แปลนกระจกควอตซ์ใสทนอุณหภูมิสูงแบบกำหนดเองสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ขั้นตอนการผลิตแปลนควอตซ์:

• การเลือกวัตถุดิบ: เลือกใช้ผลึกควอตซ์ธรรมชาติความบริสุทธิ์สูงหรือทรายซิลิกาสังเคราะห์เป็นวัตถุดิบเริ่มต้น โดยทั่วไปปริมาณซิลิกาจะเกิน 99.9% เพื่อให้มั่นใจในคุณสมบัติที่เหนือกว่า
• การหลอม: นำวัตถุดิบมาให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก (สูงกว่า 1700 °°C) ในเตาเผาภายใต้สภาวะสุญญากาศหรือบรรยากาศเฉื่อย (โดยทั่วไปเป็นเตาไฟฟ้าความต้านทานหรือเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้า) เพื่อหลอมให้กลายเป็นควอตซ์เหลวที่มีความหนืดและปราศจากฟองอากาศ
• การขึ้นรูป: นำควอตซ์เหลวมาขึ้นรูปเป็นแปลนโดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้:

• การพิมพ์แม่พิมพ์: เทลงในแม่พิมพ์กราไฟต์หรือเซรามิกที่มีความแม่นยำ
• การหล่อแบบเหวี่ยง: หมุนแม่พิมพ์เพื่อสร้างรูปร่างทรงกระบอกกลวง ซึ่งจะนำไปกลึงแต่งต่อไปในขั้นตอนถัดไป
• การอัดร้อน/ขั้นตอนสุดท้าย: การขึ้นรูปชิ้นงานควอตซ์ที่ถูกให้ความร้อนภายใต้แรงดันเพื่อเพิ่มความหนาแน่น และการขึ้นรูปใกล้เคียงกับรูปร่างสุดท้าย

• การอบผ่อนแรง: แผ่นฟลังจ์ที่ขึ้นรูปแล้วจะผ่านกระบวนการเย็นตัวอย่างช้าและควบคุมได้ในเตาอบผ่อนแรง ซึ่งจะช่วยลดความเครียดภายในจากความร้อน ป้องกันการแตกร้าว และรับประกันความมั่นคงของโครงสร้าง
• การกลึงความแม่นยำ: ชิ้นงานดิบที่ผ่านการอบผ่อนแรงแล้วจะถูกกลึงอย่างพิถีพิถันโดยใช้เครื่องมือเคลือบผิวด้วยเพชร ซึ่งรวมถึงการเจียร การตัด การเจาะ และการขัด เพื่อให้ได้ขนาดสุดท้าย พื้นผิวเรียบ (มักเป็นเกรดออปติคัล) ความแบนราบ และพื้นผิวปิดผนึกที่แม่นยำ (เช่น Ra < 0.4 μ มิลลิเมตร).
• การทำความสะอาดและการตรวจสอบคุณภาพ: ทำความสะอาดอย่างเข้มงวด (เช่น การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก หรือการทำความสะอาดด้วยกรด) เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อน ตรวจสอบฟลังจ์แต่ละชิ้นเรื่องมิติ ตำหนิทางสายตา (ฟองอากาศ สารเจือปน) และคุณสมบัติทางแสง วิธีขั้นสูง เช่น การตรวจด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ เพื่อตรวจสอบความเรียบและความขนาน

ข้อดีของฟลังจ์ควอตซ์:

• ความเสถียรทางความร้อนสูงมาก: สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำมาก (~5.5 x 10 ⁻⁷ /K) ทำให้มีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงได้สูง สามารถทนต่อการให้ความร้อนและทำความเย็นอย่างรวดเร็วจาก 1000 °เซลเซียส ถึงอุณหภูมิห้องโดยไม่เกิดการแตกร้าว
• ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง: สามารถทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงถึง 1100 °เซลเซียส และชั่วคราวสูงถึง 1300 °เซลเซียส โดยยังคงความแข็งแรงของโครงสร้างไว้ได้ ในขณะที่โลหะจะอ่อนตัวหรือเกิดการไหลออกตัว
• ความบริสุทธิ์ทางเคมีและความเฉื่อยสูง: ผลิตจาก SiO คุณภาพสูง จึงไม่มีรูพรุนและทนต่อการกัดกร่อนจากกรดส่วนใหญ่ ฮาโลเจน และสารเคมีรุนแรง (ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก และกรดฟอสฟอริกร้อน) ซึ่งช่วยป้องกันการปนเปื้อนในกระบวนการที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง 2 ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากกรดส่วนใหญ่ ฮาโลเจน และสารเคมีรุนแรง (ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก และกรดฟอสฟอริกร้อน) ซึ่งช่วยป้องกันการปนเปื้อนในกระบวนการที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง
• คุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม: มีความโปร่งใสสูงในช่วงสเปกตรัมกว้างตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลตถึงอินฟราเรดใกล้เคียง ทำให้สามารถตรวจสอบกระบวนการผลิตได้ด้วยตาเปล่า ส่งผ่านรังสี UV และใช้งานในแอปพลิเคชันเลเซอร์ได้
• ฉนวนไฟฟ้าที่โดดเด่น: มีความต้านทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและการนำไฟฟ้าต่ำ แม้ที่อุณหภูมิสูง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และสูญญากาศ
• ความแข็งแรงและแข็งตัวทางกลสูง: ถึงแม้จะเปราะ แต่ควอทซ์หลอมมีความต้านทานแรงอัดสูง และรักษารูปร่างไว้ได้ภายใต้การรับน้ำหนักที่อุณหภูมิสูง ซึ่งแตกต่างจากพอลิเมอร์หลายชนิด  ควอทซ์หลอมมีความต้านทานแรงอัดสูง และรักษารูปร่างไว้ได้ภายใต้การรับน้ำหนักที่อุณหภูมิสูง ซึ่งแตกต่างจากพอลิเมอร์หลายชนิด  เข้ากันได้ดีกับสภาวะสุญญากาศระดับสูงมาก: มีอัตราการซึมผ่านของก๊าซและการปล่อยก๊าซ (outgassing) ต่ำมาก เมื่ออบร้อนอย่างเหมาะสมแล้ว จะช่วยให้บรรลุและคงสภาพสุญญากาศระดับสูงมาก (UHV) ได้
• อายุการใช้งานยาวนานและความคงตัวทางมิติ: ทนต่อการผุกร่อน ไม่เสื่อมสภาพหรือเสื่อมคุณภาพภายใต้สภาวะทั่วไป และรักษามิติที่แม่นยำตลอดเวลาอันเนื่องมาจากความคงตัวของวัสดุ
• อายุการใช้งานยาวนานและความคงตัวทางมิติ: ทนต่อการผุกร่อน ไม่เสื่อมสภาพหรือเสื่อมคุณภาพภายใต้สภาวะทั่วไป และรักษามิติที่แม่นยำตลอดเวลาอันเนื่องมาจากความคงตัวของวัสดุ
• หลัก  การประยุกต์ใช้งาน: การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ (ห้องปฏิกิริยาสำหรับการกัดกร่อน การแพร่ การเคลือบด้วยไอสารเคมี/CVD/LPCVD), ไฟเบอร์ออปติก, ออปติกส์ความแม่นยำสูง, ระบบเลเซอร์, อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการและวิเคราะห์, กระจกทนความร้อนสำหรับมองเห็นในอุณหภูมิสูง, และการให้แสงพิเศษ (หลอดไฟแบบปล่อยประจุความเข้มสูง)

สาขาการใช้งานหลักและการประยุกต์ใช้แผ่นแปลนควอทซ์

ข้อต่อควอทซ์เป็นส่วนประกอบสำคัญในอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษที่รวมกันอย่างลงตัว การประยุกต์ใช้งานหลักและการใช้งานเฉพาะเจาะจงมีดังนี้

• การผลิตเซมิคอนดักเตอร์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์

• การใช้งาน: เป็นช่องมองภาพ แผ่นรองภายในห้องปฏิกรณ์ ช่องนำก๊าซ และช่องสำหรับตรวจสอบในอุปกรณ์แปรรูปเวเฟอร์
• อุปกรณ์หลัก: อุปกรณ์กัดกร่อนแบบพลาสมา, เครื่องปฏิกรณ์การสะสมไอเคมี (CVD) และ CVD ความดันต่ำ (LPCVD), เตาแพร่กระจาย และเครื่องฉีดไอออน
• เหตุผล: ความบริสุทธิ์ของวัสดุช่วยป้องกันการปนเปื้อนบนเวเฟอร์ซิลิคอน และความสามารถในการมองเห็นได้ช่วยให้สามารถตรวจสอบกระบวนการได้แบบเรียลไทม์

• อุตสาหกรรมออพติคัลและโฟโตนิกส์

• การใช้งาน: เป็นหน้าต่างปลายท่อ ที่ครอบหลอดเลเซอร์ และชิ้นส่วนยึดติด
• การประยุกต์ใช้งานหลัก: ระบบเลเซอร์กำลังสูง, ระบบออพติคัลยูวีและอินฟราเรด, เซลล์สเปกโตรโฟโตมิเตอร์, และกระจกกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ (สำหรับวัสดุพื้นฐานที่มีการขยายตัวจากความร้อนต่ำ)
• เหตุผล: มีคุณสมบัติการถ่ายโอนแสงจากยูวีถึงอินฟราเรดได้อย่างยอดเยี่ยม และเกิดการบิดเบือนจากความร้อนน้อยมากภายใต้แสงที่มีความเข้มสูง

• กระบวนการทางเคมีที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง/ความดันต่ำ

• การใช้งาน: เป็นซับในของปฏิกรณ์ กระจกส่องสำหรับของเหลวที่กัดกร่อน และชิ้นส่วนต่อเชื่อมในโรงงานต้นแบบ
• กระบวนการหลัก: การจัดการกรดบริสุทธิ์สูง ก๊าซฮาโลเจน และสารเคมีพิเศษที่อุณหภูมิสูง
• เหตุผล: มีความเฉื่อยทางเคมีสูงเยี่ยม ทำให้มั่นใจได้ถึงความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ และทนต่อการโจมตีจากกรดทุกชนิด ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก และกรดฟอสฟอริกร้อน

• ระบบไฟขั้นสูง

• การใช้งาน: เป็นเปลือกภายนอก (หลอดด้านนอก) สำหรับโคมไฟแบบปล่อยพลังงานความเข้มสูง
• ผลิตภัณฑ์หลัก: โคมไฟไส้เมอร์คิวรี โคมไฟอาร์กเซนอน และโคมไฟฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต
• เหตุผล: ทนต่ออุณหภูมิในการทำงานที่สูงมาก (>1000 °C) และส่งผ่านรังสี UV ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเครื่องมือวิเคราะห์

• การใช้งาน: เป็นหน้าต่างสำหรับห้องสุญญากาศ ที่ยึดตัวอย่างในเตาเผา และชิ้นส่วนในมาสสเปกโตรมิเตอร์
• สภาพแวดล้อมหลัก: ระบบสุญญากาศระดับสูงมาก (UHV), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และห้องจำลองสภาพอวกาศ
• เหตุผล: การปล่อยก๊าซต่ำมากเป็นพิเศษ และมีความคงตัวทางมิติสูงภายใต้สภาวะสุญญากาศและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

• กระบวนการอุตสาหกรรมเฉพาะทาง

• การใช้งาน: เป็นช่องมองเพื่อป้องกันในเตาอุณหภูมิสูง (เช่น เตาเติบโตผลึกแบบโซโครลัลสกี) และชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการไหลในกระบวนการผลิตไพร์ฟอร์มไฟเบอร์ออปติก
• เหตุผล: รักษาระดับความชัดเจนและความสมบูรณ์ของวัสดุในการทำงานที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถควบคุมกระบวนการได้ด้วยการมองเห็น

  ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

  คุณสมบัติ	ค่ามาตรฐาน
  ความหนาแน่น	2.2×103กิโลกรัม/ซม.²
  ความแข็งแรง	580KHN100
  ความต้านทานแรงดึง	4.9×107Pa(N/ ㎡)
  ความแข็งแรงในการบีบอัด	>1.1×109Pa
  สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน	5.5×10-7ซม./ซม.°C
  ความนำความร้อน	1.4วัตต์/เมตร·เซลเซียส
  ความร้อนเฉพาะ	670จูล/กิโลกรัม·เซลเซียส
  จุดละลาย	1680℃
  จุดอบอ่อน	1215℃