TWI708743B - 接合不透明熔凝石英至透明熔凝石英之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於熔凝不透明熔凝石英至透明熔凝石英以形成紫外光透射窗之方法，其包含以不透明熔凝石英套管或不透明熔凝石英顆粒包圍透明熔凝石英晶錠，然後在爐中將該透明及不透明熔凝石英一起加熱，越過該不透明熔凝石英之轉變溫度以將該兩種類型之石英圍繞該透明熔凝石英晶錠之周邊接合在一起，但在界面之外無實質混合。

Description

接合不透明熔凝石英至透明熔凝石英之方法
本揭示內容概言之係關於紫外透射窗製造之領域。更具體而言，本揭示內容係關於附接不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英窗之方法。所得結構可用作熱或光學絕緣體，尤其在半導體晶圓製造之紫外光固化階段期間。
在半導體晶圓製造期間，將介電膜(例如，UV敏感非晶形複合材料或氧化物)沈積於晶圓表面上。使用紫外(UV)光來固化介電膜。在更新的方法中，使用高能量UV(例如，紫外準分子燈)來提高固化速度。
UV光自光源穿過透射窗，並進入固化室，在其中使光與介電膜接觸。一般而言，透射窗保持在UV室內之兩板間之適當位置處。另外，將O型環置於每一板與透射窗毗鄰面之接面之間。O型環防止在固化製程期間所產生之氣體自板-窗接面排出/洩漏，並進一步防止空氣洩漏至室中。
但由於自UV燈、尤其更現代之高能量UV燈所產生之高熱及光強度，此等O型環密封迅速分解。損壞之密封存在排氣、顆粒產生及在透射窗周圍洩漏之風險。此外，較快之損壞意味著頻繁的停機時間用於維護固化室以更換O型環，以及伴隨的成本及生產力損失。因此， 業內需要更好地保護O型環免於UV輻射。
熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英晶錠之方法包含提供不透明熔凝石英之套管，其包圍具有第一寬度並自套管之頂部平面延伸穿過套管之底部平面之空隙；將具有第二寬度之透明熔凝石英晶錠插入該空隙中，其中第二寬度較第一寬度略窄，使得在套管之內側壁與晶錠之外側壁之間實質上不存在間隙；將透明熔凝石英晶錠及套管置入模具中；在熔融爐中加熱含有晶錠及包圍套管之模具，該加熱係在真空下進行，直至不透明熔凝石英熔凝至透明熔凝石英晶錠形成包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠為止；及使包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠退火。套管可包含整體式套管。套管可包含複數個不透明熔凝石英帶。
不透明熔凝石英可包含OM® 100不透明熔凝石英(Heraeus Quarzglas GmbH & Co.KG)。不透明熔凝石英可具有約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且在不透明熔凝石英中至少約80%之孔隙可具有約15微米至約45微米且較佳小於約20微米之氣泡大小。不透明熔凝石英可具有約54kN/mm2之楊氏模數(Young’s modulus)及約84N/mm2之三點彎曲強度。不透明熔凝石英在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內之直接光譜透射率可係大約0.2%至3%，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少60%。
方法可進一步包含將包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠沿垂直於熔凝晶錠之垂直軸之軸切割以形成熔凝晶錠之切片。切片可視情況經機械加工、拋光或二者，此等進一步處理步驟可用於形成UV光透射窗。
在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約10%之自UV光源透 射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約5%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約3%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約1%之自UV光源所透射之UV光。UV光源可係高強度UV光源。UV光源可係準分子UV光源。
熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英單元之方法包含圍繞透明熔凝石英單元之至少一部分周邊機械加工凸緣，將不透明熔凝石英熔接棒加熱至至少其轉變溫度以使不透明熔凝石英軟化或液化，然後將經軟化或經液化之不透明熔凝石英沈積於凸緣中，且然後使凸緣內之經軟化或經液化之不透明熔凝石英退火，從而將不透明熔凝石英熔凝至透明熔凝石英。凸緣可機械加工至深度為約3mm，自透明熔凝石英單元之頂部或底部之水平面量測。熱源可包含爐或熔接炬。
熔接棒之不透明熔凝石英可包含OM® 100不透明熔凝石英(Heraeus Quarzglas GmbH & Co.KG Heraeus Quarzglas Verwaltungsgesellschaft mbH)。不透明熔凝石英可包含OM® 100不透明熔凝石英(Heraeus Quarzglas GmbH & Co.KG Heraeus Quarzglas Verwaltungsgesellschaft mbH)。不透明熔凝石英可具有約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且在不透明熔凝石英中至少約80%之孔隙可具有約15微米至約45微米且較佳小於約20微米之氣泡大小。不透明熔凝石英可具有約54kN/mm2之楊氏模數及約84N/mm2之三點彎曲強度。不透明熔凝石英在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內之直接光譜透射率可係大約0.2%至3%，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少60%。
方法可進一步包含將至少不透明熔凝石英周邊進行機械加工及/或拋光，此等進一步處理步驟可用於形成UV光透射窗。在窗中，熔 凝石英周邊較佳能夠透射少於約10%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約5%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約3%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約1%之自UV光源所透射之UV光。UV光源可係高強度UV光源。UV光源可係準分子UV光源。
不透明熔凝石英熔接棒可包含不透明熔凝石英棒，其已經加熱及牽拉以使棒之原始寬度或直徑減小約3倍(3-fold)、約4倍(4-fold)或約5倍(5-fold)。棒可包含任何適宜形狀，包括圓柱形、三角形或其他多邊形。
熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英晶錠之方法包含將透明熔凝石英晶錠置於模具中，並用不透明熔凝石英之顆粒包圍透明熔凝石英晶錠。然後可將以不透明熔凝石英顆粒包覆之透明熔凝石英晶錠自模具移除，且所移除之複合材料可在模具外部燒結，或者可在模具內部燒結，直至不透明熔凝石英顆粒彼此熔凝並熔凝至透明熔凝石英晶錠形成包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠為止，並使含有不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠退火。包圍步驟可包含在晶錠周圍沈積含有該等顆粒之液體漿液，並去除漿液之流體部分。去除漿液之液體部分包含促使液體蒸發。
不透明熔凝石英可包含OM® 100不透明熔凝石英(Heraeus Quarzglas GmbH & Co.KG Heraeus Quarzglas Verwaltungsgesellschaft mbH)。不透明熔凝石英可具有約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且不透明熔凝石英中至少約80%之孔隙可具有約15微米至約45微米且較佳小於約20微米之氣泡大小。不透明熔凝石英可具有約54kN/mm2之楊氏模數及約84N/mm2之三點彎曲強度。不透明熔凝石英在λ=190nm至λ=4990nm之波長範 圍內之直接光譜透射率可係大約0.2%至3%，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少60%。
方法可進一步包含將包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠沿垂直於熔凝晶錠之垂直軸之軸切割以形成熔凝晶錠之切片。切片可視情況經機械加工、拋光或二者，此等進一步處理步驟可用於形成UV光透射窗。
在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約10%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約5%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約3%之自UV光源所透射之UV光。在窗中，熔凝石英周邊較佳能夠透射少於約1%之自UV光源所透射之UV光。UV光源可係高強度UV光源。UV光源可係準分子UV光源。
10‧‧‧UV光透射窗/UV透射窗/窗/透明熔凝石英
12‧‧‧透明熔凝石英
14‧‧‧凸緣
20‧‧‧熔凝晶錠
22‧‧‧不透明熔凝石英
在結合隨附圖閱讀以下詳細說明時最佳地理解本發明。要強調的是，根據慣例，圖之各個特徵並不按比例。與此相反，為清晰起見，任意地擴大或縮小各個特徵之尺寸。圖中包括以下附圖。
圖1顯示UV光透射窗之剖視圖，其包括在窗之頂面及底面上之不透明熔凝石英周邊，該不透明熔凝石英係位於透明熔凝石英之凸緣上。
圖2顯示圓形UV光透射窗之俯視圖，其包括包圍透明熔凝石英中心之不透明熔凝石英周邊。
圖3顯示圓柱形透明熔凝石英晶錠，其包含不透明熔凝石英周邊。不透明熔凝石英熔凝至位於中心之透明熔凝石英晶錠之外側壁。不透明熔凝石英係從作為整體式套管開始，將透明熔凝石英晶錠置於其中，之後將其加熱用以將套管熔凝至晶錠上以形成熔凝晶錠。
圖4顯示圓柱形透明熔凝石英晶錠，其包含不透明熔凝石英周 邊。不透明熔凝石英熔凝至位於中心之透明熔凝石英晶錠之外側壁。不透明熔凝石英係從作為堆疊在彼此頂部上以形成套管之複數個環開始，將透明熔凝晶錠置於其中，之後將其加熱用以將套管熔凝至晶錠上以形成熔凝晶錠。在此圖中，不透明熔凝石英顯示為堆疊環以圖解說明初始係使用堆疊環來形成套管，但應理解，在熔凝製程期間，環自身熔凝在一起，亦熔凝至透明熔凝石英晶錠，使得分界線及接縫對於肉眼而言不一定可見，直至其在熔凝及退火製程之後完全保持之程度。若線可見，則其可劃分切割點，其中可將熔凝晶錠切片，之後進一步加工成UV光透射窗。
圖5顯示圓柱形透明熔凝石英晶錠，其包含不透明熔凝石英周邊。不透明熔凝石英熔凝至位於中心之透明熔凝石英晶錠之外側壁。不透明熔凝石英係從作為置於透明熔凝石英晶錠周圍之顆粒或粉末開始，之後將其加熱來熔凝以形成熔凝晶錠。在此圖中，不透明熔凝石英係以點畫來顯示以圖解說明初始使用顆粒，但應理解，在熔凝製程期間，顆粒自身熔凝在一起，亦熔凝至透明熔凝石英晶錠，使得顆粒與未熔凝顆粒之間之分界線(若有)在熔凝及退火製程之後不一定肉眼可見。
圖6顯示UV光透射窗之剖視圖，其包括在窗邊緣上之不透明熔凝石英周邊，例如，如藉由將不透明熔凝石英套管或顆粒熔凝至透明熔凝石英晶錠所產生。
根據本揭示內容，已觀察到可在爐中將不透明熔凝石英熔凝至透明熔凝石英，其中維持熔凝產物之結構完整性。已進一步觀察到，可藉由在牽拉不透明熔凝石英以製備熔接棒時減小直徑減小來增強熔凝不透明熔凝石英至透明熔凝石英之傳統玻璃熔接技術。已觀察到，維持不透明熔凝石英棒之較大直徑更佳地維持不透明度，使得不透明 熔凝石英在熔融/熔接及熔凝至透明熔凝石英之後具有最小紫外(UV)光透射。因此，本揭示內容之特徵為熔凝不透明熔凝石英至透明熔凝石英之方法，其中不透明熔凝石英用來最小化穿過自該等方法製得之熔凝(不透明+透明)產物之一部分的UV光透射。
在一些態樣中，熔凝不透明熔凝石英至透明熔凝石英之方法包含熔凝不透明熔凝石英套管至透明熔凝石英晶錠之外側壁表面。熔凝之後，製得具有透明熔凝石英中心及不透明熔凝石英周邊之熔凝晶錠。此一晶錠顯示於(例如)圖3及圖4中。在圖3及圖4中，熔凝晶錠20包含透明熔凝石英12中心(先前為透明熔凝石英10晶錠)及不透明熔凝石英22周邊(先前為不透明熔凝石英22套管)。
作為熔凝之一部分，方法包含將不透明熔凝石英套管置於模具中。不透明熔凝石英套管具有包圍空隙之內側壁。空隙自套管之頂部平面延伸穿過套管之底部平面，此乃因不透明熔凝石英套管較佳不具有封閉套管之頂部或底部之任一者或兩者之蓋。
不透明熔凝石英套管可係具有足夠高度來容納同樣大小之透明熔凝石英晶錠之整體式套管。在一些態樣中，套管可包含複數個堆疊在彼此頂部以獲得期望高度之較小套管或帶。在加熱及熔凝製程期間(如下所述)，堆疊套管或帶熔凝在一起，亦熔凝至透明熔凝石英晶錠。圖4中圖解說明堆疊套管或帶組態，其中複數個不透明熔凝石英22帶或套管係堆疊至等於堆疊內部透明熔凝石英12晶錠之高度之高度。熔凝之後，當堆疊在彼此頂部之套管或帶熔凝在一起時，較佳地不存在接縫。
套管或帶可包含任何適宜形狀。在圖3及圖4中，不透明熔凝石英22以圓柱形顯示，使得用來製造圖3及圖4中所示之熔凝晶錠20之套管具有圓柱形。但套管或帶可具有正方形或矩形、三角形、六邊形、八邊形或任何其他具有任何期望數目之邊及任何期望組態(例如，梯 形、平行四邊形、不均勻邊長等)之多邊形形狀。
在不透明熔凝石英之空隙內部，可插入透明熔凝石英晶錠。在一些態樣中，將透明熔凝石英晶錠置於不透明熔凝石英套管之空隙之內部，隨後將套管置於模具內部。在一些態樣中，將透明熔凝石英晶錠置於不透明熔凝石英套管之空隙之內部，且然後將兩個件同時置於模具之內部。
較佳地，透明熔凝石英晶錠之寬度較不透明熔凝石英套管內部之空隙的寬度略窄，使得在套管之內側壁與晶錠之外側壁之間實質上無間隙或存在小的間隙。在一些態樣中，在套管之內側壁與晶錠之外側壁之間存在約1mm至約10mm、約2mm至約6mm、約3mm至約5mm或約4mm至約6mm之滑動配合間隙。滑移配合間隙可係約3mm、約4mm、約5mm或約6mm寬。透明熔凝石英晶錠之形狀亦較佳與空隙之形狀相同，使得晶錠與套管匹配。
在一些態樣中，不透明熔凝石英可包含複數個不透明熔凝石英顆粒或粉末。此等顆粒或粉末較佳置於透明熔凝石英晶錠之外側壁周圍，同時透明熔凝石英晶錠位於模具中。因此，舉例而言，透明熔凝石英晶錠係由不透明熔凝石英顆粒或粉末包圍。顆粒或粉末可以乾燥形式沈積在透明熔凝石英晶錠周圍，但在較佳態樣中係以漿液形式(例如，顆粒懸浮於適宜液體載劑中)沈積。然後可經由排洩及/或蒸發去除液體載劑，此可用真空及/或熱來促進。
在不透明熔凝石英套管或不透明熔凝石英顆粒或粉末及透明熔凝石英晶錠一起於模具內部之後，製程可包含將經不透明熔凝石英顆粒包覆之透明熔凝石英晶錠自模具移除(作為複合材料)，然後將複合材料燒結成均勻體。燒結可包含在爐中加熱複合材料直至至少不透明熔凝石英超過其轉變溫度為止，使得至少不透明熔凝石英軟化且然後可與透明熔凝石英熔凝。若不透明熔凝石英之轉變溫度與透明熔凝石 英之轉變溫度相同或高於其，則透明熔凝石英亦可軟化。在較佳態樣中，在真空下進行加熱。
顆粒/粉末熔凝可包含在爐內燒結。熔凝之後，由於毗鄰顆粒熔凝在一起，前者的顆粒之間較佳地不存在接縫。
繼續加熱製程直至不透明熔凝石英熔凝至透明熔凝石英晶錠形成包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠(本文中亦稱為熔凝晶錠)為止。形成熔凝晶錠之後，較佳地使熔凝晶錠退火。熔凝晶錠20之非限制性實例顯示於圖3、圖4及圖5中，其中透明熔凝石英12中心係由不透明熔凝石英22周邊包圍。剖視圖顯示於圖5中，其中不透明熔凝石英22包圍透明熔凝石英12。
形成熔凝晶錠20之後，可將熔凝晶錠20切割成較小單元。因此，製程可進一步包含將透明熔凝晶錠沿垂直於垂直軸之軸切割以形成期望厚度之單元。該等單元包含透明熔凝石英中心以及不透明熔凝石英周邊。切割之後，單元可進一步經機械加工及/或拋光以形成成品，該成品較佳係包含不透明熔凝石英周邊之UV光透射窗。
UV光透射窗容許實質上所有來自UV光源之UV光透射以穿過透明熔凝石英中心部分。但不透明熔凝石英周邊阻擋UV光透射穿過周邊部分。較佳地，少於約10%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約8%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約5%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約4%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約3%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約2%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。在一些態樣中，少於約1%之來自UV光源之UV光穿過不透明石英周邊。
在一些態樣中，熔凝不透明熔凝石英至透明熔凝石英之方法包 含圍繞一片透明熔凝石英之至少一部分周邊機械加工凸緣。凸緣可圍繞透明熔凝石英之頂部及/或透明熔凝石英之底部之周邊進行機械加工。凸緣之實例顯示於圖1中，該圖顯示UV光透射窗10之剖視圖。如所示，凸緣14已機械加工於窗10之透明熔凝石英12部分之頂部及底部中。因機械加工凸緣14於透明熔凝石英12中所留下之空隙已用不透明熔凝石英22填充。
可將凸緣機械加工至深度為約1mm至約10mm(自頂部平面及/或底部平面)。可將凸緣機械加工至深度為約1mm至約5mm、約1mm至約4mm、約1mm至約3mm、約2mm至約8mm、約2mm至約6mm、約2mm至約5mm、約2mm至約4mm、約3mm至約9mm、約3mm至約7mm、約3mm至約5mm或約4mm至約6mm。可將凸緣機械加工至深度為約1mm、約2mm、約3mm、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、約9mm或約10mm。
在機械加工步驟之後，在去除一部分透明熔凝石英之處留下空隙。然後，空隙可用不透明熔凝石英填充，不透明熔凝石英熔凝至凸緣及毗鄰透明熔凝石英側壁。不透明熔凝石英較佳熔接於此空隙中，但不透明熔凝石英亦可(例如)如上文所述經由在爐中加熱或燒結來熔凝。在該等後者情況下，將適當大小之不透明熔凝石英片或不透明熔凝石英顆粒置於空隙中，並將組合單元置於爐中用於熔凝。
在其中採用熔接之態樣中，熔接包含將不透明熔凝石英熔接棒加熱至其轉變溫度以使不透明熔凝石英軟化或液化，並然後將經軟化或液化之不透明熔凝石英沈積在凸緣頂部上及至空隙中。較佳地，藉由加熱及拉伸較大直徑/寬度不透明熔凝石英棒獲得不透明熔凝石英熔接棒，此拉伸(亦稱牽拉)使棒之原始直徑或寬度減小約2倍(2-fold)至約6倍(6-fold)(例如，熔接棒之經牽拉直徑係原始直徑或寬度之約½至約1/6)。經牽拉之不透明熔凝石英棒之直徑可減小約百分之20(0.2- fold)至約8倍(8-fold)、約百分之50(0.5-fold)至約10倍(10-fold)、約1倍(1-fold)至約7倍(7-fold)、約1倍(1-fold)至約4倍(4-fold)、約1倍(1-fold)至約5倍(5-fold)、約2倍(2-fold)至約5倍(5-fold)、約2倍(2-fold)至約4倍(4-fold)或約2倍(2-fold)至約3倍(3-fold)。經牽拉之不透明熔凝石英之直徑可減小約百分之20(0.2-fold)、約百分之50(0.5-fold)、約1倍(1-fold)、約2倍(2-fold)、約3倍(3-fold)、約4倍(4-fold)、約5倍(5-fold)、約6倍(6-fold)、約7倍(7-fold)、約8倍(8-fold)、約9倍(9-fold)或約10倍(10-fold)。直徑或寬度之3倍(3-fold)減小(因牽拉)係較佳的。
一旦經軟化或液化之不透明熔凝石英沈積在凸緣上(及機械加工之空隙中)，可使不透明熔凝石英退火，從而將不透明熔凝石英熔凝至透明熔凝石英。熔凝之後，形成具有不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英單元。單元可係(例如)UV光透射窗。單元可經機械加工及/或拋光以去除熔凝或接合中之缺陷。
在任何本文所闡述或例示之方法中，透明熔凝石英可包含天然或合成透明熔凝石英。不透明熔凝石英(包括不透明熔凝石英熔接棒)可包含天然或合成不透明熔凝石英。在高度較佳態樣中，不透明熔凝石英(包括不透明熔凝石英熔接棒)包含OM® 100不透明熔凝石英(Heraeus Quarzglas GmbH & Co.KG Heraeus Quarzglas Verwaltungsgesellschaft mbH)。
在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內且對於3mm之壁厚度，不透明熔凝石英較佳具有小於約5%且更佳地小於約3%及更佳地小於約2%之近似恆定的直接光譜透射率，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少60%。在一些態樣中，在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內且對於3mm之壁厚度，不透明熔凝石英較佳地具有大約0.2%至3%、且更佳地大約0.2%至1.5%之近似恆定的直接光譜透射率，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少 60%。在一些態樣中，在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內且對於3mm之壁厚度，不透明熔凝石英具有大約1%之近似恆定的直接光譜透射率，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內之漫反射率係至少60%。
不透明熔凝石英之密度可係約2g/cm3至約2.3g/cm3、約2.05g/cm3至約2.25g/cm3、約2.1g/cm3至約2.2g/cm3、約2.12g/cm3至約2.19g/cm3、約2.13g/cm3至約2.19g/cm3、約2.14g/cm3至約2.19g/cm3或約2.15g/cm3至約2.18g/cm3。不透明熔凝石英之密度較佳係至少約2.10g/cm3、更佳約2.12g/cm3至2.19g/cm3且更佳約2.13g/cm3至2.18g/cm3。在一些態樣中，不透明熔凝石英之密度係約2.14g/cm3至2.15g/cm3。
不透明熔凝石英之孔隙含量(孔隙度)較佳不超過約5%/單位體積，且較佳地在約0.1%/單位體積至約5%/單位體積範圍內及更佳地在約0.2%/單位體積至約4.5%/單位體積範圍內。在一些態樣中，不透明熔凝石英之孔隙度不超過4.7%/單位體積且係在約2%/單位體積至約4.5%/單位體積範圍內。不透明熔凝石英之孔隙度可係每單位體積約2%至約3%、約2.1%至約2.8%、約2.1%至約2.6%、約2.1%至約2.5%、約2.2%至約2.4%或約2.2%至約2.3%。孔隙度可係每單位體積約2%、約2.1%、約2.2%、約2.3%、約2.4%或約2.5%。
不透明熔凝石英之氣泡大小可小於約25微米(μm)。不透明熔凝石英之氣泡大小可小於約20微米(μm)。在一些較佳態樣中，不透明熔凝石英之至少約80%之孔隙之最大孔隙尺寸係約60μm或更小、且更佳約10μm至約45μm、且更佳約25μm至約45μm。
不透明熔凝石英之楊氏模數可係約50kN/mm2至約60kN/mm2、約51kN/mm2至約59kN/mm2、約52kN/mm2至約58kN/mm2或約53kN/mm2至約55kN/mm2。不透明熔凝石英之楊氏模數可係約50 kN/mm2、約52kN/mm2、約53kN/mm2、約54kN/mm2或約55kN/mm2。不透明熔凝石英之三點彎曲強度可係約80N/mm2至約90N/mm2、約81N/mm2至約89N/mm2、約82N/mm2至約88N/mm2、約83N/mm2至約86N/mm2或約83N/mm2至約85N/mm2。不透明熔凝石英之三點彎曲強度可係約80N/mm2、約82N/mm2、約83N/mm2、約84N/mm2、約85N/mm2或約86N/mm2。
本文所述方法較佳用於製造UV光透射窗，該等UV光透射窗具有透明熔凝石英中心(UV光可自其穿過)及不透明熔凝石英周邊(其顯著地限制UV光穿過)。圖2中顯示此一UV光透射窗之俯視圖或仰視圖。在圖2中，UV透射窗10具有圓形形狀，其中透明熔凝石英12在中心且不透明熔凝石英22圍繞透明熔凝石英12作為周邊。
不透明熔凝石英對透明熔凝石英之比率相對較小。不透明熔凝石英對透明熔凝石英之比率(不透明熔凝石英：透明熔凝石英)可係約1：50至約1：3、約1：40至約1：5、約1：30至約1：5、約1：20至約1：5、約1：25至約1：5、約1：20至約1：5、約1：15至約1：5、約1：10至約1：5、約1：30至約1：3、約1：25至約1：3、約1：20至約1：3、約1：15至約1：3、約1：10至約1：3、約1：30至約1：4、約1：25至約1：4、約1：20至約1：4、約1：15至約1：4、約1：10至約1：4、約1：2至約1：5、約1：2至約1：4、約1：2至約1：3、約1：3至約1：6、約1：3至約1：5、約1：3至約1：4。
根據本文所述方法製造之UV光透射窗可包含任何適宜尺寸(高度/厚度、寬度、長度或直徑)。較佳地，UV光透射窗包含下列總寬度、長度或直徑(透明及不透明熔凝石英二者一起)：約100mm至約1000mm、約360mm至約390mm、約365mm至約385mm、約370mm至約380mm或約372mm至約377mm。在一些態樣中，不透明熔凝石英周邊部分之寬度係約3mm至約25mm、約6mm至約24mm、約8mm至約15mm或約9mm至約11mm。UV光透射窗可包含下列厚度：約20 mm至約30mm、約21mm至約29mm、約22mm至約28mm、約23mm至約27mm、約24mm至約26mm、約24mm至約28mm或約22mm至約26mm。尺寸可根據半導體晶圓製造系統之UV光孔口之尺寸而變化。
本揭示內容並不限於上文所闡述及所例示之實施例，而是能夠在隨附申請專利範圍之範圍內進行改變及修改。
12‧‧‧透明熔凝石英
20‧‧‧熔凝晶錠
22‧‧‧不透明熔凝石英

Claims (15)

  1. 一種熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英晶錠之方法，其包含將不透明熔凝石英套管置於模具中，該套管包圍具有第一寬度並自該套管之頂部平面延伸穿過該套管之底部平面之空隙，將具有第二寬度之透明熔凝石英晶錠插入該空隙中，其中該第二寬度較該第一寬度略窄，使得在該套管之內側壁與該晶錠之外側壁之間存在較小間隙，在熔融爐中加熱含有該晶錠及包圍套管之該模具，該加熱係在真空下進行，直至將該不透明熔凝石英熔凝至該透明熔凝石英晶錠形成包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠為止，及使如此形成之含有不透明熔凝石英周邊之該透明熔凝石英晶錠退火，其中該不透明熔凝石英套管包含約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且至少約80%之該等孔隙具有約15微米至約45微米之氣泡大小。
  2. 如請求項1之方法，其中該套管包含整體式套管。
  3. 如請求項1之方法，其中該套管包含複數個不透明熔凝石英帶，且該加熱步驟進一步將該等帶熔凝在一起。
  4. 如請求項3之方法，其中該透明熔凝石英晶錠係呈圓柱形且該等熔凝石英帶係呈圓形。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包含將包含不透明熔凝石英周邊之該透明熔凝石英晶錠沿垂直於該晶錠之垂直軸之軸切割以形成該晶錠之切片，然後機械加工、拋光或機械加工 並拋光該等切片以形成包含不透明熔凝石英周邊之UV光透射窗，該UV光透射窗在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內具有大約0.2%至3%之近似恆定的直接光譜透射率，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內具有至少60%之漫反射率。
  6. 一種熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英紫外(UV)光透射窗之方法，其包含圍繞透明熔凝石英UV光透射窗之至少一部分周邊機械加工凸緣，加熱不透明熔凝石英棒至其轉變溫度以軟化該不透明熔凝石英，將該經軟化之不透明熔凝石英沈積於凸緣中，且然後使該凸緣內之該經軟化之不透明熔凝石英退火，從而使該不透明熔凝石英熔凝至該透明熔凝石英以形成包含不透明熔凝石英周邊之UV光透射窗，該UV光透射窗在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內具有大約0.2%至3%之近似恆定的直接光譜透射率，且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內具有至少60%之漫反射率，及視情況機械加工或拋光該不透明熔凝石英周邊；其中，在該加熱步驟之前，該不透明熔凝石英棒經牽拉以使其寬度減小至其原始寬度之約百分之50至約1/10，且其中該不透明熔凝石英包含約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且至少約80%之該等孔隙具有約15微米至約45微米之氣泡大小。
  7. 如請求項6之方法，其中該凸緣機械加工至約3mm之深度。
  8. 如請求項6或7之方法，其中該不透明熔凝石英棒經牽拉以使其寬度減小至其原始寬度之約1/2至約1/5。
  9. 如請求項6或7之方法，其中該加熱步驟係在爐中實施。
  10. 如請求項6或7之方法，其中使用熔接炬來實施該加熱步驟。
  11. 一種熔凝不透明熔凝石英周邊至透明熔凝石英晶錠之方法，其包含將透明熔凝石英晶錠置於模具內部，用不透明熔凝石英之顆粒包圍該透明熔凝石英晶錠以形成透明熔凝石英晶錠經不透明熔凝石英之顆粒覆蓋之複合材料，將該複合材料自該模具中移除，然後燒結該複合材料，從而使該等不透明熔凝石英顆粒彼此熔凝且熔凝至該透明熔凝石英晶錠以形成包含不透明熔凝石英周邊之透明熔凝石英晶錠，及使如此形成之包含不透明熔凝石英周邊之該透明熔凝石英晶錠退火，其中該不透明熔凝石英包含約2.12g/cm3至約2.19g/cm3之密度及約2%/單位體積至約4.5%/單位體積之孔隙度，且至少約80%之該等孔隙具有約15微米至約45微米之氣泡大小。
  12. 如請求項11之方法，其中該包圍步驟包含將含有該等顆粒之液體漿液沈積在該晶錠周圍，並將該漿液之液體部分去除。
  13. 如請求項12之方法，其中去除該漿液之液體部分包含促使該液體蒸發。
  14. 如請求項11至13中任一項之方法，其中該透明熔凝石英晶錠呈圓柱形。
  15. 如請求項11至13中任一項之方法，其進一步包含將包含不透明熔凝石英周邊之該透明熔凝石英晶錠沿垂直於該晶錠之垂直軸之軸切割以形成該晶錠之切片，然後機械加工、拋光或機械加工並拋光該等切片以形成包含不透明熔凝石英周邊之UV光透射窗，該UV光透射窗在λ=190nm至λ=4990nm之波長範圍內具有 大約0.2%至3%之近似恆定的直接光譜透射率且在λ=190nm至λ=2500nm之波長範圍內具有至少60%之漫反射率。
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