CN107986796A - 陶瓷吸盘及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种陶瓷吸盘及其制备方法，其中，制备方法包括，获取待打印的凸点的三维模型；将所述的基体放置在3D打印设备的工作台上，固定；根据所述的凸点的三维模型，利用3D打印设备将陶瓷料浆打印在所述的基体上，得到所述的陶瓷吸盘的凸点；烧结，即得到所述的陶瓷吸盘。本发明采用3D打印技术将凸点打印在基体上，提高了陶瓷吸盘上各凸点规格的一致性，同时提高了制备效率。

Description

陶瓷吸盘及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸盘制备方法，特别是涉及一种陶瓷吸盘及其制备方法。

背景技术

随着我国半导体产业的快速发展，对制造装备的精度提出了更高的要求。为了解决高端光刻机的运动及测量的高精度要求，光刻机在工作台等系统采用了陶瓷材料。其中应用于光刻机的吸盘为一种采用陶瓷制作的中空结构，吸盘通过接管与真空设备连接，然后与大尺寸硅片接触，启动真空抽吸，使吸盘内产生负压，从而将硅片吸牢。为了减少对硅片的污染，需要尽可能的减少吸盘与硅片的接触，因此，在吸盘基体表面设计很多的小的凸点，且所有的凸点在同一个平面，让陶瓷吸盘与硅片实现点接触。

现有的陶瓷吸盘主要依靠素坯加工及后期精加工制备而成，在制作过程中，由于陶瓷烧结过程中产生内应力，使吸盘变形，通过后期的加工，也很难满足产品的使用要求，并且陶瓷的硬度大，难以加工，加工成本高且加工时间长。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种陶瓷吸盘及其制备方法，解决现有陶瓷吸盘的表面凸点难以制备的难题，提高了陶瓷吸盘表面凸点的一致性，降低了加工制造成本，缩短了制造周期，实现满足产品要求的陶瓷吸盘的制备。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种陶瓷吸盘的制备方法，所述的陶瓷吸盘包括基体和凸点，制备方法包括，获取待打印的凸点的三维模型；将所述的基体放置在3D打印设备的工作台上，固定；根据所述的凸点的三维模型，利用3D打印设备将陶瓷料浆打印在所述的基体上，得到所述的陶瓷吸盘的凸点；烧结，即得到所述的陶瓷吸盘。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其中所述的基体为陶瓷素坯基体，或者，所述的基体为经过烧结后的陶瓷基体。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘的制备方法，获取待打印的凸点的三维模型，通过软件将所述的三维模型转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其中所述的制备凸点的陶瓷料浆的固含量为60-80％。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其中所述的烧结的温度为1300-1600℃，所述的烧结的时间为0.5-2h。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘的制备方法，利用3D打印设备的打印喷嘴将陶瓷料浆打印在所述的基体上，所述的打印喷嘴的孔径为0.2-1mm。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。

依据本发明提出的一种陶瓷吸盘，所述的陶瓷吸盘由前述任一项所述的制备方法制备得到。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘，其中所述的陶瓷吸盘为碳化硅陶瓷吸盘或氧化铝陶瓷吸盘。

优选的，前述的一种陶瓷吸盘，其中所述的凸点的形状为圆锥形、圆柱形、原台形或立方体形。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。

借由上述技术方案，本发明提供的一种陶瓷吸盘及其制备方法，至少具有下列优点：

1、本发明提供的陶瓷吸盘的制备方法，制备过程简单，降低了陶瓷吸盘的加工制备成本，缩短了制作周期。

本发明利用3D技术将凸点打印在陶瓷吸盘的基体上，打印过程简单，快速，提高了陶瓷吸盘的制备效率，缩短了陶瓷吸盘的制备周期；同时，本发明提供的3D打印方法，可严格根据设计图纸进行凸点的打印，利用3D打印设备的打印喷嘴将陶瓷料浆打印在基体上，制备得到了符合设计要求的陶瓷吸盘。

2、采用本发明提供的陶瓷吸盘的制备方法得到的陶瓷吸盘成品符合高端光刻机及真空设备对陶瓷吸盘精密度和硬度的要求。

本发明采用3D打印方法将凸点打印在基体上，最终得到了形状、大小、分布位置、数量等均符合设计要求的凸点。具体的，单个陶瓷吸盘上的凸点的大小、形状、高度、硬度等一致性高，提高了陶瓷吸盘成品的精密度。

3、将本发明制备得到的陶瓷吸盘安装在高端光刻机及真空设备上，符合高端光刻机及真空设备对陶瓷吸盘上凸点精密度的要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种陶瓷吸盘及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

本发明提供了一种陶瓷吸盘的制备方法，所述的陶瓷吸盘包括基体和凸点，制备方法包括，获取待打印的凸点的三维模型；将所述的基体放置在3D打印设备的工作台上，固定；根据所述的凸点的三维模型，利用3D打印设备将陶瓷料浆打印在所述的基体上，得到所述的陶瓷吸盘的凸点；烧结，即得到所述的陶瓷吸盘。

本发明提供了一种陶瓷吸盘的制备方法，具体的，采用3D打印技术将凸点打印在陶瓷吸盘的基体上。本发明可对待打印的凸点的形状、大小等物理参数进行精密设计，并利用计算机辅助设计技术，将待打印的凸点的形状、大小等参数转化为计算机可以识别的三维数据，计算机利用该三维数据控制3D打印设备，最终得到了经过精密设计的凸点。采用本发明提供的3D打印技术对陶瓷吸盘上的凸点进行打印制备，得到的凸点一次成型，烧结变形性不大，即烧结后得到的凸点的形状、大小等与设计的凸点相差不大，最终得到了符合设计要求的陶瓷吸盘。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法，其中所述的基体为陶瓷素坯基体，或者，所述的基体为经过烧结后的陶瓷基体。

需要说明的是，本发明对陶瓷吸盘基体的制备方法不做限制。可以采用现有的传统成型方法对基体进行制备，也可以采用3D打印方法按照设计要求对基体进行打印制备。进一步的，本发明的陶瓷基体为素坯基体，以提高凸点与基体的结合紧密性。所述的基体也可以是经过烧结后的陶瓷基体，提高了基体的硬度，以提高基体在增加凸点过程中的加工稳定性(具有一定的硬度，不易变形)。优选的，可以按照设计要求对此处的基体进行表面处理，即精加工，以完成对基体的定型。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法，获取待打印的凸点的三维模型，通过软件将所述的三维模型转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中。

STL文件是3D打印软件将数据输入设备的文件格式。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法中，制备凸点的料浆组分与陶瓷吸盘的基体的组分相同。此处的“组分”为料浆中的各物料的种类，以利于提高凸点与基体的结合紧密性。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法中，所述的制备凸点的陶瓷料浆的固含量为60-80％。

此处陶瓷料浆的固含量限定为60-80％，以提高料浆的粘度，使得打印喷嘴打印出来的凸点在基体上快速成型、定型，在打印阶段，减少凸点的流动变形。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法中，所述的烧结的温度为1300-1600℃，所述的烧结的时间为0.5-2h。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法中，利用3D打印设备的打印喷嘴将制备凸点的陶瓷料浆打印在所述的基体上，打印喷嘴的形状根据凸点的设计要求进行设置，所述的打印喷嘴的孔径为0.2-1mm。本发明采用的3D打印设备中打印喷嘴的数量可以为1个，也可以为多个。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法中，根据凸点的形状和高度要求，来设定打印速率和喷嘴的抬离高度。所述的打印喷嘴的打印速率为40～80mm/s，打印喷嘴抬离基体表面高度为4～20mm。

进一步的，本发明提供的一种陶瓷吸盘，所述的凸点的形状为圆锥形、圆柱形、圆台形或立方体形。

发明对凸点的形状不做过多的限制，优选的，可以为圆锥形、圆柱形、圆台形或立方体形。需要说明的是，此处的圆台形可以包括多个不同直径的圆柱体，最终形成具有阶梯的圆台形状。

本发明提供的一种陶瓷吸盘的制备方法可进一步系统描述如下：

(1)根据吸盘图纸，将吸盘表面的凸点的三维模型通过软件转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中；

(2)将与制备吸盘基体成分相同的陶瓷料浆装入3D打印设备储料罐里；

(3)按照吸盘图纸设计，制备出未做表面凸点设计的陶瓷吸盘基体并进行精加工，达到产品精度要求。将加工后的陶瓷基体放在3D打印设备工作台上，并找出基体的中心位置，将陶瓷基体固定；

(4)设计打印喷嘴孔径大小和打印速率，在陶瓷基体表面相应位置打印出凸点；

(5)将打印好的陶瓷吸盘在1300-1600℃下烧0.5-2小时。

需要说明的是，当上述步骤的顺序可更换或者可同时进行时，可根据实际制备需要进行上述步骤顺序的更换。

优选的，为了更好的实现上述陶瓷吸盘的制备，本发明提供一种3D打印设备。

所述的3D打印设备包括打印喷嘴组盘，所述的打印喷嘴组盘中打印喷嘴的数量大于或等于2，所述的打印喷嘴组盘的数量大于或等于2。不同打印喷嘴组盘上打印喷嘴的数量和分布位置不同，不同的打印喷嘴组盘用于打印不同凸点数量、排不位置的凸点。这样，可以根据待打印凸点的数量和排布位置选择不同的打印喷嘴组盘，以减少单个陶瓷吸盘基体上凸点的打印次数，加快陶瓷吸盘的制备速度，可以采用固含量较高的陶瓷料浆进行打印，这样，可以保证陶瓷料浆在凝固前完成打印，同时，又保证了凸点形状的稳定性。例如，当某一陶瓷吸盘基体上需打印100个凸点，此时，打印喷嘴组盘上的打印喷嘴的数量可以是20个，这样，采用此打印喷嘴组盘打印5次，即可完成100个凸点的打印。本发明提供的打印喷嘴组盘对打印喷嘴的形状不做要求，打印喷嘴的形状可以根据待打印凸点的形状进行更换。优选的，所述的打印喷嘴的孔径为0.2-1mm。

采用本发明提供的3D打印设备进行凸点的打印时，可采用采用“基体转动、喷嘴固定”或“基体固定、喷嘴转动”的形式进行打印；也可以采用“基体转动、喷嘴转动”的形式进行打印。优选的，当所述的制备凸点的陶瓷料浆的固含量为80％时，可采用“基体转动、喷嘴转动”的形式，以提高打印速率，防止陶瓷料浆凝固，破坏打印设备。

实施例1

本实施例提供了一种碳化硅陶瓷吸盘的制备方法。

(1)根据吸盘图纸，将吸盘表面的凸点的三维模型通过软件转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中；

(2)将与制备吸盘基体成分相同固相含量60％的碳化硅陶瓷料浆装入3D打印设备储料罐里；

(3)按照吸盘图纸设计，制备出未做表面凸点设计的碳化硅陶瓷吸盘基体并进行精加工，达到产品精度要求。将加工后的碳化硅陶瓷基体放在3D打印设备工作台上，并找出基体的中心位置，将陶瓷板固定；

(4)设计打印喷嘴孔径大小和打印速率，在陶瓷基体相应位置打印出凸点；

(5)将打印好的陶瓷吸盘在1600℃的真空烧结炉中烧0.5小时。

本实施例中打印喷嘴的打印速率为80mm/s，喷嘴抬离高度为2mm，最终制备得到的陶瓷吸盘上凸点的个数为100，凸点的形状为锥形。

实施例2

本实施例提供了一种氧化铝陶瓷吸盘的制备方法。

(1)根据吸盘图纸，将吸盘表面的凸点的三维模型通过软件转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中；

(2)将与制备吸盘基体成分相同固相含量80％的氧化铝陶瓷料浆装入3D打印设备储料罐里；

(3)按照吸盘图纸设计，制备出未做表面凸点设计的氧化铝陶瓷吸盘基体并进行精加工，达到产品精度要求。将加工后的碳化硅陶瓷基体放在3D打印设备工作台上，并找出基体的中心位置，将陶瓷板固定；

(4)设计打印喷嘴孔径大小和打印速率，在陶瓷基体相应位置打印出凸点；

(5)将打印好的陶瓷吸盘在1300℃的烧2小时。

本实施例中打印喷嘴的打印速率为40mm/s，喷嘴抬离高度为4mm，最终制备得到的陶瓷吸盘上凸点的个数为100，凸点形状为圆柱形。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种陶瓷吸盘的制备方法，所述的陶瓷吸盘包括基体和凸点，其特征在于：制备方法包括，

获取待打印的凸点的三维模型；

将所述的基体放置在3D打印设备的工作台上，固定；

根据所述的凸点的三维模型，利用3D打印设备将陶瓷料浆打印在所述的基体上，得到所述的陶瓷吸盘的凸点；

烧结，即得到所述的陶瓷吸盘。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其特征在于：

所述的基体为陶瓷素坯，或者，所述的基体为经过烧结后的陶瓷基体。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其特征在于：

获取待打印的凸点的三维模型，通过软件将所述的三维模型转换成STL文件，并将此文件输入3D打印设备系统中。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其特征在于：

所述的陶瓷料浆的固含量为60-80％。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其特征在于：

所述的烧结的温度为1300-1600℃，所述的烧结的时间为0.5-2h。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷吸盘的制备方法，其特征在于：

利用3D打印设备的打印喷嘴将陶瓷料浆打印在所述的基体上，所述的打印喷嘴的孔径为0.2-1mm。

7.一种陶瓷吸盘，其特征在于：

所述的陶瓷吸盘由权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到。

8.根据权利要求7所述的一种陶瓷吸盘，其特征在于：

所述的陶瓷吸盘为碳化硅陶瓷吸盘或氧化铝陶瓷吸盘。

9.根据权利要求7所述的一种陶瓷吸盘，其特征在于：

所述的凸点的形状为圆锥形、圆柱形、原台形或立方体形。