CN116810972A - 一种碳化硅承片台的成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域,尤其公开了一种碳化硅承片台的成型工艺,包括以下步骤;S1、碳化硅浆料的配置;S2、碳化硅湿坯的成型;S3、碳化硅干坯的形成;S4、碳化硅干坯的正面和背面预打磨;S5、碳化硅干坯粗钻孔,S6、碳化硅干坯正面和背面粗铣面;S7、碳化硅干坯粗钻孔;S8、碳化硅干坯烧结得到承片台毛坯;S9、对承片台毛坯双面平行度矫正并粗打磨;S10、承片台毛坯精加工,S11、正反两面精细研磨;S12、对承片台毛坯的中心圆台面进行再次研磨;S13、激光雕刻形成支撑凸点;S14、手工研磨形成承片台成品。该成型工艺能够降低碳化硅成片台的加工难度,缩短加工时间,提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种碳化硅承片台的成型工艺。
背景技术
碳化硅承片台是光刻机工件台的最重要部件之一,用以承载硅片,专利号为202011461527 .6的专利中公开了一种周期性结构、承片台及其制造方法,该制作方法中,制作得到的碳化硅干坯经过预烧结、烧结得到承片台毛坯,而后对所述承片台毛坯进行精加工及表面处理,以得到承片台成品。然这种制作方法存在一个比较大的缺陷是:整个精加工都是在烧结后的承片台毛坯上进行,而烧结后的承片台毛坯硬度非常硬,承片台毛坯在常温条件下莫氏硬度高达9.3,因此,在精加工难度非常大,很难保证承片台的各平面的平面度和通孔、通道的精度,并且由于硬度非常大,加工的效率会非常低,每个承片台的加工时间非常长,并且加工的刀具也更容易损坏,加工的精度难以保证,同时,在承片台干坯烧结形成承片台毛坯的过程中会发生一定量的变形和尺寸收缩的情况,因此承片台毛坯一般都是保证足够的加工余量,避免在烧结后的尺寸出现负偏差,因此,将承片台毛坯加工到成品,需要加工的余量也跟多,加工的时间进一步变长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种碳化硅承片台的成型工艺,该成型工艺能够降低碳化硅成片台的加工难度,缩短加工时间,提高加工效率。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种碳化硅承片台的成型工艺,包括以下步骤:
S1、将碳化硅粉末分散于预混合液中混合得到碳化硅浆料;
S2、将碳化硅粉末除泡后导入到承片台模具中挤压形成碳化硅湿坯;经过承片台模具成型后的碳化硅湿坯包括板部,该板部的正面包括一个中心圆台面和处于中心圆台面外侧的外周正面圆环面,该外周正面圆环面低于中心圆台面;所述板部的背面包括同心的中心圆形沉槽、第一外周背面圆环面和第二外周背面圆环面,所述中心圆形沉槽处于板部的中心,所述第一外周背面圆环面处于中心圆形沉槽外部,所述第二外周背面圆环面处于第一外周背面圆环面的外部且低于第一外周背面圆环面;所述板部上设置了三个成等边三角形布置且处于中心圆台面上的三个顶针通过孔,板部上还设置有处于外周正面圆环面上且贯穿所述板部的安装条孔,板部的背面位于安装条孔的内侧和外侧设置有内侧直线条形槽和外侧直线条形槽,所述内侧直线条形槽的槽底高于外侧直线条形槽,所述板部的背面的第一外周背面圆环面上设置有两个条状弧形槽;
S3、对碳化硅湿坯干燥形成碳化硅干坯;
S4、对碳化硅干坯的正面和背面进行预打磨,使碳化硅干坯的正面和背面的平行度满足要求;
S5、将预打磨的碳化硅干坯夹装后进行粗钻孔,包括以下分步骤;
S51、将碳化硅干坯夹持固定在工作台上且背面朝上;
S52、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯的指定位置进行钻孔形成若干个定位孔、若干个安装孔和一个抽真空孔;
S53、将碳化硅干坯的正面朝上并固定在工作台上;
S54、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯正面的指定位置钻孔形成三组成直线分布的吸气盲孔,每组吸气盲孔所处的直线指向碳化硅干坯的中心且相交;
S6、对碳化硅干坯正面和背面进行粗铣面操作,包括以下分步骤:
S61、将碳化硅干坯背面朝上放置在铣床工作台上并从侧面夹持碳化硅干坯;
S62、依次对第一外周背面圆环面铣面、第二外周背面圆环面和中心圆形沉槽的侧壁及槽底面进行铣面操作,铣面的深度为0.5-1mm/次,铣刀转速2500-3000r/min,铣刀行走速度为800-1500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的外侧进刀或者从定位孔、安装孔或抽真空孔内进刀,铣刀的直径小于各孔的直径,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀;
S63、对两个条状弧形槽、内侧直线条形槽、外侧直线条形槽和安装条孔进行铣面,其中铣面的深度为0.2-0.3mm/次,铣刀转速500-800r/min,铣刀行走速度为300-500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的边缘进刀,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀;当遇到拐角时铣刀行走速度降低为当前行走速度的50%;
S64、将碳化硅干坯翻面,使其正面朝上放置在铣床工作台上,第一外周背面圆环面作为基准面与铣床工作台面面接触定位,从侧面夹持碳化硅干坯;
S65、按照步骤S62的铣面参数依次对中心圆台面和外周正面圆环面进行铣面;
S7、对碳化硅干坯进行粗钻孔,包括以下步骤:
S71、将碳化硅干坯正面朝上放置在钻孔工作台上,以第一外周背面圆环面作为基准面,利用三个穿过所述顶针通过孔的固定杆和螺母压块将碳化硅干坯固定;而后调整工位台的位置,使碳化硅干坯的正面处于竖直平面并驱动碳化硅干坯旋转,使其中一组的吸气盲孔所在直线处于竖直线上;
S72、利用直径为3mm、长度为70mm的短钻头沿吸气盲孔所在直线进行钻孔,短钻头转速为600-900r/min,短钻头钻孔深度为50mm;
S73、利用直径为3mm、长度为150mm的长钻头沿短钻头钻好的孔继续钻孔,长钻头转速为600-900r/min,长钻头再次钻孔深度为50mm,从而形成深度为100mm的侧气流通孔,长钻头钻孔的过程中逐个将吸气盲孔与侧气流通孔连通形成吸气孔,在吸气孔形成的过程中利用气嘴从吸气孔吹气清灰及对钻头冷却;
S74、再利用直径大于3mm的粗钻头对侧气流通孔再次钻孔,钻孔深度为8mm形成台阶孔;
S75、旋转碳化硅干坯,依次使其他组的吸气盲孔所在直线处于竖直线上;
S76、重复步骤S73和S74,完成所有侧气流通孔的加工;
S8、将粗加工后的碳化硅干坯放入烧结炉中进行烧结得到承片台毛坯;
S9、对承片台毛坯进行双面平行度矫正并粗打磨,粗打磨的承片台毛坯留有方便后续精加工的余量,使其承片台毛坯的正面和背面的各平面的平行度满足毛坯设计要求;
S10、将承片台毛坯放入到数控机床中进行精加工,其中,先对各定位孔、安装孔、抽真空孔和顶针通过孔进行铣孔,再对安装条孔、内侧直线条形槽、外侧直线条形槽和条状弧形槽进行铣槽,铣孔时的铣刀小于对应孔的孔径;铣刀插入到对应孔的孔内且铣刀的外周面与孔内壁内切接触开始铣孔;铣槽时利用铣刀与各槽的槽侧壁相切进行侧壁铣面,侧壁铣面完成后铣刀下降与各槽的槽底面接触进行槽底铣面,铣孔和铣槽完成后再利用铣刀对承片台毛坯的外周面进行外切铣面;
S11、对承片台毛坯的正反两面的平面进行精细研磨,使平面精度和平行度满足图纸设计要求;
S12、对承片台毛坯的中心圆台面进行再次研磨,使其精度达到10-40nm,
S13、将承片台毛坯固定在激光雕刻机上,通过激光对中心圆台面进行雕刻,使中心圆台面上形成若干个间隔设置的支撑凸点;
S14、将经过步骤S13完成的承片台毛坯进行手工研磨,形成最终的承片台成品。
其中进一步优选的,所述步骤S6中,碳化硅干坯的闲置时间越长,铣刀的行走速度降低越多,铣面的深度越浅。
其中进一步优选的,所述步骤S8中,烧结温度2000-2500℃,烧结时间24-36h,烧结过程中,在烧结炉中垫一块水平垫板,碳化硅干坯放在水平垫板上,上方通过水平压块压住碳化硅干坯,因此,通过水平垫板和水平压块可以保证碳化硅干坯烧制过程中的平整度,尽可能的减少烧制过程中的变形。
其中进一步优选的,所述步骤S9中对承片台毛坯进行双面平行度矫正并粗打磨的具体步骤如下:
S91、将烧制后的承片台毛坯放置在水平台面上,使背面朝上,正面的中心圆台面与水平台面接触;利用测高器对背面的变形量进行测量并划分至少四个区域标定各区域的变形量数值;
S92、将承片台毛坯背面朝上放置在平面磨床的工作台上,根据步骤S91的测高的结果对承片台毛坯进行矫正;在承片台毛坯的底部放置垫片使变形量最高区域的横截面的中点与相对侧的外圆周的中点连线处于水平面;利用水平磨床的打磨砂轮试探性与整个背面接触,当打磨砂轮与背面待加工面至少有三个接触区域时,调整结束;
S93、将承片台毛坯固定依次对第一外周背面圆环面、第一外周背面圆环面和中心圆形沉槽进行打磨;
S94、将承片台毛坯翻面,使其正面朝上,第一外周背面圆环面作为基准面与平面磨床的工作台面接触,依次对外周正面圆环面和中心圆台面进行打磨,完成双面平行度矫正及粗打磨,该步骤中,利用测高的结果对承片台毛坯进行矫正;在承片台毛坯的底部放置垫片使变形量最高区域的横截面的中点与相对侧的外圆周的中点连线处于水平面;利用水平磨床的打磨砂轮试探性与整个背面接触,当打磨砂轮与背面待加工面至少有三个接触区域时,经过矫正后的承片台毛坯并不需要对加工背面最高点和最低点之间的区域进行铣削,而是以最高区域的横截面的中点与相对侧的外圆周的中点连线处于水平面,这样就尽可能的减少了后续精加工的铣削量,进一步缩短铣削时间。
其中进一步优选的,所述步骤S13中,在激光雕刻的过程中,将承片台毛坯放置在冷却液中,该冷却液的液面处于承片台毛坯厚度的1/3-2/3处,这样可以对承片台毛坯进行散热,避免激光雕刻过程中承片台毛坯温度过高。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:1、该成型工艺在成型碳化硅湿坯时,不但将板部成型,而且将外周正面圆环面、中心圆台面、第一外周背面圆环面、第二外周背面圆环面、中心圆形沉槽、顶针通过孔、安装条孔、内侧直线条形槽、外侧直线条形槽和条状弧形槽都成型,这样在后续加工时只需要对上述的区域进行平面加工或者钻孔使其精度满足设计要求即可,而无需在后续的机械加工过程中成型上述部位和区域,减少了成型难度;2、由于在形成了碳化硅干坯后,对碳化硅干坯的正面和背面进行预打磨,这样可以方便后续对干坯进行粗钻孔和粗铣面,而由于碳化硅干坯是未经过烧结的,其硬度远远小于烧结后的承片台毛坯,这样粗钻孔和粗铣面的加工效率更高,加工难度更低;3、采用了合适的粗钻孔和粗铣面的工艺参数,可以避免在粗钻孔和粗铣面时出现崩边或者破碎的情况;尤其是在粗钻孔时,先采用了短钻头进行钻孔,然后再更换长钻头进行钻孔,这样可以减少钻孔时钻头的甩动,避免钻头发生晃动而导致钻孔质量变差;而钻孔时通过气流从吸气孔吹气清灰及对钻头冷却,也可以进一步保证钻孔的质量;4、该成型工艺中,经过了对碳化硅干坯的粗加工后,经过烧结后得到的承片台毛坯精度已经与承片台成品的精度接近,因此在后续的精加工时,铣削加工量就比较少,精加工的难度就比较低,极大的缩短了加工时间。
因此,该成型工艺相比目前的加工工艺,缩短了加工时间,降低了加工难度,并且还更容易保证加工质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的碳化硅干坯的正面立体图;
图2是本发明实施例的碳化硅干坯的背面立体图;
图3是本发明实施例的承片台成品的正面立体图;
图4是本发明实施例的承片台成品的背面立体图;
图5是本发明实施例的承片台成品的正面示意图;
图6是图5在A-A处的剖视图;
图7是本发明实施例的承片台成品的侧面示意图;
图8是图7在B-B处的剖视图;
附图中:100、碳化硅干坯;200、承片台毛坯;1、中心圆台面;2、外周正面圆环面;3、安装条孔;4、顶针通过孔;5、吸气盲孔;6、定位安装孔;7、中心圆形沉槽;8、第一外周背面圆环面;9、第二外周背面圆环面;10、条状弧形槽;11、安装孔;12、抽真空孔; 13、定位孔;14、内侧直线条形槽;15、外侧直线条形槽;16、侧气流通孔;17、封堵头。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至图8所示,一种碳化硅承片台的成型工艺,包括以下步骤:
S1、将碳化硅粉末分散于预混合液中混合得到碳化硅浆料,其中预混合液可以采用目前碳化硅承片台制作工艺中现有的预混合液,例如,所述预混合液由单体、交联剂和分散剂按一定比例配制而成,其中单体可以采用丙烯酸胺,交联剂采用N,N’-亚甲基双丙烯酸胺,分散剂采用四甲基氢氧化铵;
S2、将碳化硅粉末除泡后导入到承片台模具中挤压形成碳化硅湿坯;经过承片台模具成型后的碳化硅湿坯包括板部,该板部的正面包括一个中心圆台面1和处于中心圆台面1外侧的外周正面圆环面2,该外周正面圆环面2低于中心圆台面1,其高度差为3.0-3.2mm;所述板部的背面包括同心的中心圆形沉槽7、第一外周背面圆环面8和第二外周背面圆环面9,所述中心圆形沉槽7处于板部的中心,所述第一外周背面圆环面8处于中心圆形沉槽7外部,所述第二外周背面圆环面9处于第一外周背面圆环面8的外部且低于第一外周背面圆环面8,其中,中心圆形沉槽7与第一外周背面圆环面8之间的高度差为4.0-4.4mm,第二外周背面圆环面9与第一外周背面圆环面8的高度差为1.4-1.6mm;所述板部上设置了三个成等边三角形布置且处于中心圆台面1上的三个顶针通过孔4,板部上还设置有处于外周正面圆环面2上且贯穿所述板部的安装条孔3,板部的背面位于安装条孔3的内侧和外侧设置有内侧直线条形槽14和外侧直线条形槽15,所述内侧直线条形槽14的槽底高于外侧直线条形槽15,所述板部的背面的第一外周背面圆环面8上设置有两个条状弧形槽10;
S3、对碳化硅湿坯干燥形成碳化硅干坯100;
S4、对碳化硅干坯100的正面和背面进行预打磨,使碳化硅干坯100的正面和背面的平行度满足要求,方便为后续粗钻孔和粗铣面提供基准面,精度更高;
S5、将预打磨的碳化硅干坯100夹装后进行粗钻孔,包括以下分步骤;
S51、将碳化硅干坯100夹持固定在工作台上且背面朝上;
S52、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯100的指定位置进行钻孔形成若干个定位孔13、若干个安装孔11和一个抽真空孔12;
S53、将碳化硅干坯100的正面朝上并固定在工作台上;
S54、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯100正面的指定位置钻孔形成三组成直线分布的吸气盲孔5,每组吸气盲孔5所处的直线指向碳化硅干坯100的中心且相交,而本实施例中,碳化硅成片台上位于外周正面圆环面2上还设置有两个定位安装孔6,该定位安装孔6位于中心圆台面1的四周,该定位安装孔6为盲孔且用于安装滚轮,方便对放置在中心圆台面1上的硅片进行定位,该定位安装孔6也在该步骤中一起钻孔完成;
S6、对碳化硅干坯100正面和背面进行粗铣面操作,包括以下分步骤:
S61、将碳化硅干坯100背面朝上放置在铣床工作台上并从侧面夹持碳化硅干坯100;
S62、依次对第一外周背面圆环面8铣面、第二外周背面圆环面9和中心圆形沉槽7的侧壁及槽底面进行铣面操作,铣面的深度为0.5-1mm/次,铣刀转速2500-3000r/min,铣刀行走速度为800-1500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的外侧进刀或者从定位孔13、安装孔11或抽真空孔12内进刀,铣刀的直径小于各孔的直径,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀,其中,碳化硅干坯100的闲置时间越长,铣刀的行走速度降低越多,铣面的深度越浅,通过控制铣刀的进刀位置、行走速度、铣刀转速和铣面深度可以有效的避免碳化硅干坯100的局部破裂;保证铣面的质量。
S63、对两个条状弧形槽10、内侧直线条形槽14、外侧直线条形槽15和安装条孔3进行铣面,其中铣面的深度为0.2-0.3mm/次,铣刀转速500-800r/min,铣刀行走速度为300-500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的边缘进刀,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀;当遇到拐角时铣刀行走速度降低为当前行走速度的50%;
S64、将碳化硅干坯100翻面,使其正面朝上放置在铣床工作台上,第一外周背面圆环面8作为基准面与铣床工作台面面接触定位,从侧面夹持碳化硅干坯100;
S65、按照步骤S62的铣面参数依次对中心圆台面1和外周正面圆环面2进行铣面;
S7、对碳化硅干坯100进行粗钻孔,包括以下步骤:
S71、将碳化硅干坯100正面朝上放置在钻孔工作台上,以第一外周背面圆环面8作为基准面,利用三个穿过所述顶针通过孔4的固定杆和螺母压块将碳化硅干坯100固定;而后调整工位台的位置,使碳化硅干坯100的正面处于竖直平面并驱动碳化硅干坯100旋转,使其中一组的吸气盲孔5所在直线处于竖直线上;
S72、利用直径为3mm、长度为70mm的短钻头沿吸气盲孔5所在直线进行钻孔,短钻头转速为600-900r/min,短钻头钻孔深度为50mm;
S73、利用直径为3mm、长度为150mm的长钻头沿短钻头钻好的孔继续钻孔,长钻头转速为600-900r/min,长钻头再次钻孔深度为50mm,从而形成深度为100mm的侧气流通孔16,长钻头钻孔的过程中逐个将吸气盲孔5与侧气流通孔16连通形成吸气孔,在吸气孔形成的过程中利用气嘴从吸气孔吹气清灰及对钻头冷却,其中一个侧气流通孔16还将抽真空孔12连通;
S74、再利用直径大于3mm的粗钻头对侧气流通孔16再次钻孔,钻孔深度为8mm形成台阶孔,该台阶孔是用来安装封堵头17,从而使侧气流通孔16形成一个封堵的气流通道,方便抽真空;
S75、旋转碳化硅干坯100,依次使其他组的吸气盲孔5所在直线处于竖直线上;
S76、重复步骤S73和S74,完成所有侧气流通孔16的加工;
S8、将粗加工后的碳化硅干坯100放入烧结炉中进行烧结得到承片台毛坯200;烧结温度2000-2500℃,烧结时间24-36h,烧结过程中,在烧结炉中垫一块水平垫板,碳化硅干坯100放在水平垫板上,上方通过水平压块压住碳化硅干坯100,因此,通过水平垫板和水平压块可以保证碳化硅干坯100烧制过程中的平整度,尽可能的减少烧制过程中的变形。
S9、对承片台毛坯200进行双面平行度矫正并粗打磨,粗打磨的承片台毛坯200留有方便后续精加工的余量,使其承片台毛坯200的正面和背面的各平面的平行度满足毛坯设计要求;
所述步骤S9中对承片台毛坯200进行双面平行度矫正并粗打磨的具体步骤如下:
S91、将烧制后的承片台毛坯200放置在水平台面上,使背面朝上,正面的中心圆台面1与水平台面接触;利用测高器对背面的变形量进行测量并划分至少四个区域标定各区域的变形量数值,这样就可以确定背面的变形量最高的高度区域和变形量最低的高度区域,并且对其标记;
S92、将承片台毛坯200背面朝上放置在平面磨床的工作台上,根据步骤S91的测高的结果对承片台毛坯200进行矫正;在承片台毛坯200的底部放置垫片使变形量最高区域的横截面的中点与相对侧的外圆周的中点连线处于水平面;利用水平磨床的打磨砂轮试探性与整个背面接触,当打磨砂轮与背面待加工面至少有三个接触区域时,调整结束;经过该调整后,需要背面打磨的绝对铣削量转换为相对铣削量,若不经过该调整,则对于背面打磨时需要将变形量最高区域中高出的高度都打磨,而本身烧结后的承片台毛坯200硬度非常硬,打磨的时间非常长,而调整后,上述两中点的连线由原来的倾斜调整为水平,这样打磨的部位高度就减少,从而提高了打磨的效率,缩短打磨时间。
S93、将承片台毛坯200固定依次对第一外周背面圆环面8、第一外周背面圆环面8和中心圆形沉槽7进行打磨;
S94、将承片台毛坯200翻面,使其正面朝上,第一外周背面圆环面8作为基准面与平面磨床的工作台面接触,依次对外周正面圆环面2和中心圆台面1进行打磨,完成双面平行度矫正及粗打磨。
S10、将承片台毛坯200放入到数控机床中进行精加工,其中,先对各定位孔13、安装孔11、抽真空孔12、定位安装孔6和顶针通过孔4进行铣孔,再对安装条孔3、内侧直线条形槽14、外侧直线条形槽15和条状弧形槽10进行铣槽,铣孔时的铣刀小于对应孔的孔径;铣刀插入到对应孔的孔内且铣刀的外周面与孔内壁内切接触开始铣孔;铣槽时利用铣刀与各槽的槽侧壁相切进行侧壁铣面,侧壁铣面完成后铣刀下降与各槽的槽底面接触进行槽底铣面,铣孔和铣槽完成后再利用铣刀对承片台毛坯200的外周面进行外切铣面;
S11、对承片台毛坯200的正反两面的平面进行精细研磨,使平面精度和平行度满足图纸设计要求;
S12、对承片台毛坯200的中心圆台面1进行再次研磨,使其精度达到10-40nm,
S13、将承片台毛坯200固定在激光雕刻机上,通过激光对中心圆台面1进行雕刻,使中心圆台面1上形成若干个间隔设置的支撑凸点;所述步骤S13中,在激光雕刻的过程中,将承片台毛坯200放置在冷却液中,该冷却液的液面处于承片台毛坯200厚度的1/3-2/3处,这样可以对承片台毛坯200进行散热,避免激光雕刻过程中承片台毛坯200温度过高。
S14、将经过步骤S13完成的承片台毛坯200进行手工研磨,形成最终的承片台成品。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述,不作为对本发明范围的限定,在不脱离本发明设计精神的基础上,对本发明技术方案作出的各种变形和改造,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种碳化硅承片台的成型工艺,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将碳化硅粉末分散于预混合液中混合得到碳化硅浆料;
S2、将碳化硅粉末除泡后导入到承片台模具中挤压形成碳化硅湿坯;经过承片台模具成型后的碳化硅湿坯包括板部,该板部的正面包括一个中心圆台面和处于中心圆台面外侧的外周正面圆环面,该外周正面圆环面低于中心圆台面;所述板部的背面包括同心的中心圆形沉槽、第一外周背面圆环面和第二外周背面圆环面,所述中心圆形沉槽处于板部的中心,所述第一外周背面圆环面处于中心圆形沉槽外部,所述第二外周背面圆环面处于第一外周背面圆环面的外部且低于第一外周背面圆环面;所述板部上设置了三个成等边三角形布置且处于中心圆台面上的三个顶针通过孔,板部上还设置有处于外周正面圆环面上且贯穿所述板部的安装条孔,板部的背面位于安装条孔的内侧和外侧设置有内侧直线条形槽和外侧直线条形槽,所述内侧直线条形槽的槽底高于外侧直线条形槽,所述板部的背面的第一外周背面圆环面上设置有两个条状弧形槽;
S3、对碳化硅湿坯干燥形成碳化硅干坯;
S4、对碳化硅干坯的正面和背面进行预打磨,使碳化硅干坯的正面和背面的平行度满足要求;
S5、将预打磨的碳化硅干坯夹装后进行粗钻孔,包括以下分步骤;
S51、将碳化硅干坯夹持固定在工作台上且背面朝上;
S52、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯的指定位置进行钻孔形成若干个定位孔、若干个安装孔和一个抽真空孔;
S53、将碳化硅干坯的正面朝上并固定在工作台上;
S54、按照设计图纸要求,在碳化硅干坯正面的指定位置钻孔形成三组成直线分布的吸气盲孔,每组吸气盲孔所处的直线指向碳化硅干坯的中心且相交;
S6、对碳化硅干坯正面和背面进行粗铣面操作,包括以下分步骤:
S61、将碳化硅干坯背面朝上放置在铣床工作台上并从侧面夹持碳化硅干坯;
S62、依次对第一外周背面圆环面铣面、第二外周背面圆环面和中心圆形沉槽的侧壁及槽底面进行铣面操作,铣面的深度为0.5-1mm/次,铣刀转速2500-3000r/min,铣刀行走速度为800-1500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的外侧进刀或者从定位孔、安装孔或抽真空孔内进刀,铣刀的直径小于各孔的直径,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀;
S63、对两个条状弧形槽、内侧直线条形槽、外侧直线条形槽和安装条孔进行铣面,其中铣面的深度为0.2-0.3mm/次,铣刀转速500-800r/min,铣刀行走速度为300-500mm/min;铣面时铣刀从待铣平面的边缘进刀,铣刀按照螺旋画圈的形式进刀;当遇到拐角时铣刀行走速度降低为当前行走速度的50%;
S64、将碳化硅干坯翻面,使其正面朝上放置在铣床工作台上,第一外周背面圆环面作为基准面与铣床工作台面面接触定位,从侧面夹持碳化硅干坯;
S65、按照步骤S62的铣面参数依次对中心圆台面和外周正面圆环面进行铣面;
S7、对碳化硅干坯进行粗钻孔,包括以下步骤:
S71、将碳化硅干坯正面朝上放置在钻孔工作台上,以第一外周背面圆环面作为基准面,利用三个穿过所述顶针通过孔的固定杆和螺母压块将碳化硅干坯固定;而后调整工位台的位置,使碳化硅干坯的正面处于竖直平面并驱动碳化硅干坯旋转,使其中一组的吸气盲孔所在直线处于竖直线上;
S72、利用直径为3mm、长度为70mm的短钻头沿吸气盲孔所在直线进行钻孔,短钻头转速为600-900r/min,短钻头钻孔深度为50mm;
S73、利用直径为3mm、长度为150mm的长钻头沿短钻头钻好的孔继续钻孔,长钻头转速为600-900r/min,长钻头再次钻孔深度为50mm,从而形成深度为100mm的侧气流通孔,长钻头钻孔的过程中逐个将吸气盲孔与侧气流通孔连通形成吸气孔,在吸气孔形成的过程中利用气嘴从吸气孔吹气清灰及对钻头冷却;
S74、再利用直径大于3mm的粗钻头对侧气流通孔再次钻孔,钻孔深度为8mm形成台阶孔;
S75、旋转碳化硅干坯,依次使其他组的吸气盲孔所在直线处于竖直线上;
S76、重复步骤S73和S74,完成所有侧气流通孔的加工;
S8、将粗加工后的碳化硅干坯放入烧结炉中进行烧结得到承片台毛坯;
S9、对承片台毛坯进行双面平行度矫正并粗打磨,粗打磨的承片台毛坯留有方便后续精加工的余量,使其承片台毛坯的正面和背面的各平面的平行度满足毛坯设计要求;
S10、将承片台毛坯放入到数控机床中进行精加工,其中,先对各定位孔、安装孔、抽真空孔和顶针通过孔进行铣孔,再对安装条孔、内侧直线条形槽、外侧直线条形槽和条状弧形槽进行铣槽,铣孔时的铣刀小于对应孔的孔径;铣刀插入到对应孔的孔内且铣刀的外周面与孔内壁内切接触开始铣孔;铣槽时利用铣刀与各槽的槽侧壁相切进行侧壁铣面,侧壁铣面完成后铣刀下降与各槽的槽底面接触进行槽底铣面,铣孔和铣槽完成后再利用铣刀对承片台毛坯的外周面进行外切铣面;
S11、对承片台毛坯的正反两面的平面进行精细研磨,使平面精度和平行度满足图纸设计要求;
S12、对承片台毛坯的中心圆台面进行再次研磨,使其精度达到10-40nm,
S13、将承片台毛坯固定在激光雕刻机上,通过激光对中心圆台面进行雕刻,使中心圆台面上形成若干个间隔设置的支撑凸点;
S14、将经过步骤S13完成的承片台毛坯进行手工研磨,形成最终的承片台成品。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅承片台的成型工艺,其特征在于:所述步骤S6中,碳化硅干坯的闲置时间越长,铣刀的行走速度降低越多,铣面的深度越浅。
3.如权利要求1所述的一种碳化硅承片台的成型工艺,其特征在于:所述步骤S8中,烧结温度2000-2500℃,烧结时间24-36h,烧结过程中,在烧结炉中垫一块水平垫板,碳化硅干坯放在水平垫板上,上方通过水平压块压住碳化硅干坯。
4.如权利要求1所述的一种碳化硅承片台的成型工艺,其特征在于:所述步骤S9中对承片台毛坯进行双面平行度矫正并粗打磨的具体步骤如下:
S91、将烧制后的承片台毛坯放置在水平台面上,使背面朝上,正面的中心圆台面与水平台面接触;利用测高器对背面的变形量进行测量并划分至少四个区域标定各区域的变形量数值;
S92、将承片台毛坯背面朝上放置在平面磨床的工作台上,根据步骤S91的测高的结果对承片台毛坯进行矫正;在承片台毛坯的底部放置垫片使变形量最高区域的横截面的中点与相对侧的外圆周的中点连线处于水平面;利用水平磨床的打磨砂轮试探性与整个背面接触,当打磨砂轮与背面待加工面至少有三个接触区域时,调整结束;
S93、将承片台毛坯固定依次对第一外周背面圆环面、第一外周背面圆环面和中心圆形沉槽进行打磨;
S94、将承片台毛坯翻面,使其正面朝上,第一外周背面圆环面作为基准面与平面磨床的工作台面接触,依次对外周正面圆环面和中心圆台面进行打磨,完成双面平行度矫正及粗打磨。
5.如权利要求1所述的一种碳化硅承片台的成型工艺,其特征在于:所述步骤S13中,在激光雕刻的过程中,将承片台毛坯放置在冷却液中,该冷却液的液面处于承片台毛坯厚度的1/3-2/3处。
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