一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具及应用的制作方法

本发明涉及微加工工艺中的微对准操作技术领域，特指一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具及应用。

背景技术：

随着微细加工技术的发展，可以利用微机电系统MEMS相关的工艺流程和手段设计并加工出尺寸极小、多功能集成的微纳器件和系统。但是，利用MEMS技术以高效、快捷、高可靠性的制作高集成密度和大面积的三维结构仍存在诸多困难。上下结构的精确对准是实现三维结构微组装的最有效途径之一，因此在这一组装工艺过程中的实用工具及使用对于实现三维结构器件及系统非常重要。

由于MEMS器件微细结构日益复杂，并且和超精密机械加工技术结合日益紧密，所以将半导体微器件工艺与精密机械加工技术结合起来用以制作具有特定用途的三维结构与器件是目前器件和系统领域重要的发展方向和前沿之一。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具及应用，有经精密机械加工工艺而得到的与待对准样品尺寸相匹配的凹槽，可根据不同形状、不同尺寸的待对准样品以灵活选择相应的凹槽夹具。将其中的器件样品(上样品)采用掩膜版真空吸住并固定，调整已固定在样品台上的嵌有另一器件样品(下样品)的夹具高度，在光刻机的左右两个光学显微镜帮助下，将下面的夹具样品台靠近上部样品，并完成上下样品间的精确对准。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具，包括样品夹具，样品夹具采用合金或铁氟龙作为主体材料，样品夹具表面的中央位置设有与待对准样品尺寸相匹配的样品夹具凹槽，样品夹具凹槽上下位置分别设有固定作用的螺纹通孔。

进一步而言，所述样品夹具上下两侧对称设有固定作用的内凹孔，样品夹具左右两端对称设有固定作用的夹具斜坡。

进一步而言，所述样品夹具凹槽通过精密机械加工工艺制作，样品夹具凹槽内表面采用粗糙面结构设置，样品夹具凹槽采用四边形或圆形结构设置，且四边形的四个角采用倒圆角结构设置。

一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具的应用方法，步骤如下：

步骤一，选用样品夹具，使其样品夹具凹槽与待对准样品(下样品)的尺寸相匹配，并将下样品嵌入到样品夹具凹槽中；

步骤二，调整光刻机样品台与掩膜版放置位置之间的相对高度，将装载有下样品的样品夹具置于光刻机的样品台上，样品台抽真空后，使样品夹具通过固定作用内凹孔与固定作用的夹具斜坡固定在样品台上；

步骤三，将标准样品(上样品)采用掩膜版真空吸住并固定，调整样品台高度，使下样品靠近上样品，利用光刻机的左右两个光学显微镜观察两个样品，并调整样品台位置，在事先设计并制作出的对准标记引导下，使下样品与上样品精确对准；

步骤四，调整样品台高度，使上样品与下样品相接触，继续用光刻机的左右两个光学显微镜观察上下样品的相对位置，使上下样品精确对准，并通过螺钉与方形垫片通过固定作用螺纹通孔将上下样品进行固定；

步骤五，在光刻机的样品台上取下已固定样品相对位置的夹具，以进行后续加工。

本发明有益效果：

1.本发明具有很高的加工灵活性，在夹具主体材料的选择上可以根据实际需要选择不同材质的基板，应根据实验室的具体环境要求选择满足实验室规定的相应材质；

2.本发明中的微型凹槽的设计及加工具有灵活性，可根据被夹样品的形状及尺寸，以设计和加工出相应的凹槽图形；

3.本发明中用于固定样品相对位置的螺钉安装和拆卸方便，可根据需要及时调整尺寸及大小；

4.本发明具有很高的灵活性，操作简单方便，在微组装过程中可借助光刻机的左右两个显微镜高效、便捷的完成上下样品间的精确微对准，很大程度上提高作业效率。

附图说明

图1是本发明样品夹具结构图；

图2是图1仰视图；

图3是图2侧视图。

1.固定作用的内凹孔；2.样品夹具凹槽；3.固定作用的螺纹通孔；4.固定作用的夹具斜坡。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1至图3所示，本发明所述一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具，包括样品夹具，样品夹具采用合金或铁氟龙作为主体材料，其结构更坚固、更耐用，样品夹具表面的中央位置设有与待对准样品尺寸相匹配的样品夹具凹槽2，样品夹具凹槽2上下位置分别设有固定作用的螺纹通孔3。采用这样的结构设置，将下样品嵌入到样品夹具凹槽2中，利用光刻机的左右显微镜将上下两个样品进行对准，然后采用螺钉和方形垫片穿过固定作用的螺纹通孔3将上样品与下样品的相对位置固定，以用于后续工艺。本发明对于微加工工艺中的样品精确微对准操作和三维结构的制作具有极强的适用性，在对准夹具材料选择、不同尺寸和不同形状样品的对准操作上具有极高的灵活性，可以方便实现三维微结构的高精度对准及集成。

更具体而言，所述样品夹具上下两侧对称设有固定作用的内凹孔1，样品夹具左右两端对称设有固定作用的夹具斜坡4。采用这样的结构设置，通过固定作用内凹孔1与固定作用的夹具斜坡4便于将样品夹具固定于样品台上。

更具体而言，所述样品夹具凹槽2通过精密机械加工工艺制作，样品夹具凹槽2内表面采用粗糙面结构设置，样品夹具凹槽2采用四边形或圆形结构设置，且四边形的四个角采用倒圆角结构设置。

一种用于微纳器件微组装中对准操作的样品夹具的应用方法，步骤如下：

步骤一，选用样品夹具，使其样品夹具凹槽2与待对准样品(下样品)的尺寸相匹配，并将下样品嵌入到样品夹具凹槽2中；

步骤二，调整光刻机样品台与掩膜版放置位置之间的相对高度，将装载有下样品的样品夹具置于光刻机的样品台上，样品台抽真空后，使样品夹具通过固定作用内凹孔1与固定作用夹具的斜坡4固定在样品台上；

步骤三，将标准样品(上样品)采用掩膜版真空吸住并固定，调整样品台高度，使下样品靠近上样品，利用光刻机的左右两个光学显微镜观察两个样品，并调整样品台位置，在事先设计并制作出的对准标记引导下，使下样品与上样品精确对准；

步骤四，调整样品台高度，使上样品与下样品相接触，继续用光刻机的左右两个光学显微镜观察上下样品的相对位置，使上下样品精确对准，并通过螺钉与方形垫片通过固定作用螺纹通孔3将上下样品进行固定；

步骤五，在光刻机的样品台上取下已固定样品相对位置的夹具，以进行后续加工。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。