一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法与流程

本发明涉及碳化硅方镜技术领域，尤其涉及一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法。

背景技术：

碳化硅方镜主要用于集成电路硅片光刻机工件台。光刻过程片工件台要完成步进运动、扫描运动、对准运动、调平调焦运动、上下片等运动，为保证每个运动都要求有高灵敏度和高精度，方镜上安装有相互独立互不干扰的多基准信号，通过双频干涉仪器实现闭环控制和在线测量。因此方镜是一个结构复杂，约束条件多的高精度光学零件。

碳化硅具有较小的热膨胀系数，较高的导热系数、耐热冲击和弹性模量而常被用作光学器件；但由于碳化硅的莫氏硬度达到9.2-9.5级，仅次于金刚石，所以烧结后的碳化硅方镜很难加工，不适宜大去除量加工，因此碳化硅方镜的许多特征均需在素坯状态下完成加工。凹槽结构是碳化硅方镜中一个典型的难加工特征，凹槽结构直径大、底部薄，并且底部下面是中空的减重结构，碳化硅方镜素坯抗弯强度低(≤25MPa)，刀具切削素坯时会产生振动，容易导致凹槽加工时出现损伤，因此凹槽结构一般在烧结完成后再加工，直接影响产品生产效率。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法，用以解决现有加工方法加工效率低，加工过程容易产生损伤的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法，该碳化硅方镜素坯凹槽加工方法包括以下步骤：

步骤1、将石蜡填充到碳化硅方镜素坯的减重腔的中空部分；

步骤2、使用数控加工中心进行凹槽的加工；

步骤3、对加工后的碳化硅方镜素坯进行烘烤，直至石蜡全部脱除。

步骤1中，填充用石蜡由复合石蜡与松香按质量比10:1-5:1配置而成，填充体积大于减重腔体积的一半。

复合石蜡的原料为每1kg精炼石蜡加入：棕榈酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蜡30g-60g；

精炼石蜡为58#精炼石蜡、60#精炼石蜡按任意质量比混合。

复合石蜡的原料为每1kg精炼石蜡加入：棕榈酸16.6g、硬脂酸62.5g、花生酸14.9g、聚丙烯3.3g、聚乙烯9.2g、蜂蜡49.5g；

精炼石蜡为58#精炼石蜡、60#精炼石蜡按质量比1：3混合。

步骤2中，数控加工中心使用Φ10-Φ12mm的聚晶金刚石铣刀，且采用螺旋方式进刀。

步骤2中，初始的进给量为1200mm/min，进刀量为0.1mm，进给量及进刀量随着加工的进行逐渐减小，且均与凹槽底部的厚度成正比，最终进给量减小至600mm/min，进刀量减小至0.05mm。

步骤3中，烘烤的温度为100-120℃，石蜡脱除过程中温度需缓慢升高至烘烤温度，且升温速率应保持3-5℃/min。

步骤3中，回收脱除的石蜡，并重复利用。

使用该碳化硅方镜素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方镜，该碳化硅方镜底部具有复杂的减重结构，正面设有凹槽，凹槽直径大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距离减重腔上表面中空距离大于60mm，要求加工精度±0.2mm。本发明有益效果如下：

1.本发明通过将石蜡填充到碳化硅方镜素坯的减重腔的中空部分，降低刀具加工碳化硅素坯时产生的振动，提高了碳化硅方镜素坯加工成品率。

2.利用本发明可将碳化硅方镜凹槽结构在素坯阶段成型，有效降低了烧成后碳化硅方镜的加工量，提高生产效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为碳化硅方镜减重结构示意图；

图2为碳化硅方镜凹槽结构示意图；

图3为碳化硅方镜剖面图

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法，该碳化硅方镜素坯凹槽加工方法包括以下步骤：

步骤1、将石蜡填充到碳化硅方镜素坯的减重腔的中空部分；

步骤2、使用数控加工中心进行凹槽的加工；

步骤3、对加工后的碳化硅方镜素坯进行烘烤，直至石蜡全部脱除。

步骤1中，填充用石蜡由复合石蜡与松香按质量比10:1-5:1配置而成，本实施例中采用8：1，填充体积大于所述减重腔体积的一半，其目的在于增加凹槽底部支撑，降低刀具加工碳化硅素坯时产生的振动。

复合石蜡的原料为每1kg精炼石蜡加入：棕榈酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蜡30g-60g。本实施例中复合石蜡的原料为每1kg精炼石蜡加入：棕榈酸13、硬脂酸72g、花生酸16g、聚丙烯4.0g、聚乙烯12g、蜂蜡55g。在石蜡中添加少量硬脂酸、棕榈酸、花生酸可以有效的增加复合石蜡的硬度，使复合石蜡更易于机械加工；加入聚丙烯和聚乙烯可以同时增加复合石蜡的硬度和韧性，使复合石蜡的减震效果更佳明显；加入蜂蜡，除了能增加韧性之外，还能使符合石蜡表面更佳光滑，保证加工后的精度和交底的粗糙度。

精炼石蜡为58#精炼石蜡、60#精炼石蜡按任意质量比混合，本实施例中采用58#精炼石蜡、60#精炼石蜡等质量混合。

步骤2中，数控加工中心使用Φ10mm的聚晶金刚石铣刀，且采用螺旋方式进刀，选择此直径范围的聚晶金刚石刀具是基于对刀具的切削力和产品加工效率的综合考虑。

步骤2中，初始的进给量为1200mm/min，进刀量为0.1mm，进给量及进刀量随着加工的进行逐渐减小，且均与凹槽底部的厚度成正比，最终进给量减小至600mm/min，进刀量减小至0.05mm。加工进行过程中，凹槽底部厚度逐渐减少，采用加工伊始设定的进给量和吃刀量会加大凹槽底部的振动，此时减小进给量及吃刀量，可降低凹槽底部振动，避免碳化硅方镜素坯凹槽加工过程中产生损伤。

步骤3中，烘烤的温度为100℃，石蜡脱除过程中升温速率应保持3-5℃/min至设定温度，温度过高会导致碳化硅方镜素坯开裂。

步骤3中，回收脱除的石蜡，并重复利用。

使用该碳化硅方镜素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方镜，该碳化硅方镜设有凹槽，凹槽直径大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距离减重腔上表面中空距离大于60mm，要求加工精度±0.2mm。

利用本发明的方法对某一碳化硅方镜素坯进行加工，具体如下：

首先完成碳化硅方镜素坯减重腔部分的加工，减重腔里面的碎屑必须用吸尘器全部抽干净，将石蜡加热至100℃熔化成液体，先加入少量石蜡液体，待凝固后再次加入，重复此操作直到加入石蜡体积占减重腔体积的一半以上，即可停止操作。

其次选择Φ10mm的聚晶金刚石铣刀，方镜素坯凹槽加工时，开始采用螺旋方式进刀以1200mm/min进给量，0.1mm的吃刀量进行加工，加工至4mm深时，进给量调整为600mm/min，吃刀量调整为0.05mm进行加工，中间过程可在此范围内进行调节。

最后碳化硅方镜素坯全部特征加工完成后，置于可设定程序的烘箱中，设定升温速率5℃/min至100℃保温2小时将石蜡脱除，脱除的石蜡可重复使用。

综上所述，本发明实施例提供了一种碳化硅方镜素坯凹槽加工方法，利用本发明的加工方法可将方镜素坯加工过程中的成品率提高至95％以上，减少烧结后碳化硅方镜的加工量，生产效率可提高3-5倍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。