ওয়েফার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, কোয়ার্টজ স্ট্যান্ডার্ড গ্লাসকে ছাড়িয়ে যায়। কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ওয়েফার অফার উচ্চতর UV ট্রান্সমিশন (150 এনএম পর্যন্ত), তাপ সম্প্রসারণের একটি নিম্ন সহগ (0.55 x 10-6/K), এবং উচ্চতর বিশুদ্ধতা , সেমিকন্ডাক্টর লিথোগ্রাফি, ডিপ-ইউভি অপটিক্স এবং নির্ভুল ফটোনিক্সে তাদের পছন্দের সাবস্ট্রেট তৈরি করে। গ্লাস ওয়েফার, তবে, একটি ব্যয়-কার্যকর এবং ব্যবহারিক পছন্দ যেখানে UV স্বচ্ছতা এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োজনীয়তা নয়।

অপটিক্যাল ওয়েফার কি

অপটিক্যাল ওয়েফার আঁটসাঁট জ্যামিতিক এবং পৃষ্ঠের সহনশীলতার জন্য তৈরি পাতলা, সমতল স্তরগুলি, অপটিক্যাল উপাদান, ফটোমাস্ক, সেন্সর এবং সমন্বিত ফটোনিক ডিভাইসগুলির ভিত্তি হিসাবে ব্যবহৃত হয়। তারা ইলেকট্রনিক-গ্রেড সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার থেকে পৃথক যে তাদের অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি, যেমন ট্রান্সমিশন, একজাতীয়তা এবং প্রতিসরাঙ্ক সূচক অভিন্নতা, তাদের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির মতোই গুরুত্বপূর্ণ।

দুটি প্রভাবশালী উপাদান পরিবার হল কোয়ার্টজ (ফিউজড সিলিকা বা স্ফটিক কোয়ার্টজ) এবং বিভিন্ন ধরনের কাচ (বোরোসিলিকেট, অ্যালুমিনোসিলিকেট এবং সোডা-লাইম)। প্রতিটি অপটিক্যাল, তাপীয় এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি স্বতন্ত্র সেট বহন করে যা একটি প্রদত্ত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য এর উপযুক্ততা নির্ধারণ করে।

কোয়ার্টজ এবং কাচের মধ্যে মূল উপাদানের পার্থক্য

কোয়ার্টজ এবং কাচের মধ্যে কাঠামোগত পার্থক্যগুলি বোঝার ফলে তারা কেন অপটিক্যাল ওয়েফার সাবস্ট্রেট হিসাবে আলাদাভাবে কাজ করে তা স্পষ্ট করে।

রচনা এবং গঠন

ফিউজড সিলিকা (অপটিক্যাল-গ্রেড কোয়ার্টজ ওয়েফারের সবচেয়ে সাধারণ রূপ) প্রায় বিশুদ্ধ সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) দ্বারা গঠিত যার অপরিষ্কার মাত্রা 1 পিপিএম-এর নিচে। ক্রিস্টালাইন কোয়ার্টজও SiO2 কিন্তু অর্ডারকৃত জালিতে। এর বিপরীতে, গ্লাস হল SiO2 এর একটি নিরাকার মিশ্রণ, যেমন বোরন অক্সাইড (B2O3), সোডিয়াম অক্সাইড (Na2O), বা অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al2O3), যা প্রক্রিয়াযোগ্যতা এবং খরচ সামঞ্জস্য করে কিন্তু অপটিক্যাল এবং থার্মাল ট্রেড-অফ চালু করে।

অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন রেঞ্জ

এটি তর্কযোগ্যভাবে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্যকারী। ফিউজড সিলিকা আনুমানিক 150 এনএম (গভীর ইউভি) থেকে 3,500 এনএম (মধ্য-ইনফ্রারেড) আলো প্রেরণ করে , বেশিরভাগ কাচের প্রকারের চেয়ে অনেক বেশি বিস্তৃত বর্ণালী উইন্ডোকে আচ্ছাদন করে। স্ট্যান্ডার্ড বোরোসিলিকেট গ্লাস সাধারণত প্রায় 300 nm থেকে 2,500 nm পর্যন্ত প্রেরণ করে, UV অঞ্চলে কেটে যায় যেখানে অনেক ফটোলিথোগ্রাফি এবং ফ্লুরোসেন্স অ্যাপ্লিকেশন কাজ করে। 193 nm ArF excimer লেজার লিথোগ্রাফি বা 248 nm KrF প্রক্রিয়ার জন্য, ফিউজড সিলিকা মূলত বাধ্যতামূলক।

তাপ সম্প্রসারণ আচরণ

সাইক্লিং অবস্থার অধীনে তাপীয় স্থিতিশীলতা নির্ধারণ করে যে একটি ওয়েফার কতটা ভালোভাবে মাত্রাগত নির্ভুলতা বজায় রাখে। ফিউজড সিলিকা আছে a আনুমানিক 0.55 x 10-6/K এর তাপ সম্প্রসারণের সহগ (CTE) , বোরোসিলিকেট গ্লাসের জন্য 3.3 x 10-6/K এবং সোডা-লাইম গ্লাসের জন্য 9 x 10-6/K পর্যন্ত। লিথোগ্রাফিক ওভারলে নির্ভুলতায়, একটি 300 মিমি ওয়েফার জুড়ে এমনকি 1 x 10-6/K এর CTE পার্থক্য শত শত ন্যানোমিটারের অবস্থানগত ত্রুটি তৈরি করতে পারে, যা উন্নত নোড তৈরিতে অগ্রহণযোগ্য।

পাশাপাশি-পাশে তুলনা: কোয়ার্টজ বনাম গ্লাস অপটিক্যাল ওয়েফার

নীচের সারণীটি ফিউজড সিলিকা (কোয়ার্টজ) বনাম বোরোসিলিকেট গ্লাসের জন্য প্রাথমিক কার্যক্ষমতার পরামিতিগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে, অনুশীলনে দুটি সর্বাধিক ব্যবহৃত অপটিক্যাল ওয়েফার উপকরণ।

যেখানে কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ওয়েফার এক্সেল

কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ওয়েফার হল ফোটোনিক এবং সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনের চাহিদার পছন্দের সাবস্ট্রেট যেখানে নির্ভুলতা এবং বর্ণালী পরিসীমার সাথে আপস করা যায় না।

ফটোলিথোগ্রাফি এবং ফটোমাস্ক সাবস্ট্রেটস

সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদনে, ফটোমাস্কগুলিকে অবশ্যই শূন্যের কাছাকাছি শোষণের সাথে এক্সপোজার তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রেরণ করতে হবে এবং তাপ চক্র জুড়ে মাত্রিক স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে হবে। ফিউজড সিলিকা 193 এনএম নিমজ্জন লিথোগ্রাফি এবং EUV-সম্পর্কিত পেলিকল এবং মাস্ক ফাঁকা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একমাত্র ব্যবহারিক উপাদান। ফিউজড সিলিকা দিয়ে তৈরি একটি 6-ইঞ্চি বর্গাকার ফটোমাস্ক খালি পুরো পৃষ্ঠ জুড়ে 500 nm এর নিচে সমতলতা বৈশিষ্ট্য পূরণ করতে হবে, একটি স্ট্যান্ডার্ড গ্লাস সাবস্ট্রেট বারবার তাপীয় এক্সপোজারের পরে নির্ভরযোগ্যভাবে অর্জন করতে পারে না।

ফ্লুরোসেন্স এবং স্পেকট্রোস্কোপি ইন্সট্রুমেন্টেশন

অনেক জৈবিক ফ্লুরোফোর এবং বিশ্লেষণাত্মক চিহ্নিতকারী 200 থেকে 280 nm UV পরিসরে উত্তেজিত। UV-Vis স্পেকট্রোস্কোপিতে ব্যবহৃত কোয়ার্টজ ফ্লো সেল, কিউভেট এবং ওয়েফার-ভিত্তিক মাইক্রোফ্লুইডিক চিপগুলির জন্য এমন সাবস্ট্রেটের প্রয়োজন হয় যা এই পরিসরে শোষণ করে না বা অটোফ্লোরোসেস করে না। 350 এনএম-এর নিচে উত্তেজিত হলে বোরোসিলিকেট গ্লাস উল্লেখযোগ্য অটোফ্লোরোসেন্স দেখায় , যা একক-অণু সনাক্তকরণ সেটআপগুলিতে পটভূমির শব্দ প্রবর্তন করে। কোয়ার্টজ এই পটভূমিকে অনেক সিস্টেমে মাত্রার ক্রম দ্বারা হ্রাস করে।

উচ্চ শক্তি লেজার অপটিক্স

ফিউজড সিলিকার একটি লেজার-প্ররোচিত ক্ষতি থ্রেশহোল্ড (LIDT) স্পন্দিত UV লেজারের জন্য কাচের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। 355 এনএম-এ ন্যানোসেকেন্ড পালস সময়কালের জন্য, ফিউজড সিলিকা LIDT মান 20 থেকে 30 J/cm2 পৌঁছতে পারে, অনেক অপটিক্যাল কাচের জন্য 5 J/cm2 এর চেয়ে কম। এটি কোয়ার্টজ ওয়েফারকে লেজার সিস্টেমে বিম-শেপিং অপটিক্স, ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং এবং ইটালনগুলির জন্য স্ট্যান্ডার্ড সাবস্ট্রেট করে তোলে।

MEMS এবং সেন্সর ফ্যাব্রিকেশন

স্ফটিক কোয়ার্টজ, ফিউজড সিলিকা থেকে আলাদা, পাইজোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে যা এটিকে অনুরণনকারী এবং টাইমিং ডিভাইস তৈরিতে অনন্যভাবে মূল্যবান করে তোলে। AT-কাট কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি ঘরের তাপমাত্রায় অংশ-প্রতি-বিলিয়ন পরিসরে ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতার সাথে অসিলেটর তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়, যা পাইজোইলেকট্রিক প্রতিক্রিয়ার অনুপস্থিতির কারণে কোনও কাচের স্তর প্রতিলিপি করতে পারে না।

যেখানে গ্লাস অপটিক্যাল ওয়েফারগুলি ভাল পছন্দ

গ্লাস ওয়েফারগুলি কেবল নিকৃষ্ট বিকল্প নয়। বেশ কয়েকটি অ্যাপ্লিকেশন বিভাগে, তারা ব্যবহারিক সুবিধাগুলি অফার করে যা তাদের আরও যুক্তিসঙ্গত পছন্দ করে।

• দৃশ্যমান-আলো প্রদর্শন এবং ইমেজিং অপটিক্স: 400 থেকে 700 এনএম দৃশ্যমান পরিসরে সম্পূর্ণরূপে কাজ করে এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, বোরোসিলিকেট গ্লাস অনেক কম সাবস্ট্রেট খরচ সহ পর্যাপ্ত সংক্রমণ সরবরাহ করে। ওয়েফার-ভিত্তিক মাইক্রো-লেন্স অ্যারে, রঙ ফিল্টার সাবস্ট্রেট এবং ডিসপ্লে প্যানেলের জন্য ব্যাকপ্লেন গ্লাস সাধারণত এই কারণে গ্লাস ব্যবহার করে।
• ভোক্তা মাইক্রোফ্লুইডিক্স এবং ল্যাব-অন-চিপ ডিভাইস: যেখানে UV এক্সপোজার কর্মপ্রবাহের অংশ নয়, কাচের মাইক্রোফ্লুইডিক চিপগুলির দাম তুলনীয় রাসায়নিক প্রতিরোধ এবং পৃষ্ঠের কার্যকারিতা বিকল্পগুলির সাথে সমতুল্য কোয়ার্টজ চিপগুলির চেয়ে 30 থেকে 50 শতাংশ কম।
• CMOS ইমেজ সেন্সর কভার গ্লাস: পাতলা বোরোসিলিকেট বা অ্যালুমিনোসিলিকেট গ্লাস ওয়েফারগুলি ইমেজ সেন্সর প্যাকেজগুলিতে প্রতিরক্ষামূলক কভার সাবস্ট্রেট হিসাবে কাজ করে, যেখানে তাদের কম খরচ এবং স্ট্যান্ডার্ড ডাইসিং এবং বন্ডিং প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যতা কোয়ার্টজের সামান্য ইউভি ট্রান্সমিশন সুবিধাকে ছাড়িয়ে যায়।
• প্রোটোটাইপ এবং কম ভলিউম অপটিক্যাল উপাদান: উন্নয়ন চালানোর জন্য যেখানে মাত্রিক সহনশীলতা মাঝারি এবং UV কার্যকারিতা পরীক্ষা করা হয় না, গ্লাস ওয়েফারগুলি ধারণার প্রমাণ-অফ-প্রমাণ যাচাইকরণের সাথে আপস না করে উপাদানের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।

সারফেস কোয়ালিটি এবং পলিশিং স্ট্যান্ডার্ড

কোয়ার্টজ এবং গ্লাস অপটিক্যাল ওয়েফার উভয়ই পৃষ্ঠের গুণমানের মান অনুযায়ী নির্দিষ্ট করা হয় যা স্ক্র্যাচ-ডিগ রেটিং, পৃষ্ঠের রুক্ষতা এবং সমতলতা নিয়ন্ত্রণ করে। যাইহোক, কোয়ার্টজ এবং গ্লাস পলিশ করার সময় ভিন্নভাবে আচরণ করে।

ফিউজড সিলিকা, এর কঠোরতার (নূপ হার্ডনেস প্রায় 615 kg/mm2) কারণে, ফটোমাস্ক এবং নির্ভুল ইটালন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় সাব-অ্যাংস্ট্রম পৃষ্ঠের রুক্ষতা মান (Ra 0.5 nm-এর কম) পৌঁছানোর জন্য দীর্ঘ পলিশিং চক্রের প্রয়োজন। কাচ, নরম হওয়ার কারণে, তুলনামূলক রুক্ষতার মান দ্রুত পৌঁছাতে পারে কিন্তু ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম পরামিতিগুলি যত্ন সহকারে নিয়ন্ত্রিত না হলে ল্যাপিংয়ের সময় পৃষ্ঠের ক্ষতির প্রবণতা বেশি।

স্ক্র্যাচ-ডিগ স্পেসিফিকেশন 10-5 বা আরও ভাল উভয় উপকরণেই অর্জনযোগ্য নিয়ন্ত্রিত অবস্থার অধীনে, কিন্তু ডাইসিং, পরিষ্কার এবং আবরণ পদক্ষেপের মাধ্যমে এই গুণমান বজায় রাখা সাধারণত কোয়ার্টজের সাথে এর বৃহত্তর কঠোরতা এবং রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তার কারণে আরও নির্ভরযোগ্য।

রাসায়নিক সামঞ্জস্য এবং ক্লিনরুম প্রক্রিয়াকরণ

সেমিকন্ডাক্টর ক্লিনরুম পরিবেশে, ভেজা রাসায়নিক, প্লাজমা প্রক্রিয়া এবং উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যানিলিং পদক্ষেপগুলির সাথে সাবস্ট্রেট সামঞ্জস্যপূর্ণ।

ফিউজড সিলিকা হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড এবং গরম ফসফরিক অ্যাসিড ব্যতীত প্রায় সমস্ত অ্যাসিডের প্রতিরোধী, এবং এটি বিকৃতি ছাড়াই প্রায় 1,100 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপ প্রক্রিয়ায় বেঁচে থাকে। কাচের ওয়েফারগুলি, গঠনের উপর নির্ভর করে, কিছু ভেজা রাসায়নিক অবস্থার অধীনে ক্ষার আয়নগুলিকে লিচ করতে পারে, প্রক্রিয়া স্নানকে দূষিত করতে পারে বা ডিভাইসের কাঠামোর কাছে অবাঞ্ছিত ডোপান্ট প্রজাতির প্রবর্তন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, সোডা-লাইম গ্লাস গরম ক্ষারীয় দ্রবণে সোডিয়াম আয়ন প্রকাশ করে, যা স্ট্যান্ডার্ড CMOS পরিষ্কারের প্রক্রিয়াগুলির সাথে বেমানান।

বোরোসিলিকেট গ্লাস সোডা-লাইম গ্লাসের তুলনায় যথেষ্ট ভাল রাসায়নিক প্রতিরোধের প্রস্তাব দেয় এবং কিছু MEMS এবং মাইক্রোফ্লুইডিক্স অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়, তবে এটি এখনও উচ্চ-তাপমাত্রা বা গভীর UV ফোটন-এক্সপোজার পরিবেশে ফিউজড সিলিকার সাথে মেলে না।

আপনার অপটিক্যাল ওয়েফার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য কোয়ার্টজ এবং গ্লাসের মধ্যে কীভাবে চয়ন করবেন

সঠিক সাবস্ট্রেট নির্বাচন করা উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রয়োগের প্রয়োজনীয়তার সাথে মেলে। নিম্নলিখিত সিদ্ধান্তের মানদণ্ড পছন্দটি সংকীর্ণ করতে সহায়তা করে:

1. প্রথমে আপনার তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা পরীক্ষা করুন। আপনার প্রক্রিয়ার কোনো অংশ 300 এনএম-এর নিচে কাজ করলে কোয়ার্টজ (ফিউজড সিলিকা) প্রয়োজন। কোন গ্লাস সাবস্ট্রেট এই পরিসরে নির্ভরযোগ্য UV ট্রান্সমিশন প্রদান করে না।
2. তাপ সাইক্লিং চাহিদা মূল্যায়ন. যদি আপনার ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণ বা অপারেশনের সময় 50 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের বেশি তাপমাত্রার পরিবর্তন অনুভব করে, তবে ফিউজড সিলিকার 6x কম CTE তাপীয়ভাবে প্ররোচিত মাত্রিক ত্রুটিগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।
3. রাসায়নিক এক্সপোজার অবস্থার মূল্যায়ন. যদি সাবস্ট্রেটটি ক্ষারীয় দ্রবণ, এইচএফ, বা উচ্চ-তাপমাত্রার অ্যাসিডের সাথে 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে প্রক্রিয়া তাপমাত্রায় যোগাযোগ করে, কোয়ার্টজ উচ্চতর প্রতিরোধ এবং আয়ন পরিচ্ছন্নতা প্রদান করে।
4. আয়তনের বিপরীতে বাজেট বিবেচনা করুন। অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যেখানে কাচ প্রযুক্তিগতভাবে যথেষ্ট, খরচ সঞ্চয় 40 থেকে 70 শতাংশ প্রতি ওয়েফার হতে পারে। উচ্চ-ভলিউম দৃশ্যমান-তরঙ্গদৈর্ঘ্য সেন্সর বা ডিসপ্লে-সম্পর্কিত সাবস্ট্রেটগুলির জন্য, গ্লাস একটি বাস্তব প্রকৌশল পছন্দের প্রতিনিধিত্ব করে।
5. প্রয়োজন হলে পাইজোইলেকট্রিসিটির ফ্যাক্টর। শুধুমাত্র স্ফটিক কোয়ার্টজ অনুরণক, অসিলেটর এবং নির্দিষ্ট MEMS ট্রান্সডুসারের জন্য প্রয়োজনীয় পাইজোইলেকট্রিক প্রতিক্রিয়া প্রদান করে। ফিউজড সিলিকা বা কাচ এই সম্পত্তিটি অফার করে না।

উপসংহার

কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ওয়েফারগুলি বেশিরভাগ দাবি করা অপটিক্যাল এবং ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে প্রযুক্তিগতভাবে উচ্চতর স্তর। , বিশেষ করে যেখানেই UV স্বচ্ছতা, তাপমাত্রিক স্থিতিশীলতা, উচ্চ লেজারের ক্ষতির থ্রেশহোল্ড বা রাসায়নিক বিশুদ্ধতা আলোচনার অযোগ্য। গ্লাস অপটিক্যাল ওয়েফারগুলি দৃশ্যমান-তরঙ্গদৈর্ঘ্য, ব্যয়-সংবেদনশীল, বা নিম্ন-নির্ভুলতা অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি সু-ন্যায়সঙ্গত পছন্দ হিসাবে রয়ে গেছে যেখানে তাদের কার্যকারিতা বৈশিষ্ট্যগুলি সম্পূর্ণরূপে পর্যাপ্ত। কোন উপাদানটি সর্বজনীনভাবে ভাল তা নিয়ে সিদ্ধান্ত নেওয়া হয় না, তবে কোন বৈশিষ্ট্যগুলি হাতের কাছে থাকা অ্যাপ্লিকেশনটির নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তার সাথে সারিবদ্ধ হয়৷