專利名稱：一種半導(dǎo)體非球面加工方法
一種半導(dǎo)體非球面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光學(xué)非球面數(shù)控加工領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體非球面加工方法。
技術(shù)背景
半導(dǎo)體材料作為光學(xué)元件有其獨(dú)特的光學(xué)特性1)熱穩(wěn)定好，在高溫下不易變形。局部溫度變化不會(huì)對(duì)整個(gè)面形造成影響，并且使用壽命長(zhǎng)。2)在紅外波段，拋光好的半導(dǎo)體光學(xué)元件具有高反射率，特別適用于高能激光系統(tǒng)，高反射率可以減少能量損失。
半導(dǎo)體材料在紅外光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，多采用非球面面型。特別是硅、鍺材料，大量地應(yīng)用到紅外光學(xué)系統(tǒng)。激光紅外光學(xué)系統(tǒng)要求光學(xué)元件的反射率較高，并且需要有非常高的光潔度，即要求半導(dǎo)體光學(xué)元件表面高精度和低粗糙度。
現(xiàn)階段的半導(dǎo)體材料的加工方法及其難度。
1)半導(dǎo)體具有特殊材料特性。
半導(dǎo)體材料與周?chē)橘|(zhì)(特別是與電解質(zhì)溶液)相互作用而使材料自行分解，這就是半導(dǎo)體材料的腐蝕，腐蝕的結(jié)果不是產(chǎn)生新相就是發(fā)生溶解。一方面，利用半導(dǎo)體材料的這一特性可以在半導(dǎo)體表面刻蝕出點(diǎn)、斑、線條、孔、槽以及各種圖案等；另一方面，如果要求半導(dǎo)體表面光潔度很好，此特性又成為制約半導(dǎo)體表面光潔度的一缺點(diǎn)。
2)現(xiàn)階段半導(dǎo)體材料光學(xué)元件的加工方法。
對(duì)于半導(dǎo)體材料的加工，現(xiàn)階段主要的方法有傳統(tǒng)的拋光方法和金剛石車(chē)床的方法。傳統(tǒng)的加工方法適合于半導(dǎo)體平面和球面的加工，但加工非球面有相當(dāng)大的難度；金剛石車(chē)床適合加工平面、球面和非球面半導(dǎo)體脆性材料，但由于非球面是金剛石車(chē)刀直接對(duì)表面進(jìn)行車(chē)削，所以在半導(dǎo)體的表面會(huì)留下一圈一圏的車(chē)刀痕跡，如果用到激光紅外系統(tǒng)，會(huì)造成能量的損失，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。
3)半導(dǎo)體材料非球面的加工難度A、從材料特性講半導(dǎo)體是脆性材料，拋光時(shí)，表面容易被拋光液腐蝕。
B、從現(xiàn)有加工方式講用金剛石車(chē)床加工半導(dǎo)體非球面，受加工口徑的限制，做不大，表面粗糙度不好，并且面形精度受限。
C、從非球面加工方式講非球面加工方式與球面和平面的加工方式有很大的區(qū)別，非球面加工經(jīng)常進(jìn)行局部拋修，因?yàn)閽伖庖簩?duì)半導(dǎo)體表面的腐蝕，會(huì)出現(xiàn)局部光潔度不好的現(xiàn)象。僅憑加工人員的經(jīng)驗(yàn)很難對(duì)拋光時(shí)間、拋光盤(pán)壓力、拋光液的PH值等進(jìn)行綜合^慮ο
化學(xué)機(jī)械拋光的主要特點(diǎn)1)化學(xué)機(jī)械拋光的過(guò)程半導(dǎo)體表面與拋光液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易于去除的氧化表面；再通過(guò)拋光墊與芯片之間磨粒的機(jī)械作用，將氧化表面去除；最后，去除的產(chǎn)物被流動(dòng)的拋光液帶走，露出新的新鮮表面，繼續(xù)循環(huán)去除。
2)化學(xué)機(jī)械拋光可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體表面具有納米量級(jí)表面精度和亞納米級(jí)表面粗糙度。
3)化學(xué)機(jī)械拋光是一個(gè)典型的材料機(jī)械化學(xué)磨損過(guò)程，其機(jī)理涉及到摩擦學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、表面物理和化學(xué)等許多學(xué)科的知識(shí)。影響化學(xué)機(jī)械拋光質(zhì)量的因素諸多，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有完全可以表達(dá)化學(xué)機(jī)械拋光的數(shù)學(xué)模型。
4)只使用化學(xué)機(jī)械拋光方式無(wú)法拋光非球面元件。非球面加工方式與球面和平面的加工方式有很大的區(qū)別，非球面加工中會(huì)經(jīng)常使用修帶、局部拋修的加工方式，因?yàn)閽伖庖簩?duì)半導(dǎo)體表面的腐蝕，會(huì)出現(xiàn)局部光潔度不好的現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體非球面加工方法， 實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體非球面的面形高精度高光潔度的拋光。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種半導(dǎo)體非球面加工方法，其包括以下步驟步驟1)對(duì)待加工的非球面進(jìn)行分析，包括非球面的外形尺寸大小測(cè)量、最接近球面的計(jì)算及偏離量的計(jì)算，以得到非球面鏡加工難度以及確定加工方案細(xì)節(jié)；步驟2)根據(jù)MRP，結(jié)合工作函數(shù)，確定出數(shù)控小磨頭的工作參數(shù)，所述MRP為化學(xué)試劑在待加工非球面的半導(dǎo)體材料上的去除率；步驟3)將半導(dǎo)體材料銑磨好最接近球面，然后固定在非球面數(shù)控加工中心上，將工作參數(shù)輸入到非球面數(shù)控加工中心，對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行拋光；步驟4) 一個(gè)周期拋光結(jié)束后，對(duì)半導(dǎo)體非球面進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋給非球面數(shù)控加工中心，重復(fù)步驟2、3、4直到半導(dǎo)體非球面的面形精度達(dá)標(biāo)。
進(jìn)一步的，所述工作函數(shù)的表達(dá)式如下式中M(Xj)為數(shù)控小磨頭與半導(dǎo)體接觸區(qū)域中某點(diǎn)(rj)單位時(shí)間內(nèi)的材料去除量及工作參數(shù);Ρ0 》為數(shù)控小磨頭與工件間的相對(duì)壓力,Oq/)為數(shù)控小磨頭與半導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度女為與加工過(guò)程的比例常數(shù)。
進(jìn)一步的，所述MRP的表達(dá)式如下式中，4J是化學(xué)試劑中磨料和半導(dǎo)體材料的接觸面積，J3為磨料的直徑，1"_為磨料的體積濃度，$為氧化原子/分子半徑，^為表面原子/分子的轉(zhuǎn)化氧化百分?jǐn)?shù)，0<，<1，7 表示機(jī)械作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體非球面的面形高精度高光潔度的拋光，具體來(lái)說(shuō) (1)本發(fā)明結(jié)合數(shù)控技術(shù)和化學(xué)機(jī)械拋光的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體材料和一些其它晶體材料的非球面面形進(jìn)行拋光。
(2)本發(fā)明采用了數(shù)控技術(shù)，提高了半導(dǎo)體非球面的加工效率，結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光，提高了表面面形精度和表面光潔度。
(3)本發(fā)明采用數(shù)控化學(xué)機(jī)械復(fù)合拋光方法，可以加工大口徑半導(dǎo)體非球面光學(xué)元件。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為本發(fā)明的半導(dǎo)體非球面加工方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
參見(jiàn)圖1所示，一種半導(dǎo)體非球面加工方法，其，包括以下步驟步驟1)對(duì)待加工的非球面進(jìn)行分析，包括非球面的外形尺寸大小測(cè)量、最接近球面的計(jì)算及偏離量的計(jì)算，以得到非球面鏡加工難度以及確定加工方案細(xì)節(jié)；步驟2)根據(jù)MRP，結(jié)合工作函數(shù)，確定出數(shù)控小磨頭的工作參數(shù)，所述MRP為化學(xué)試劑在待加工非球面的半導(dǎo)體材料上的去除率；步驟3)將半導(dǎo)體材料銑磨好最接近球面，然后固定在非球面數(shù)控加工中心上，將工作參數(shù)輸入到非球面數(shù)控加工中心，對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行拋光；步驟4) 一個(gè)周期拋光結(jié)束后，對(duì)半導(dǎo)體非球面進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋給非球面數(shù)控加工中心，重復(fù)步驟2、3、4直到半導(dǎo)體非球面的面形精度達(dá)標(biāo)。
進(jìn)一步的，所述工作函數(shù)的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體非球面加工方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)對(duì)待加工的非球面進(jìn)行分析，包括非球面的外形尺寸大小測(cè)量、最接近球面的計(jì)算及偏離量的計(jì)算，以得到非球面鏡加工難度以及確定加工方案細(xì)節(jié)；步驟2)根據(jù)MRP，結(jié)合工作函數(shù)，確定出數(shù)控小磨頭的工作參數(shù)，所述MRP為化學(xué)試劑在待加工非球面的半導(dǎo)體材料上的去除率；步驟3)將半導(dǎo)體材料銑磨好最接近球面，然后固定在非球面數(shù)控加工中心上，將工作參數(shù)輸入到非球面數(shù)控加工中心，對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行拋光；步驟4) 一個(gè)周期拋光結(jié)束后，對(duì)半導(dǎo)體非球面進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋給非球面數(shù)控加工中心，重復(fù)步驟2、3、4直到半導(dǎo)體非球面的面形精度達(dá)標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體非球面加工方法，其特征在于，所述工作函數(shù)的表達(dá)式中MOc,J)為數(shù)控小磨頭與半導(dǎo)體接觸區(qū)域中某點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)的材料去除量及工作參數(shù)為數(shù)控小磨頭與工件間的相對(duì)壓力；j)為數(shù)控小磨頭與半導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度七為與加工過(guò)程的比例常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體非球面加工方法，其特征在于，所述MRP的表達(dá)式如下式中，4J是化學(xué)試劑中磨料和半導(dǎo)體材料的接觸面積，i}為磨料的直徑，1"_為磨料的體積濃度，$為氧化原子/分子半徑，^為表面原子/分子的轉(zhuǎn)化氧化百分?jǐn)?shù)，0<，<1，, 表示機(jī)械作用。式如下
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體非球面加工方法，其包括以下步驟1)對(duì)待加工的非球面進(jìn)行分析；2)根據(jù)MRP，結(jié)合工作函數(shù)，確定出數(shù)控小磨頭的工作參數(shù)，所述MRP為化學(xué)試劑在待加工非球面的半導(dǎo)體材料上的去除率；3)將半導(dǎo)體材料銑磨好最接近球面，然后固定在非球面數(shù)控加工中心上，將工作參數(shù)輸入到非球面數(shù)控加工中心，對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行拋光；4)一個(gè)周期拋光結(jié)束后，對(duì)半導(dǎo)體非球面進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋給非球面數(shù)控加工中心，重復(fù)步驟2、3、4直到半導(dǎo)體非球面的面形精度達(dá)標(biāo)。本發(fā)明公實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體非球面的面形高精度高光潔度的拋光。
文檔編號(hào)B24B37/00GK102501162SQ201110349368
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者楊曉飛, 陸麗娟 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)