CN112194346B - 用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体用石英部件制造技术领域，具体涉及一种制造设备及制造方法。其中制造设备，包括玻璃灯工车床，玻璃灯工车床上设有两个可转动的立柱卡盘，一个立柱卡盘上装夹成型装置，成型装置具有中空结构；成型装置的一侧端面向内凹形成内腔，内腔的腔壁上设有与中空结构联通的通孔；成型装置的另一侧端面上设有管螺纹孔，所螺纹孔联通中空结构，管螺纹孔连接旋转接头，旋转接头通过管路连接储气罐，储气罐连接真空泵。通过本发明的制造设备及制造方法，保证了典型薄壁曲面石英部件的壁厚，没有波浪纹等缺陷，减少了对人工的依赖，一次成型后即达到了产品的原始要求，提高了产品的良率，降低了加工周期，以及加工成本。

Description

用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备及制造方法
技术领域
本发明属于半导体用石英部件制造技术领域，具体涉及一种制造设备及制造方法。
背景技术
在半导体晶圆的生产过程中，有一道特殊工艺是扩散工艺，它是一种掺杂技术，具体是将所需杂质按要求的浓度与分布掺入到半导体材料中，以达到改变材料电学性能，形成半导体器件的目的。在对晶圆进行扩散的处理时，所用设备需要各种类型的曲面部件，由于产品的特殊性，所以芯片生产过程中对石英部件的要求特别严格，其中包括尺寸、外观、透过率、以及表面残留颗粒等的要求。
该类有曲面结构的部件，现有的加工方式主要是以手工方式进行加工，对加工人员要求极高，而且工序繁杂。主要的工艺流程为焊接、吹制，研磨、局部火抛光、退火、研磨、整体抛光、退火。具体的，首先将产品的法兰和底部板焊接在一起，然后手工研磨修整，再将部件装夹在玻璃灯工车床，旋转并加热底板部位，使底板软化，同时在部件法兰段通压缩空气，将软化的底板吹出，通过人工使用石墨块，修整所需要的的形状。再通过手工研磨，保证曲面达到技术要求，满足要求后，进行火抛光，然后退火。其中研磨、火抛光及退火均需反复技工3次以上，火抛光的过程极其浪费氢气和氧气等能源；研磨的过程中，需要使用金刚砂，因此在修磨的过程中金刚砂处理不当会对环境造成污染。另外由于现有的吹制成型方法会使产品表面形成波浪纹，所以人工研磨后的曲面壁厚尺寸很难保证，而且效率很低。所以现的加工方法部件的良率很低。
发明内容
本发明针对现有的曲面结构由于采用手工加工方式，导致生产效率低下，容易产生环境污染，且部件容易产生波浪纹，部件的良率很低的技术问题，目的在于提供一种用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备及制造方法。
用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，包括玻璃灯工车床，所述玻璃灯工车床上设有两个可转动的立柱卡盘，两个所述立柱卡盘相对同心设置，两个所述立柱卡盘中的一个为可水平移动的可移动立柱卡盘，另一个为固定的固定立柱卡盘；
在其中一个所述立柱卡盘上装夹成型装置，所述成型装置具有中空结构；
所述成型装置的一侧端面向内凹形成内腔，所述内腔的腔壁是所需部件的轮廓，所述内腔的腔壁上设有与所述中空结构联通的通孔；
所述成型装置的另一侧端面上设有管螺纹孔，所述管螺纹孔联通所述中空结构，所述管螺纹孔连接旋转接头，所述旋转接头通过管路连接储气罐，所述储气罐连接真空泵。
所述成型装置优选装夹于所述可移动立柱卡盘上。
所述成型装置包括外腔体、设置在所述外腔体内的内腔模具，所述外腔体与所述内腔模具端面固定齐平，所述外腔体与所述内腔模具之间的夹层形成所述中空结构，所述外腔体的侧壁中部设有所述管螺纹孔，所述内腔模具的腔壁为所述内腔的腔壁。
所述通孔在所述内腔的腔壁上呈从中心到四周扇形分布。
所述内腔模具的侧壁中部为锥面结构，所述锥面结构开有交叉通气槽，所述交叉通气槽联通所述中空结构，所述交叉通气槽为星型镂空结构；
所述交叉通气槽的外侧槽面与所述外腔体内侧侧面贴合。
所述外腔体与所述内腔模具采用耐高温无机胶水黏贴固定。以便于保证密封性。
所述外腔体的内壁与所述内腔模具的外径间隙单侧为0.3mm-0.5mm，所述外腔体的内侧侧壁与所述内腔模具的外侧侧壁间隙为0.3mm-0.5mm。
所述管路包括硬管和软管，所述旋转接头通过所述硬管连接所述软管，所述软管连接所述储气罐。
所述玻璃灯工车床上还设有两个用于加热典型石英部件半成品的半圆喷灯，两个所述半圆喷灯相对设置在两个所述立柱卡盘之间，两个所述半圆喷头底部固定在喷灯底座上，所述喷灯底座可水平移动。
还包括一环形喷灯，所述环形喷灯连接可水平移动的连接杆，所述环形喷灯位于用于装夹加热典型石英部件半成品的所述立柱卡盘的外侧，用于装夹加热典型石英部件半成品的所述立柱卡盘上设有与外侧联通通孔，所述环形喷灯通过所述连接杆的水平移动可伸入于所述通孔内。
用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，包括如下步骤：
1)将典型石英部件半成品装夹在固定立柱卡盘上，调整所述固定立柱卡盘，保证所述典型石英部件半成品与所述固定立柱卡盘同心，将所述典型石英部件半成品的平面调平；
2)将半圆喷灯移至所述典型石英部件半成品底板外侧处，将环形喷灯移至所述典型石英部件半成品底板内侧处，开启所述半圆喷灯和所述环形喷灯，同时对所述典型石英部件半成品加热，并转动所述固定立柱卡盘和可移动立柱卡盘；
3)待所述典型石英部件半成品软化后，将所述可移动立柱卡盘连同成型装置一起移至所述典型石英部件半成品处，保证所述成型装置的端面与所述典型石英部件半成品法兰的端面靠紧，移开所述半圆喷灯和所述环形喷灯；
4)启动真空泵，保压预设时间后移开所述可移动立柱卡盘与所述成型装置，关闭所述真空泵，制成典型薄壁曲面石英部件。
在步骤1)之前，包括：
将典型石英部件半成品底板和典型石英部件半成品法兰整圈焊接，利用数控设备，将外部焊接熔融部位去除，并进行火焰抛光，制成所述典型石英部件半成品。
在步骤1)之前，还包括：
利用预设的三维软件计算典型薄壁曲面石英部件侧壁弧面的体积，根据所述典型薄壁曲面石英部件所需壁厚和计算得到的体积，模拟出成型装置内腔的轮廓；
将具有所述轮廓的内腔模具和外腔体通过粘接固定，所述内腔模具和所述外腔体端面固定齐平，保证密封性，制成所述成型装置。
步骤2)中，所述定立柱卡盘和所述可移动立柱卡盘的转速为20～60转每分钟。
步骤3)之前，包括：
将成型装置装夹至所述可移动立柱卡盘上，调整所述可移动立柱卡盘的卡爪，使所述可移动立柱卡盘与所述成型装置同心，同时与所述固定立柱卡盘同心；
将外腔体通过管螺纹孔与旋转接头装配，装配前在所述管螺纹孔内涂抹密封胶；
将硬管与所述旋转接头装配，装配前所述旋转接头涂抹密封胶；
将储气罐通过软管与硬管相连，所述储气罐连接真空泵。
步骤4)中，所述真空泵的压力调整至-0.5MPa～-0.8MPa，待压力达到-0.8MPa，进行保压3分钟～5分钟。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备及制造方法，具有如下优点：
1、通过制造设备及制造方法加工成型出的曲面，可以一次成型，并且尺寸精准，厚度一致，不需要再次进行手工研磨，节约了工时，减少使用金刚砂，降低了成本，提高了合格率，并且对环境友好；
2、通过制造设备及制造方法加工成型出的曲面无波浪纹，而且曲面光滑、透明，不需要手工研磨去除波浪纹，无需进行二次抛光，返修等，节约了能源，对人员的要求降低。
附图说明
图1为本发明制造设备的一种整体结构示意图；
图2为本发明制造设备的半剖示意图；
图3为本发明制造设备的成型装置爆炸示意图；
图4为本发明制造设备的内腔模具的一种结构示意图；
图5为本发明典型石英部件半成品的一种爆炸示意图；
图6为本发明典型石英部件半成品装夹时的一种结构示意图；
图7为本发明典型石英部件半成品加热时的一种结构示意图；
图8为本发明典型薄壁曲面石英部件制作时的一种结构半剖图；
图9为本发明薄壁曲面石英部件成品的一种结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1至图4，用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，包括真空泵1，储气罐2，软管3，硬管4，可移动立柱卡盘5，成型装置6，外腔体6-1，内腔模具6-2，星型镂空结构6-2-1，通孔6-2-2，半圆喷灯7，典型薄壁曲面石英部件8，典型石英部件半成品9，典型石英部件半成品底板9-1，典型石英部件半成品法兰9-2，固定立柱卡盘10，环形喷灯11，旋转接头12。
还包括玻璃灯工车床，玻璃灯工车床上设有两个可转动的立柱卡盘，可转动的立柱卡盘为现有结构，即通过设置有转子机构实现转动。两个立柱卡盘相对同心设置，两个立柱卡盘中的一个为可水平移动的可移动立柱卡盘5，另一个为固定的固定立柱卡盘10。可移动立柱卡盘5可通过现有技术中可在玻璃灯工车床上做水平移动的移动机构实现。例如齿轮和链条啮合式结构、伸缩气缸结构等。在其中一个立柱卡盘上装夹成型装置6，成型装置6优选装夹于可移动立柱卡盘5上。
参照图1和图2，成型装置6具有中空结构，成型装置6的一侧端面向内凹形成内腔，内腔的腔壁是所需部件的轮廓，内腔的腔壁上设有与中空结构联通的通孔6-2-2。成型装置6的另一侧端面上设有管螺纹孔，管螺纹孔联通中空结构，管螺纹孔连接旋转接头12，旋转接头12通过管路连接储气罐2，储气罐2连接真空泵1。具体的，管路管路包括硬管4和软管3，旋转接头12通过硬管4连接软管3，软管3连接储气罐2。硬管4的设计，使之既能固定，又能跟随可移动立柱卡盘5调节距离。
参照图2至图4，成型装置6包括外腔体6-1、设置在外腔体6-1内的内腔模具6-2，外腔体6-1与内腔模具6-2端面固定齐平，外腔体6-1与内腔模具6-2之间的夹层形成中空结构，外腔体6-1的侧壁中部设有管螺纹孔，内腔模具6-2的腔壁为内腔的腔壁，因此，内腔模具6-2的腔壁上设有与中空结构联通的通孔6-2-2。通孔6-2-2在内腔的腔壁上呈从中心到四周扇形分布。内腔模具6-2的侧壁中部为锥面结构，锥面结构开有交叉通气槽，交叉通气槽联通中空结构，交叉通气槽为星型镂空结构6-2-1。交叉通气槽的外侧槽面与外腔体6-1内侧侧面贴合。即如图2中所示，交叉通气槽的左侧槽面与外腔体6-1右侧侧面贴合。贴合时采用耐高温无机胶水黏贴固定。以便于保证密封性。优选，外腔体6-1的内壁与内腔模具6-2的外径间隙单侧为0.3mm-0.5mm，外腔体6-1的内侧侧壁与内腔模具6-2的外侧侧壁间隙为0.3mm-0.5mm。
参照图1和图7，玻璃灯工车床上还设有两个用于加热典型石英部件半成品9的半圆喷灯7，两个半圆喷灯7相对设置在两个立柱卡盘之间，两个半圆喷头底部固定在喷灯底座上，喷灯底座可水平移动。还包括环形喷灯11，环形喷灯11连接可水平移动的连接杆，环形喷灯11位于用于装夹加热典型石英部件半成品9的立柱卡盘的外侧，用于装夹加热典型石英部件半成品9的立柱卡盘上设有与外侧联通通孔，环形喷灯11通过连接杆的水平移动可伸入于通孔内。如图1中所示，固定立柱卡盘10上装夹加热典型石英部件半成品9，在固定立柱卡盘10的右侧设有环形喷灯11，需要加热时，环形喷灯11伸入于固定立柱卡盘10通孔内，对典型石英部件半成品9内侧进行加热。
参照图5至图9，用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，包括如下步骤：
1)参照图6，将典型石英部件半成品9装夹在固定立柱卡盘10上，调整固定立柱卡盘10，保证典型石英部件半成品9与固定立柱卡盘10同心，将典型石英部件半成品9的平面调平。
参照图5，典型石英部件半成品9包括典型石英部件半成品底板9-1和典型石英部件半成品法兰9-2，因此在本步骤之前，包括：
将典型石英部件半成品底板9-1和典型石英部件半成品法兰9-2整圈焊接，利用数控设备，将外部焊接熔融部位去除，并进行火焰抛光，制成典型石英部件半成品9。
由于本发明的目的是将典型石英部件半成品底板9-1形成如图9的典型薄壁曲面石英部件8那样，具有薄壁曲面，因此在本步骤之前，还包括对成型装置在制作：
利用预设的三维软件计算典型薄壁曲面石英部件8侧壁弧面(曲面、锥面)的体积，根据典型薄壁曲面石英部件8所需壁厚和计算得到的体积，模拟出成型装置6内腔的轮廓，模拟时典型石英部件半成品底板9-1的形状为一面平面，一面锥面，外轮廓尺寸相同，外径部位厚度等于典型薄壁曲面石英部件8所需的壁厚加上0.3mm-0.6mm，锥面顶部根据典型薄壁曲面石英部件8算出的体积。将具有轮廓的内腔模具6-2和外腔体6-1通过使用耐高温无机胶水粘接固定，内腔模具6-2和外腔体6-1端面固定齐平，保证密封性，制成成型装置6。固定时，优选外腔体6-1的内壁与内腔模具6-2的外径间隙单侧0.3mm-0.5mm，外腔体6-1与内腔模具6-2底部间隙0.3-0.5mm。
2)参照图7，将半圆喷灯7移至典型石英部件半成品底板9-1外侧处，将环形喷灯11移至典型石英部件半成品底板9-1内侧处，开启半圆喷灯7和环形喷灯11，同时对典型石英部件半成品9加热，并转动固定立柱卡盘10和可移动立柱卡盘5。
本步骤中，定立柱卡盘和可移动立柱卡盘5的转速为20～60转每分钟。
3)参照图8，待典型石英部件半成品9软化后，将可移动立柱卡盘5连同成型装置6一起移至典型石英部件半成品9处，保证成型装置6的端面与典型石英部件半成品法兰9-2的端面靠紧，移开半圆喷灯7和环形喷灯11。
在本步骤之前，包括：
将成型装置6装夹至可移动立柱卡盘5上，调整可移动立柱卡盘5的卡爪，使可移动立柱卡盘5与成型装置6同心，同时与固定立柱卡盘10同心；将外腔体6-1通过管螺纹孔与旋转接头12装配，装配前在管螺纹孔内涂抹密封胶；将硬管4与旋转接头12装配，装配前旋转接头12涂抹密封胶；将储气罐2通过软管3与硬管4相连，储气罐2连接真空泵1。
4)启动真空泵1，保压预设时间后移开可移动立柱卡盘5与成型装置6，关闭真空泵1，如图9中所示，制成典型薄壁曲面石英部件8。
本步骤中，真空泵1的压力调整至-0.5MPa～-0.8MPa，待压力达到-0.8MPa，进行保压3分钟～5分钟后移开可移动立柱卡盘5与成型装置6，关闭真空泵1，制成典型薄壁曲面石英部件8。
通过本发明的制造设备及制造方法，利用成型装置内腔模具6-2的内壁成型面保证了典型薄壁曲面石英部件8的外径尺寸，利用三维软件计算涉及的典型石英部件半成品底板9-1及内腔模具微孔6-2-2以及真空泵1的真空原理，保证了典型薄壁曲面石英部件8的壁厚，以及典型薄壁曲面石英部件8的全透明外观，没有现有加工工艺产生的波浪纹等缺陷，减少了对人工的依赖，使典型薄壁曲面石英部件8在一次成型后即达到了产品的原始要求，无需二次甚至三次修复加工等，提高了产品的良率，降低了加工周期，以及加工成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，包括玻璃灯工车床，所述玻璃灯工车床上设有两个可转动的立柱卡盘，两个所述立柱卡盘相对同心设置，其特征在于，两个所述立柱卡盘中的一个为可水平移动的可移动立柱卡盘，另一个为固定的固定立柱卡盘；
在其中一个所述立柱卡盘上装夹成型装置，所述成型装置具有中空结构；
所述成型装置的一侧端面向内凹形成内腔，所述内腔的腔壁是所需部件的轮廓，所述内腔的腔壁上设有与所述中空结构联通的通孔；
所述成型装置的另一侧端面上设有管螺纹孔，所述管螺纹孔联通所述中空结构，所述管螺纹孔连接旋转接头，所述旋转接头通过管路连接储气罐，所述储气罐连接真空泵；
所述玻璃灯工车床上还设有两个用于加热典型石英部件半成品的半圆喷灯，两个所述半圆喷灯相对设置在两个所述立柱卡盘之间，两个所述半圆喷灯底部固定在喷灯底座上，所述喷灯底座可水平移动；
还包括一环形喷灯，所述环形喷灯连接可水平移动的连接杆，所述环形喷灯位于所述固定立柱卡盘的外侧，所述固定立柱卡盘上设有与外侧联通的通孔，所述环形喷灯通过所述连接杆的水平移动可伸入于所述通孔内。
2.如权利要求1所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，其特征在于，所述成型装置装夹于所述可移动立柱卡盘上；
所述成型装置包括外腔体、设置在所述外腔体内的内腔模具，所述外腔体与所述内腔模具端面固定齐平，所述外腔体与所述内腔模具之间的夹层形成所述中空结构，所述外腔体的侧壁中部设有所述管螺纹孔，所述内腔模具的腔壁为所述内腔的腔壁。
3.如权利要求2所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，其特征在于，所述通孔在所述内腔的腔壁上呈从中心到四周扇形分布；
所述内腔模具的侧壁中部为锥面结构，所述锥面结构开有交叉通气槽，所述交叉通气槽联通所述中空结构，所述交叉通气槽为星型镂空结构；
所述交叉通气槽的外侧槽面与所述外腔体内侧侧面贴合。
4.如权利要求2所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，其特征在于，所述外腔体的内壁与所述内腔模具的外径间隙单侧为0.3mm-0.5mm，所述外腔体的内侧侧壁与所述内腔模具的外侧侧壁间隙为0.3mm-0.5mm。
5.如权利要求1所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备，其特征在于，所述管路包括硬管和软管，所述旋转接头通过所述硬管连接所述软管，所述软管连接所述储气罐。
6.用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，采用权利要求1至5中任意一项所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造设备进行制造，包括如下步骤：
1)将典型石英部件半成品装夹在固定立柱卡盘上，调整所述固定立柱卡盘，保证所述典型石英部件半成品与所述固定立柱卡盘同心，将所述典型石英部件半成品的平面调平；
2)将半圆喷灯移至所述典型石英部件半成品底板外侧处，将环形喷灯移至所述典型石英部件半成品底板内侧处，开启所述半圆喷灯和所述环形喷灯，同时对所述典型石英部件半成品加热，并转动所述固定立柱卡盘和可移动立柱卡盘；
3)待所述典型石英部件半成品软化后，将所述可移动立柱卡盘连同成型装置一起移至所述典型石英部件半成品处，保证所述成型装置的端面与所述典型石英部件半成品法兰的端面靠紧，移开所述半圆喷灯和所述环形喷灯；
4)启动真空泵，保压预设时间后移开所述可移动立柱卡盘与所述成型装置，关闭所述真空泵，制成典型薄壁曲面石英部件。
7.如权利要求6所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，其特征在于，在步骤1)之前，包括：
将典型石英部件半成品底板和典型石英部件半成品法兰整圈焊接，利用数控设备，将外部焊接熔融部位去除，并进行火焰抛光，制成所述典型石英部件半成品。
8.如权利要求6所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，其特征在于，在步骤1)之前，还包括：
利用预设的三维软件计算典型薄壁曲面石英部件侧壁弧面的体积，根据所述典型薄壁曲面石英部件所需壁厚和计算得到的体积，模拟出成型装置内腔的轮廓；
将具有所述轮廓的内腔模具和外腔体通过粘接固定，所述内腔模具和所述外腔体端面固定齐平，保证密封性，制成所述成型装置。
9.如权利要求7或8所述的用于薄壁曲面半导体用石英部件的制造方法，其特征在于，步骤3)之前，包括：
将成型装置装夹至所述可移动立柱卡盘上，调整所述可移动立柱卡盘的卡爪，使所述可移动立柱卡盘与所述成型装置同心，同时与所述固定立柱卡盘同心；
将外腔体通过管螺纹孔与旋转接头装配，装配前在所述管螺纹孔内涂抹密封胶；
将硬管与所述旋转接头装配，装配前所述旋转接头涂抹密封胶；
将储气罐通过软管与硬管相连，所述储气罐连接真空泵。
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