一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法與流程

本發(fā)明涉及碳化硅方鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法。

背景技術(shù)：

碳化硅方鏡主要用于集成電路硅片光刻機(jī)工件臺(tái)。光刻過程片工件臺(tái)要完成步進(jìn)運(yùn)動(dòng)、掃描運(yùn)動(dòng)、對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)、調(diào)平調(diào)焦運(yùn)動(dòng)、上下片等運(yùn)動(dòng)，為保證每個(gè)運(yùn)動(dòng)都要求有高靈敏度和高精度，方鏡上安裝有相互獨(dú)立互不干擾的多基準(zhǔn)信號(hào)，通過雙頻干涉儀器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和在線測(cè)量。因此方鏡是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，約束條件多的高精度光學(xué)零件。

碳化硅具有較小的熱膨脹系數(shù)，較高的導(dǎo)熱系數(shù)、耐熱沖擊和彈性模量而常被用作光學(xué)器件；但由于碳化硅的莫氏硬度達(dá)到9.2-9.5級(jí)，僅次于金剛石，所以燒結(jié)后的碳化硅方鏡很難加工，不適宜大去除量加工，因此碳化硅方鏡的許多特征均需在素坯狀態(tài)下完成加工。凹槽結(jié)構(gòu)是碳化硅方鏡中一個(gè)典型的難加工特征，凹槽結(jié)構(gòu)直徑大、底部薄，并且底部下面是中空的減重結(jié)構(gòu)，碳化硅方鏡素坯抗彎強(qiáng)度低(≤25MPa)，刀具切削素坯時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，容易導(dǎo)致凹槽加工時(shí)出現(xiàn)損傷，因此凹槽結(jié)構(gòu)一般在燒結(jié)完成后再加工，直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，用以解決現(xiàn)有加工方法加工效率低，加工過程容易產(chǎn)生損傷的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法包括以下步驟：

步驟1、將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分；

步驟2、使用數(shù)控加工中心進(jìn)行凹槽的加工；

步驟3、對(duì)加工后的碳化硅方鏡素坯進(jìn)行烘烤，直至石蠟全部脫除。

步驟1中，填充用石蠟由復(fù)合石蠟與松香按質(zhì)量比10:1-5:1配置而成，填充體積大于減重腔體積的一半。

復(fù)合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蠟30g-60g；

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按任意質(zhì)量比混合。

復(fù)合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸16.6g、硬脂酸62.5g、花生酸14.9g、聚丙烯3.3g、聚乙烯9.2g、蜂蠟49.5g；

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按質(zhì)量比1：3混合。

步驟2中，數(shù)控加工中心使用Φ10-Φ12mm的聚晶金剛石銑刀，且采用螺旋方式進(jìn)刀。

步驟2中，初始的進(jìn)給量為1200mm/min，進(jìn)刀量為0.1mm，進(jìn)給量及進(jìn)刀量隨著加工的進(jìn)行逐漸減小，且均與凹槽底部的厚度成正比，最終進(jìn)給量減小至600mm/min，進(jìn)刀量減小至0.05mm。

步驟3中，烘烤的溫度為100-120℃，石蠟脫除過程中溫度需緩慢升高至烘烤溫度，且升溫速率應(yīng)保持3-5℃/min。

步驟3中，回收脫除的石蠟，并重復(fù)利用。

使用該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方鏡，該碳化硅方鏡底部具有復(fù)雜的減重結(jié)構(gòu)，正面設(shè)有凹槽，凹槽直徑大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距離減重腔上表面中空距離大于60mm，要求加工精度±0.2mm。本發(fā)明有益效果如下：

1.本發(fā)明通過將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分，降低刀具加工碳化硅素坯時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高了碳化硅方鏡素坯加工成品率。

2.利用本發(fā)明可將碳化硅方鏡凹槽結(jié)構(gòu)在素坯階段成型，有效降低了燒成后碳化硅方鏡的加工量，提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。

圖1為碳化硅方鏡減重結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為碳化硅方鏡凹槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為碳化硅方鏡剖面圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法包括以下步驟：

步驟1、將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分；

步驟2、使用數(shù)控加工中心進(jìn)行凹槽的加工；

步驟3、對(duì)加工后的碳化硅方鏡素坯進(jìn)行烘烤，直至石蠟全部脫除。

步驟1中，填充用石蠟由復(fù)合石蠟與松香按質(zhì)量比10:1-5:1配置而成，本實(shí)施例中采用8：1，填充體積大于所述減重腔體積的一半，其目的在于增加凹槽底部支撐，降低刀具加工碳化硅素坯時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。

復(fù)合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蠟30g-60g。本實(shí)施例中復(fù)合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸13、硬脂酸72g、花生酸16g、聚丙烯4.0g、聚乙烯12g、蜂蠟55g。在石蠟中添加少量硬脂酸、棕櫚酸、花生酸可以有效的增加復(fù)合石蠟的硬度，使復(fù)合石蠟更易于機(jī)械加工；加入聚丙烯和聚乙烯可以同時(shí)增加復(fù)合石蠟的硬度和韌性，使復(fù)合石蠟的減震效果更佳明顯；加入蜂蠟，除了能增加韌性之外，還能使符合石蠟表面更佳光滑，保證加工后的精度和交底的粗糙度。

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按任意質(zhì)量比混合，本實(shí)施例中采用58#精煉石蠟、60#精煉石蠟等質(zhì)量混合。

步驟2中，數(shù)控加工中心使用Φ10mm的聚晶金剛石銑刀，且采用螺旋方式進(jìn)刀，選擇此直徑范圍的聚晶金剛石刀具是基于對(duì)刀具的切削力和產(chǎn)品加工效率的綜合考慮。

步驟2中，初始的進(jìn)給量為1200mm/min，進(jìn)刀量為0.1mm，進(jìn)給量及進(jìn)刀量隨著加工的進(jìn)行逐漸減小，且均與凹槽底部的厚度成正比，最終進(jìn)給量減小至600mm/min，進(jìn)刀量減小至0.05mm。加工進(jìn)行過程中，凹槽底部厚度逐漸減少，采用加工伊始設(shè)定的進(jìn)給量和吃刀量會(huì)加大凹槽底部的振動(dòng)，此時(shí)減小進(jìn)給量及吃刀量，可降低凹槽底部振動(dòng)，避免碳化硅方鏡素坯凹槽加工過程中產(chǎn)生損傷。

步驟3中，烘烤的溫度為100℃，石蠟脫除過程中升溫速率應(yīng)保持3-5℃/min至設(shè)定溫度，溫度過高會(huì)導(dǎo)致碳化硅方鏡素坯開裂。

步驟3中，回收脫除的石蠟，并重復(fù)利用。

使用該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方鏡，該碳化硅方鏡設(shè)有凹槽，凹槽直徑大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距離減重腔上表面中空距離大于60mm，要求加工精度±0.2mm。

利用本發(fā)明的方法對(duì)某一碳化硅方鏡素坯進(jìn)行加工，具體如下：

首先完成碳化硅方鏡素坯減重腔部分的加工，減重腔里面的碎屑必須用吸塵器全部抽干凈，將石蠟加熱至100℃熔化成液體，先加入少量石蠟液體，待凝固后再次加入，重復(fù)此操作直到加入石蠟體積占減重腔體積的一半以上，即可停止操作。

其次選擇Φ10mm的聚晶金剛石銑刀，方鏡素坯凹槽加工時(shí)，開始采用螺旋方式進(jìn)刀以1200mm/min進(jìn)給量，0.1mm的吃刀量進(jìn)行加工，加工至4mm深時(shí)，進(jìn)給量調(diào)整為600mm/min，吃刀量調(diào)整為0.05mm進(jìn)行加工，中間過程可在此范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

最后碳化硅方鏡素坯全部特征加工完成后，置于可設(shè)定程序的烘箱中，設(shè)定升溫速率5℃/min至100℃保溫2小時(shí)將石蠟脫除，脫除的石蠟可重復(fù)使用。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，利用本發(fā)明的加工方法可將方鏡素坯加工過程中的成品率提高至95％以上，減少燒結(jié)后碳化硅方鏡的加工量，生產(chǎn)效率可提高3-5倍。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。