專利名稱：一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，屬于一種易碎超薄片或薄膜材料被無損切割成微米級(jí)尺寸樣品的方法。
背景技術(shù)：
由于實(shí)際需要，經(jīng)常要將易碎超薄片或薄膜材料切割成微米級(jí)尺寸的樣品。但是在易碎超薄片或薄膜材料切割成微米級(jí)尺寸的過程切割過程中存在兩方面的問題。首先，由于切割工具與易碎超薄片或薄膜材料相互接觸時(shí)存在至少一種的相互作用力，容易使得易碎超薄片或薄膜材料在切割過程中發(fā)生位移，使得每一次切割工具與易碎超薄片或薄膜作用前都必須重新對(duì)準(zhǔn)，才能保證最終要求樣品的尺寸和數(shù)目，這不僅增加了切割的難度還降低了切割的精度。其次，由于切割最終所得樣品為易碎超薄片或薄膜材料切割成微米級(jí)尺寸的樣品，切割過程中由于切割工具與樣品之間的相互作用力或者其他因素有可能導(dǎo)致微米級(jí)樣品的破損或者位移甚至遺失。因此在切割過程中我們需要將易碎超薄片或薄膜無損的固定在工作臺(tái)面上，且保證切割作業(yè)完成后，樣品可以無損的與固定工作臺(tái)面分開，以便轉(zhuǎn)移。常見的固定方法有三種，一種是利用夾持工具將超薄片或薄膜夾持固定在工作臺(tái)面上；第二種是將超薄片或者薄膜材料用膠粘在工作臺(tái)面上；第三種是在工作臺(tái)面上開設(shè)吸附孔，以使工作臺(tái)的上表面形成吸附面，吸附孔通過設(shè)置在工作臺(tái)面下側(cè)的吸附管道與真空泵相連通，切割作業(yè)時(shí)，真空泵工作，超薄片或薄膜被吸附在工作臺(tái)面上。然而，現(xiàn)有的工件固定方法均存在缺陷。當(dāng)采用夾具夾持易碎超薄片或薄膜時(shí)，切割下的中間部分便不能得到固定，若超薄片或薄膜材料的脆性較大，夾具夾持過程中很容易將材料夾碎，因而造成材料的破損，使材料質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，比如當(dāng)夾持超薄的陶瓷材料時(shí)，陶瓷很容易被夾碎；當(dāng)采用膠粘方法將超薄片或薄膜材料固定在工作臺(tái)面上時(shí)，完成切割再次分離樣品和工作臺(tái)面時(shí)，很難保證微米級(jí)樣品的質(zhì)量；當(dāng)采用傳統(tǒng)真空吸附的方法固定易碎超薄片或薄膜時(shí)，不能保證切割下的微米級(jí)樣品都恰好覆蓋至少一個(gè)吸附孔上，因而無法保證切割樣品的全部固定，且切割過程中自材料上掉下的碎屑將會(huì)在真空吸附的作用下進(jìn)入吸附孔，從而造成吸附管道的堵塞，甚至損壞真空泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，該方法涉及的真空吸附裝置是由吸附面工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、真空泵、硅片、切割工具組成，采用機(jī)械刀具或鋒利金屬絲或飛秒激光或聚焦離子束等切割工具，作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割開，將切割工具沿切割斷面垂直方向平移，再將切割工具作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割開，按照這種方式進(jìn)行重復(fù)，直到完成切割要求的樣品數(shù)目為止。本發(fā)明所述的一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，該方法中涉及的真空吸附裝置是由吸附面工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、真空泵、硅片、切割工具組成，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、在帶有吸附孔(6)的吸附面工作臺(tái)(2)上鋪設(shè)帶有孔(8)的透氣硅片(5)，將易碎超薄片或薄膜材料(I)放置在透氣硅片(5)上；b、開啟真空泵(3)，通過吸附面工作臺(tái)(2)上的孔(6)和透氣硅片(5)上的孔(7)將易碎超薄片或薄膜材料(I)被吸附在透氣硅片(5)上；C、采用切割工具對(duì)易碎超薄片或薄膜材料(I)進(jìn)行切割開；d、在易碎超薄片或薄膜材料(I)被切割開后，將切割工具通過步進(jìn)電機(jī)(4)控制沿切割斷面垂直方向平移100-300um ；e、待易碎超薄片或薄膜材料(I)完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵(3)，吸附面工作臺(tái)(2)與透氣硅片(5)脫離吸附，易碎超薄片或薄膜材料(I)即可分離。步驟a中的吸附面工作臺(tái)(2)上的吸附孔(6)與真空泵(3)連接。步驟a中所述的透氣硅片(5)的厚度為30-100 μ m，透氣硅片(5)上的孔(7)為O. 5-10 μ m,間距為 5-10 μ m。步驟a中吸附面工作臺(tái)(2)與透氣硅片(5)之間的負(fù)壓值為-50 _25kpa。步驟b易碎超薄片或薄膜材料(I)為超薄陶瓷薄片、陶瓷薄膜、超薄芯片或超薄食品O 步驟c中的切割工具為機(jī)械刀具或鋒利金屬絲或飛秒激光或聚焦離子束，其中機(jī)械刀具的刀鋒為10-30nm,鋒利金屬絲的線寬為5_30nm。本發(fā)明所述的一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，該方法在切割過程中固定樣品的工作臺(tái)是一個(gè)帶有吸附孔的吸附面工作臺(tái)，在工作臺(tái)上的吸附面上加載一片帶有緊密透氣孔的厚度為30 100 μ m的硅片，在工作臺(tái)的吸附面上先將硅片吸附在表面，使吸附面與可透氣硅片之間形成-50 -25kpa的負(fù)壓，進(jìn)一步使可透氣硅片的透氣孔成為二級(jí)吸附孔，吸附放在其表面的材料，由于可透氣硅片的透氣孔之間間距為5-10μπι，透氣孔徑為
O.5-10 μ m，因此確保了微米級(jí)樣品的吸附，阻止了切割碎屑的落入，實(shí)現(xiàn)了易碎超薄片或薄膜材料被切割成微米級(jí)樣品時(shí)的固定。本發(fā)明所述一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，其特點(diǎn)為能夠?qū)崿F(xiàn)易損超薄片或薄膜材料切割成微米級(jí)樣品的無損切割；針對(duì)不同材料體系，可以選擇刀鋒為10-30nm的機(jī)械刀具或線寬為5_30nm的鋒利金屬絲或飛秒激光或聚焦離子束等工具中的一種或幾種進(jìn)行切割；程序控制步進(jìn)電機(jī)控制切割尺寸保證了切割后所得樣品的均一性和重復(fù)性；為易碎且超薄陶瓷薄片、易碎且超薄的陶瓷薄膜、易碎且超薄的芯片、易碎且超薄的食品等材料提供了切割方法，使得他們能夠以微米級(jí)樣品的方式進(jìn)行后續(xù)處理；現(xiàn)有的微納加工技術(shù)可以精確實(shí)現(xiàn)硅片的處理工作，采用減薄技術(shù)將硅片減薄至30-100 μ m, 一方面降低了后續(xù)工藝處理的難度和成本，另一方面能夠良好的實(shí)現(xiàn)吸附面與可透氣娃片之間-50 -25kpa的負(fù)壓；采用成熟的光刻工藝在硅片表面光刻顯影間距為5-10μπι，孔徑大小為
O.5-10 μ m的小孔，由于光刻工藝可控，且硅片表面占空比滿足吸附需要，因此可按照需要設(shè)計(jì)不同尺寸的陣列小孔，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕手段可以完成透氣孔的制備；
由于可透氣硅片的透氣孔之間間距為5-10μπι，因此確保了微米級(jí)樣品的吸附；由于透氣孔徑為O. 5-10 μ m,因而可以阻止切割碎屑的落入；實(shí)現(xiàn)過程中無其他硬性較大的物件與樣品的直接接觸，因此可以避免樣品不必要的損壞；切割完成后，關(guān)閉真空泵，微米級(jí)樣品可與硅片自動(dòng)脫附，避免了膠粘或類似操作過程中再次分離時(shí)所導(dǎo)致樣品損壞的可能。


圖1為本發(fā)明吸附面工作臺(tái)示意圖；圖2為本發(fā)明切割工具控制示意圖；圖3為本發(fā)明切割示意圖；圖4為本發(fā)明吸附面工作臺(tái)底部示意圖；圖5為本發(fā)明透氣硅片示意圖；圖6為本發(fā)明 吸附面工作臺(tái)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1a、在帶有吸附孔6的吸附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為O. 5 μ m，間距為5 μ m，厚度為30 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎超薄陶瓷薄片I放置在透氣硅片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎超薄陶瓷薄片I緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與可透氣硅片5之間的負(fù)壓值為_50kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；C、將步進(jìn)電機(jī)4與的機(jī)械刀具連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用刀鋒為IOnm的機(jī)械刀具對(duì)易碎超薄陶瓷薄片進(jìn)行切割，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品；d、在易碎超薄陶瓷薄片I被切割開后，將刀鋒為IOnm的機(jī)械刀具通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移IOOum ；e、待易碎超薄陶瓷薄片I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎超薄陶瓷薄片I即可分離，從而完整的完成了易碎超薄陶瓷薄片I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。實(shí)施例2a、在帶有吸附孔6的吸附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為1. O μ m，間距為8 μ m，厚度為50 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎陶瓷薄膜I放置在透氣娃片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎陶瓷薄膜I緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的負(fù)壓值為_40kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；
C、將步進(jìn)電機(jī)4與機(jī)械刀具連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用刀鋒為30nm的機(jī)械刀具對(duì)易碎陶瓷薄膜進(jìn)行切割開，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品；d、在易碎陶瓷薄膜I被切割開后，將刀鋒為30nm的機(jī)械刀具通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移200um ；e、待易碎陶瓷薄膜I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎陶瓷薄膜I即可分離，從而完整的完成了易碎陶瓷薄膜I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。實(shí)施例3a、在帶有吸附孔6的吸附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為5. O μ m，間距為10 μ m，厚度為80 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎超薄芯片I放置在透氣娃片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎超薄芯片I緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的負(fù)壓值為-30kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；C、將步進(jìn)電機(jī)4與鋒利金屬絲連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用線寬為5nm的鋒利金屬絲對(duì)易碎陶瓷芯片進(jìn)行切割開，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品；d、在易碎超薄芯片I被切割開后，將線寬為5nm的鋒利金屬絲通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移250 um ；e、待易碎超薄芯片I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎超薄芯片I即可分離，從而完整的完成了易碎超薄芯片I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。實(shí)施例4a、在帶有吸附孔6的吸附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為10 μ m，間距為10 μ m，厚度為100 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎陶瓷薄膜I放置在透氣娃片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎陶瓷薄膜I被緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的負(fù)壓值為-25kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；C、將步進(jìn)電機(jī)4與飛秒激光連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用飛秒激光對(duì)易碎陶瓷薄膜進(jìn)行切割開，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品;d、在易碎陶瓷薄膜I被切割開后，將飛秒激光的聚焦點(diǎn)通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移300um;e、待易碎陶瓷薄膜I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎陶瓷薄膜I即可分離，從而完整的完成了易碎陶瓷薄膜I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。實(shí)施例5a、在帶有吸附孔6的吸附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為10 μ m，間距為7 μ m，厚度為70 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎超薄食品I放置在透氣娃片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎超薄食品I緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的負(fù)壓值為-35kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；C、將步進(jìn)電機(jī)4與聚焦離子束連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用聚焦離子束對(duì)易碎陶瓷薄膜進(jìn)行切割開，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品；d、在易碎超薄食品I被切割開后，將聚焦離子束通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移250um;e、待易碎超薄食品I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎超薄食品I即可分離，從而完整的完成了易碎超薄食品I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。實(shí)施例6a、在帶有吸附孔6的吸 附面工作臺(tái)2上鋪設(shè)帶有孔7為3 μ m，間距為6 μ m，厚度為60 μ m的透氣硅片5，吸附面工作臺(tái)2上的吸附孔6與真空泵3連接，將易碎超薄食品I放置在透氣娃片5上；b、開啟真空泵3，通過吸附面工作臺(tái)2上的孔6和透氣硅片5上的孔7將易碎超薄食品I緊密吸附在透氣硅片5的表面上，在吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的負(fù)壓值為_45kpa，使透氣硅片5成為工作中的二級(jí)吸附臺(tái)；C、將步進(jìn)電機(jī)4與鋒利金屬絲連接，用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)4，采用線寬為30nm的鋒利金屬絲對(duì)易碎陶瓷薄膜進(jìn)行切割開，切割一次后，按照預(yù)定程序沿著與切割斷裂面垂直的方向前進(jìn)，進(jìn)行第二次切割，兩次切割斷裂面中間的微米級(jí)尺寸部分即是滿足預(yù)定目標(biāo)的微米級(jí)樣品；d、在易碎超薄食品I被切割開后，將聚焦離子束通過步進(jìn)電機(jī)4控制沿切割斷面垂直方向平移150um ；e、待易碎超薄食品I完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵3，吸附面工作臺(tái)2與透氣硅片5之間的氣壓均恢復(fù)正常大氣壓，脫離吸附，易碎超薄食品I即可分離，從而完整的完成了易碎超薄食品I的無損切割成微米級(jí)樣品的全過程。
權(quán)利要求
1.一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，其特征在于該方法中涉及的真空吸附裝置是由吸附面工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、真空泵、硅片、切割工具組成，具體操作按下列步驟進(jìn)行 a、在帶有吸附孔(6)的吸附面工作臺(tái)(2)上鋪設(shè)帶有孔(8)的透氣硅片(5)，將易碎超薄片或薄膜材料(I)放置在透氣硅片(5)上； b、開啟真空泵(3)，通過吸附面工作臺(tái)(2)上的孔(6)和透氣硅片(5)上的孔(7)將易碎超薄片或薄膜材料(I)被吸附在透氣硅片(5)上； C、采用切割工具對(duì)易碎超薄片或薄膜材料(I)進(jìn)行切割開； d、在易碎超薄片或薄膜材料(I)被切割開后，將切割工具通過步進(jìn)電機(jī)(4)控制沿切割斷面垂直方向平移100-300um ； e、待易碎超薄片或薄膜材料(I)完全切割成微米級(jí)樣品后，關(guān)閉真空泵(3)，吸附面工作臺(tái)(2)與透氣硅片(5)脫離吸附，易碎超薄片或薄膜材料(I)即可分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中的吸附面工作臺(tái)(2)上的吸附孔(6)與真空泵(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中所述的透氣硅片(5)的厚度為30-100 μ m，透氣硅片(5)上的孔(7)為O. 5-10 μ m，間距為5-10 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中吸附面工作臺(tái)(2)與透氣硅片(5)之間的負(fù)壓值為-50 -25kpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b易碎超薄片或薄膜材料(I)為超薄陶瓷薄片、陶瓷薄膜、超薄芯片或超薄食品。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中的切割工具為機(jī)械刀具或鋒利金屬絲或飛秒激光或聚焦離子束，其中機(jī)械刀具的刀鋒為10-30nm，鋒利金屬絲的線寬為5_30nmo
全文摘要
本發(fā)明涉及一種易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，該方法涉及的真空吸附裝置是由吸附面工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、真空泵、硅片、切割工具組成，采用機(jī)械刀具或鋒利金屬絲或飛秒激光或聚焦離子束等切割工具，作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割開，將切割工具沿切割斷面垂直方向平移規(guī)定距離，再將切割工具作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割開，按照這種方式進(jìn)行重復(fù)，直到完成切割要求的樣品數(shù)目為止。
文檔編號(hào)B26D7/01GK103056903SQ20131003122
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者蔣春萍, 孔雯雯, 高博, 常愛民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所