CN111230405B - 一种晶圆托盘的机械加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述的机械加工方法包括：对晶圆托盘的外侧环面进行精加工之前，沿外侧环面套箍紧固环。本发明在加工晶圆托盘外侧环面时沿外侧环面套箍紧固环，将外侧环面箍住防止其变形，从而保证产品尺寸符合同心度和圆度的要求。
Description
技术领域
本发明属于晶圆制造技术领域，涉及一种晶圆托盘的机械加工方法，尤其涉及一种用于满足晶圆托盘同心度要求的机械加工方法。
背景技术
在半导体加工工艺中，物理气相成膜是常用的一种在晶圆表面镀膜的方法，通过利用粒子轰击靶材的表面，使靶材表面的原子或分子逸出靶材的表面，覆膜在晶圆上。
在镀膜过程中，晶圆通常固定放置在晶圆托盘上，若晶圆托盘表面粗糙度较大或不平整，则容易使得晶圆倾斜，导致晶圆表面镀膜不均匀，从而降低晶圆的品质，影响晶圆的使用。而晶圆托盘的材料较软，加工时易变形导致同心度和圆度不达标，常规的处理方法是：
通过实验可得出数控车床内撑时，材料外径被夹具撑大的差值，从而在车削外径时相应车小直径，来控制被夹具撑大的直径。同样车削内圈时，外夹夹具加紧时内圈尺寸合格，产品从夹具拿下来时，内圈直径、圆度发生了变化，需要多次加工找出变量来控制尺寸，所以此工艺需要控制因素偏多，例机床的撑开力、产品材料硬度、切削力等，无法保证多枚产品的一致性，不适合批量性加工。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种晶圆托盘的机械加工方法，本发明在加工晶圆托盘外侧环面时沿外侧环面套箍紧固环，将外侧环面箍住防止其变形，从而保证产品尺寸符合同心度和圆度的要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述的机械加工方法包括：
对晶圆托盘的外侧环面进行精加工之前，沿外侧环面套箍紧固环。
数控车床车削晶圆托盘的外侧环面时，由于加工变形导致外侧环面和内侧环面的同心度不达标，圆度不合格，因此本发明在加工晶圆托盘外侧环面时沿外侧环面套箍紧固环，将外侧环面箍住防止其变形，从而保证产品尺寸符合同心度和圆度的要求。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的机械加工方法具体包括如下步骤：
S1对托盘原坯进行粗加工，形成包括外侧环面、内侧环面、前端面和后端面的环形结构晶圆托盘；
S2对晶圆托盘的前端面和后端面进行半精加工；
S3夹具夹紧晶圆托盘的外侧环面，对外侧环面进行切削形成环形台阶面；
S4夹具内撑固定晶圆托盘的内侧环面，沿环形台阶面套箍紧固环，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6对晶圆托盘的内侧环面和倒角进行精加工。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S1中，所述的粗加工过程在车床上进行。
优选地，所述的粗加工过程具体包括：
使用夹具将托盘原坯固定在粗加工平台上，随着托盘原坯自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面、内侧环面、前端面和后端面的环形结构晶圆托盘。
晶圆托盘在加工之前通常为毛坯件，其表面不平整且粗糙。若将待物理气相成膜的晶圆直接放置在未经任何加工打磨处理过的晶圆托盘表面，不仅会损伤晶圆同时也会使得晶圆在物理气相成膜过程中发生倾斜，导致晶圆表面镀膜不均匀。因此，需要对晶圆托盘进行加工，以使托盘具有较低的表面粗糙度，适于承载晶圆。
优选地，所述的粗加工过程采用的刀具为铝合金车刀。
在粗加工阶段，刀具采用铝合金车刀，铝合金车刀相对易于变形，不易发生断裂，因而可以具有较大的吃刀量，能够快速的去除托盘原坯前端面和后端面的的加工余量，提升加工效率。采用利用铝合金车刀对托盘原坯进行粗加工，使晶圆托盘的前端面和后端面的表面粗糙度均能够达到Ra4.8，平面度能够达到0.4mm。
优选地，所述的托盘原坯的自转转速为400～600r/min，例如可以是400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min、500r/min、510r/min、520r/min、530r/min、540r/min、550r/min、560r/min、570r/min、580r/min、590r/min或600r/min。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的进给速度控制在150～250mm/min，例如可以是150mm/min、160mm/min、170mm/min、180mm/min、190mm/min、200mm/min、210mm/min、220mm/min、230mm/min、240mm/min或250mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的吃刀量控制在0.4～0.8mm，例如可以是0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm或0.8mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，晶圆托盘的加工精度、加工效率取决于加工条件，加工条件通常包括：主轴转速(自转转速)、刀具进给速度和吃刀量。具体地，主轴转速指晶圆托盘沿轴线的自转速度；刀具进给速度是指刀具沿晶圆托盘轴线方向的移动速度；吃刀量是指晶圆托盘上待加工表面与已加工表面之间的距离。一般来说，吃刀量越大，则刀具与晶圆托盘之间的作用力越大，越容易导致晶圆托盘发生变形，容易使刀具受损；吃刀量越小，则刀具与晶圆托盘之间的作用力越小，不易使晶圆托盘发生变形，不易使刀具受损。另外，在吃刀量一定的情况下，主轴转速、刀具进给速度对晶圆托盘的表面粗糙度也有影响。若主轴转速低、刀具进给速度高，则晶圆托盘的表面粗糙度较高，但加工效率相应提升；若主轴转速快、刀具进给速度慢，则托盘的表面粗糙度较低，但加工效率相应下降。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S2中，所述的半精加工过程在数控车床上进行。
优选地，所述的半精加工过程具体包括：
使用夹具将晶圆托盘固定在半精加工平台上，随着晶圆托盘自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面和后端面进行半精加工。
优选地，所述的半精加工过程采用的刀具为氮化硼车刀。
在半精加工阶段，所述刀具采用氮化硼车刀，氮化硼车刀的硬度比铝合金车刀大，在切削晶圆托盘的过程中，能够使晶圆托盘具有相对较高的加工精度，使托盘的前端面和后端面具有相对较好的表面粗糙度。利用氮化硼车刀对晶圆托盘进行半精加工，使晶圆托盘的前端面和后端面的表面粗糙度均能够达到Ra3.2，平面度能够达到0.2mm。
优选地，所述的晶圆托盘的自转转速为500～700r/min，例如可以是500r/min、510r/min、520r/min、530r/min、540r/min、550r/min、560r/min、570r/min、580r/min、590r/min、600r/min、610r/min、620r/min、630r/min、640r/min、650r/min、660r/min、670r/min、680r/min、690r/min或700r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的进给速度控制在50～150mm/min，例如可以是50mm/min、60mm/min、70mm/min、80mm/min、90mm/min、100mm/min、110mm/min、120mm/min、130mm/min、140mm/min或150mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的吃刀量控制在0.1～0.3mm，例如可以是0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.20mm、0.21mm、0.22mm、0.23mm、0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.27mm、0.28mm、0.29mm或0.30mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
在本发明中，半精加工中的主轴转速略大于粗加工中的主轴转速，半精加工中的刀具进给速度小于粗加工中的刀具进给速度。由于在一般情况下，主轴转速越快、刀具进给速度越慢，则晶圆托盘的表面粗糙度就越低。因此，以上参数的设计能够使晶圆托盘的前后端面具有更低的表面粗糙度。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S3中，通过铣床对外侧环面进行铣削形成环形台阶面。
优选地，所述的铣床采用的刀具为钨钢刀具。
优选地，在进行步骤S3之前，按照晶圆托盘的成品直径要求对外侧环面进行切削。
需要说明的是，对外侧环面的加工，主要在于使晶圆托盘的尺寸能够满足物理气相成膜机台的安装要求，因此对外侧环面加工精度的要求并不高，在保证刀具不发生损坏且晶圆托盘不发生变形的前提下，尽量提高刀具的切削效率。
优选地，对外侧环面的切削过程在铣床上进行。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S4中，所述的紧固环的材质为不锈钢。
优选地，所述的环形台阶面包括高位面和低位面，所述的紧固环套箍在环形台阶面的低位面，对高位面的尖角进行切削形成环形斜面。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S6中，所述的精加工过程在数控车床上进行。
优选地，所述的精加工过程具体包括：
使用夹具将晶圆托盘固定在精加工平台上，随着晶圆托盘自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
优选地，所述的精加工过程采用的刀具为金刚石车刀。
在精加工阶段，所述刀具采用金刚石车刀，金刚石车刀具有极高的硬度，适于精密加工，在切削晶圆托盘的过程中，能够避免晶圆托盘发生变形，同时能够使晶圆托盘的前端面和后端面更加光洁，具有更好的表面粗糙度，从而获得非常平整的前后端面。利用金刚石车刀对晶圆托盘进行精加工，使晶圆托盘的前端面和后端面的表面粗糙度均能够达到Ra1.6，平面度能够达到0.1mm。
在本发明中，依次利用铝合金车刀、氮化硼车刀和金刚石车刀对晶圆托盘进行加工之后，能够使晶圆托盘的前端面和后端面具有极低的表面粗糙度。在物理气相成膜过程中，晶圆能够更好的放置于晶圆托盘上，不会因为晶圆托盘表面粗糙度过大或不平整导致晶圆倾斜，影响晶圆镀膜的均匀性。
优选地，所述的晶圆托盘的自转转速为700～900r/min，例如可以是700r/min、710r/min、720r/min、730r/min、740r/min、750r/min、760r/min、770r/min、780r/min、790r/min、800r/min、810r/min、820r/min、830r/min、840r/min、850r/min、860r/min、870r/min、880r/min、890r/min或900r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的进给速度控制在10～30mm/min，例如可以是10mm/min、11mm/min、12mm/min、13mm/min、14mm/min、15mm/min、16mm/min、17mm/min、18mm/min、19mm/min、20mm/min、21mm/min、22mm/min、23mm/min、24mm/min、25mm/min、26mm/min、27mm/min、28mm/min、29mm/min或30mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的刀具的吃刀量控制在0.08～0.1mm，例如可以是0.08mm、0.082mm、0.084mm、0.086mm、0.088mm、0.09mm、0.092mm、0.094mm、0.096mm、0.098mm或0.1mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
在本发明中，精加工中的主轴转速大于半精加工中的主轴转速，精加工中的刀具进给速度小于半精加工中的刀具进给速度。由于在一般情况下，主轴转速越快、刀具进给速度越慢，则晶圆托盘的表面粗糙度就越低。因此，以上参数的设计能够使前后端面具有更低的表面粗糙度。
作为本发明一种优选的技术方案，在所述的粗加工过程中向托盘原坯喷淋冷却液。
优选地，在所述的半精加工过程中，向晶圆托盘喷淋冷却液。
优选地，在所述的精加工过程中，向晶圆托盘喷淋冷却液。
优选地，所述的冷却液包括乙醇。
在利用铝合金车刀、铝合金车刀、氮化硼车刀、钨钢铣刀和金刚石车刀对晶圆托盘进行加工的过程中，刀具与晶圆托盘的摩擦会产生热量，导致刀具和晶圆托盘的温度升高。晶圆托盘温度升高容易发生变形，影响晶圆托盘的加工质量；刀具的温度升高，影响刀具的切削能力，降低切削效率，同时还会降低刀具使用寿命。因此需要在加工过程中向晶圆托盘上持续喷淋冷却液。
此外，在对托盘原坯进行粗加工之前，可选地对托盘原坯进行热处理，热处理能够消除托盘原坯的内部应力，提高托盘原坯的加工性能。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的托盘原坯的材料为铝。
优选地，所述的托盘原坯的材料为高纯铝，进一步优选地，所述的托盘原坯的材料为5N高纯铝。
优选地，所述的托盘原坯的维氏硬度为35～40HV，例如可以是35HV、36HV、37HV、38HV、39HV或40HV，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的托盘原坯为圆盘形结构。
优选地，所述的托盘原坯的直径为200～300mm，例如可以是200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm或300mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的托盘原坯的厚度为10～30mm，例如可以是10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
数控车床车削晶圆托盘的外侧环面时，由于加工变形导致外侧环面和内侧环面的同心度不达标，圆度不合格，因此本发明在加工晶圆托盘外侧环面时沿外侧环面套箍紧固环，将外侧环面箍住防止其变形，从而保证产品尺寸符合同心度和圆度的要求。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的晶圆托盘的机械加工工艺流程框图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的经步骤S1加工后得到的晶圆托盘的结构示意图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的经步骤S3加工后得到的晶圆托盘的结构示意图；
图4为本发明一个具体实施方式提供的经步骤S4加工后得到的晶圆托盘的结构示意图；
图5为本发明一个具体实施方式提供的经步骤S5加工后得到的晶圆托盘的结构示意图；
图6为图5中A区域的局部放大图。
其中，1-外侧环面；2-内侧环面；3-前端面；4-后端面；5-夹具；6-紧固环。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，随着托盘原坯自转，通过控制铝合金车刀的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构(如图2所示)；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，随着晶圆托盘自转，通过控制氮化硼车刀的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面(如图3所示)；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面(如图4所示)；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角(如图5所示)；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，随着晶圆托盘自转，通过控制金刚石车刀的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例1
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在400r/min，铝合金车刀的进给速度控制在150mm/min，吃刀量控制在0.4mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在500r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在50mm/min，吃刀量控制在0.1mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在700r/min，金刚石车刀的进给速度控制在10mm/min，吃刀量控制在0.08mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例2
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在440r/min，铝合金车刀的进给速度控制在170mm/min，吃刀量控制在0.48mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在540r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在70mm/min，吃刀量控制在0.14mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在740r/min，金刚石车刀的进给速度控制在14mm/min，吃刀量控制在0.084mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例3
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在480r/min，铝合金车刀的进给速度控制在190mm/min，吃刀量控制在0.56mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在580r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在90mm/min，吃刀量控制在0.18mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在780r/min，金刚石车刀的进给速度控制在18mm/min，吃刀量控制在0.088mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例4
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在520r/min，铝合金车刀的进给速度控制在210mm/min，吃刀量控制在0.64mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在620r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在110mm/min，吃刀量控制在0.22mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在820r/min，金刚石车刀的进给速度控制在22mm/min，吃刀量控制在0.092mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例5
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在560r/min，铝合金车刀的进给速度控制在230mm/min，吃刀量控制在0.72mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在660r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在130mm/min，吃刀量控制在0.26mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在860r/min，金刚石车刀的进给速度控制在26mm/min，吃刀量控制在0.096mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
实施例6
本实施例提供了一种晶圆托盘的机械加工方法，所述方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1使用普通车床对托盘原坯进行粗加工，使用夹具5将托盘原坯固定在粗加工平台上，托盘原坯自转速度控制在600r/min，铝合金车刀的进给速度控制在250mm/min，吃刀量控制在0.8mm，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面1、内侧环面2、前端面3和后端面4的环形结构；
S2使用数控车床对粗加工后的晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在半精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在700r/min，氮化硼车刀的进给速度控制在150mm/min，吃刀量控制在0.3mm，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面3和后端面4进行半精加工；
S3夹具5夹紧晶圆托盘的外侧环面1，通过铣床对半精加工后的晶圆托盘的外侧环面1进行铣削形成环形台阶面；
S4夹具5内撑晶圆托盘的内侧环面2，在环形台阶面的高位面上套箍紧固环6，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6使用数控车床对倒角加工后的晶圆托盘进行精加工，使用夹具5将晶圆托盘固定在精加工平台上，晶圆托盘自转速度控制在900r/min，金刚石车刀的进给速度控制在30mm/min，吃刀量控制在0.1mm，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (35)
1.一种晶圆托盘的机械加工方法，其特征在于，所述的机械加工方法包括：
对晶圆托盘的外侧环面进行精加工之前，沿外侧环面套箍紧固环；
所述的机械加工方法具体包括如下步骤：
S1对托盘原坯进行粗加工，形成包括外侧环面、内侧环面、前端面和后端面的环形结构晶圆托盘；
S2对晶圆托盘的前端面和后端面进行半精加工；
S3夹具夹紧晶圆托盘的外侧环面，对外侧环面进行切削形成环形台阶面；
S4夹具内撑固定晶圆托盘的内侧环面，沿环形台阶面套箍紧固环，对环形台阶面的尖角切削形成环形斜面；所述的环形台阶面包括高位面和低位面，所述的紧固环套箍在环形台阶面的低位面，对高位面的尖角进行切削形成环形斜面；
S5对晶圆托盘的各边加工形成倒角；
S6对晶圆托盘的内侧环面和倒角进行精加工。
2.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S1中，所述的粗加工过程在车床上进行。
3.根据权利要求2所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S1中，所述的粗加工过程具体包括：
使用夹具将托盘原坯固定在粗加工平台上，随着托盘原坯自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸进行粗加工，形成包括外侧环面、内侧环面、前端面和后端面的环形结构晶圆托盘。
4.根据权利要求3所述的机械加工方法，其特征在于，所述的粗加工过程采用的刀具为铝合金车刀。
5.根据权利要求3所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的自转转速为400～600r/min。
6.根据权利要求3所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的进给速度控制在150～250mm/min。
7.根据权利要求3所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的吃刀量控制在0.4～0.8mm。
8.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S2中，所述的半精加工过程在数控车床上进行。
9.根据权利要求8所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S2中，所述的半精加工过程具体包括：
使用夹具将晶圆托盘固定在半精加工平台上，随着晶圆托盘自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸对晶圆托盘的前端面和后端面进行半精加工。
10.根据权利要求9所述的机械加工方法，其特征在于，所述的半精加工过程采用的刀具为氮化硼车刀。
11.根据权利要求9所述的机械加工方法，其特征在于，所述的晶圆托盘的自转转速为500～700r/min。
12.根据权利要求9所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的进给速度控制在50～150mm/min。
13.根据权利要求9所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的吃刀量控制在0.1～0.3mm。
14.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S3中，通过铣床对外侧环面进行铣削形成环形台阶面。
15.根据权利要求14所述的机械加工方法，其特征在于，所述的铣床采用的刀具为钨钢刀具。
16.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，在进行步骤S3之前，按照晶圆托盘的成品直径要求对外侧环面进行切削。
17.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S3中，对外侧环面的切削过程在铣床上进行。
18.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S4中，所述的紧固环的材质为不锈钢。
19.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S6中，所述的精加工过程在数控车床上进行。
20.根据权利要求19所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S6中，所述的精加工过程具体包括：
使用夹具将晶圆托盘固定在精加工平台上，随着晶圆托盘自转，控制刀具的进给速度和吃刀量，按照设计尺寸及公差要求对晶圆托盘进行精加工。
21.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，所述的精加工过程采用的刀具为金刚石车刀。
22.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，所述的晶圆托盘的自转转速为700～900r/min。
23.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的进给速度控制在10～30mm/min。
24.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，所述的刀具的吃刀量控制在0.08～0.1mm。
25.根据权利要求21所述的机械加工方法，其特征在于，在所述的粗加工过程中向托盘原坯喷淋冷却液。
26.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S2中，在所述的半精加工过程中，向晶圆托盘喷淋冷却液。
27.根据权利要求20所述的机械加工方法，其特征在于，步骤S6中，在所述的精加工过程中，向晶圆托盘喷淋冷却液。
28.根据权利要求26或27所述的机械加工方法，其特征在于，所述的冷却液包括乙醇。
29.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的材料为铝。
30.根据权利要求29所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的材料为高纯铝。
31.根据权利要求30所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的材料为5N高纯铝。
32.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的维氏硬度为35～40HV。
33.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯为圆盘形结构。
34.根据权利要求1所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的直径为200～300mm。
35.根据权利要求34所述的机械加工方法，其特征在于，所述的托盘原坯的厚度为10～30mm。
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