用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置及方法与流程

本发明属于微机电系统和量子传感器的原子气室制造技术领域，更具体地，涉及用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置及方法。

背景技术：

微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，mems)原子气室是芯片级原子器件的“心脏”，mems原子气室的制作是原子钟、原子磁力计等器件小型化微型化的要求，是芯片级原子钟和小型化磁力计研制中不可或缺的关键技术。mems原子气室的设计制造包括原子气室腔体的制作和碱金属原子与缓冲气体的填充两大关键步骤。

原子气室腔体的制作是通过阳极键合技术实现。阳极键合技术是wallis和pomerantz于1969年提出的，它可以在不使用粘结剂的情况下将高硼硅玻璃与硅片静电键合在一起，这种键合相对热熔结温度低、键合面牢固不可逆。以4英寸的硅片为例，首先硅片进行深硅刻蚀制作硅孔，将刻蚀后的硅片与高硼硅玻璃加热到180-350℃，然后用力压紧(1000n左右)硅片和高硼硅玻璃，硅片接电源正极，高硼硅玻璃接负极，电压800-2000v。在电压作用下，高硼硅玻璃中的钠离子将向负极方向移动，在紧邻硅片的玻璃表面形成耗尽层，耗尽层带有负电荷，硅片带正电荷，硅片和高硼硅玻璃之间存在较大的静电引力，使二者紧密接触，在比较高的温度下(180-350℃)，紧密接触的硅/玻璃界面会发生键合反应，形成牢固的化学键，如si-o-si键等。

在原子气室腔体阳极键合过程中，碱金属的直接充制非常重要，传统的充制反应物产生碱金属的方法，例如现有的商用阳极键合机如evg510键合机工作在洁净间的开放环境，不能直接充制碱金属元素，只能采用反应生成碱金属元素的方式制造。在mems原子气室的生产中，由于化学反应生成的副产物常常附着在原子气室的玻璃层上或内壁上会导致原子气室的透光率下降，影响碱金属原子与调制激光的相互作用。再者，由于工艺原因使得各个mems原子气室的碱金属原子含量差异显著，严重影响原子气室的成品率。因此本领域技术人员迫切需要设计一种可用于碱金属直充的原子气室制作一体化阳极键合装置和方法。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置及方法。

本发明公开了一种用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置，包括：

用于实现键合物料传送的真空传送机构；用于实现原子气室的碱金属直充氛围的保护机构；用于实现硅片和高硼硅玻璃的输送及碱金属直充操作的移物机构；以及，用于实现硅片和高硼硅玻璃阳极键合的阳极键合机构；

所述保护机构包括底座和透视密封罩，所述透视密封罩设有操作手套；所述透视密封罩密封罩设于所述底座以形成一封闭空间，所述封闭空间用于充入保护气体以提供洁净的工作空间，用于原子气室的碱金属直接转移填充操作；

所述移物机构和所述阳极键合机构均安装于所述底座并设置在所述封闭空间的内部；所述真空传送机构与所述保护机构的封闭空间连通；所述移物机构用于将硅片和高硼硅玻璃传送至所述阳极键合机构。

可选地，所述阳极键合机构包括键合工艺腔体、上阴极十字电极、压力施加机构、上温控加热加压板、下阳极电极、下温控加热样品承载台、二维调平架和用于检测键合工艺腔体的工艺腔的压强的工艺腔压力表；所述上阴极十字电极设置于所述上温控加热加压板，所述下阳极电极设于所述下温控加热样品承载台；所述上阴极十字电极和所述下阳极电极相互靠近且相对设置；所述压力施加机构与所述上温控加热加压板连接，以带动所述上温控加热加压板靠近或远离所述下温控加热样品承载台；所述下温控加热样品承载台设置于所述二维调平架，以实现所述上温控加热加压板和所述下温控加热样品承载台的对准；所述上阴极十字电极、所述压力施加机构、所述上温控加热加压板、所述下阳极电极和所述下温控加热样品承载台均容置于所述键合工艺腔体的工艺腔；所述键合工艺腔体对应所述移物机构设有可于封闭状态和打开状态切换的工艺腔进样口。

可选地，所述阳极键合机构还包括侧面阳极点电极，所述侧面阳极点电极对应硅片设置，所述侧面阳极点电极可做靠近或远离硅片的往复运动，以适应不同厚度的硅片；硅片的切边远离所述侧面阳极点电极一侧设置，高硼硅玻璃的切边靠近所述侧面阳极点电极一侧设置，以便于所述侧面阳极点电极与硅片接触；硅片和第一块高硼硅玻璃的阳极键合通过上阴极十字电极和下阳极电极实现，硅片和第二块高硼硅玻璃的阳极键合通过上阴极十字电极和侧面阳极点电极实现；且硅片和第一块高硼硅玻璃的阳极键合先于硅片和第二块高硼硅玻璃的阳极键合，第一块高硼硅玻璃和第二块高硼硅玻璃分设于硅片的两侧，使得硅片夹设于第一块高硼硅玻璃和第二块高硼硅玻璃之间。

可选地，所述真空传送机构包括真空传送腔体，所述真空传送腔体设有置物口、进料口和传送腔真空接口；所述置物口设有用于启闭其的置物阀门；所述进料口与所述封闭空间连通，所述进料口设有用于启闭其的进料阀门；所述传送腔真空接口与真空提供机构连接。

可选地，所述真空传送机构还设有标准传送口，所述标准传送口设有用于启闭其的传送阀门；所述标准传送口与硅片处理装置连通。

可选地，所述移物机构包括进样导轨、载物台支架和可移动样品载物台，所述进样导轨设于所述底座，所述载物台支架滑移设置于所述进样导轨；所述可移动样品载物台设于所述载物台支架。

本发明还公开了一种用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合方法，其适用于上述任意一项所述的用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置，包括步骤：

s1，再生操作：于保护机构的封闭空间充入保护气体以形成碱金属直充氛围；

s2，材料传送：将需要阳极键合的硅片和高硼硅玻璃经真空传送机构于真空传送氛围传送至封闭空间，并于所述封闭空间将硅片和第一块高硼硅玻璃置于移物机构，使得第一块高硼硅玻璃与硅片叠设；

s3，第一次硅玻璃阳极键合：移物机构将硅片和第一块高硼硅玻璃输送至阳极键合机构进行硅片和第一块高硼硅玻璃的阳极键合以形成填充硅孔件；

s4，碱金属直充操作：移物机构将填充硅孔件于阳极键合机构移出以置于封闭空间，并于封闭空间将碱金属注入填充硅孔件的填充硅孔，后于硅片的上方叠设第二块高硼硅玻璃，其中，第一块高硼硅玻璃和第二块高硼硅玻璃分设于硅片的两侧，使得硅片夹设于第一块高硼硅玻璃和第二块高硼硅玻璃之间；

s5，第二次硅玻璃阳极键合：移物机构将硅片、第一块高硼硅玻璃和第二块高硼硅玻璃输送至阳极键合机构。

可选地，硅片和第一块高硼硅玻璃的阳极键合通过上阴极十字电极和下阳极电极实现；硅片和第二块高硼硅玻璃的阳极键合通过上阴极十字电极和侧面阳极点电极实现。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明中，真空传送机构，保护机构，移物机构及阳极键合机构集成一体化，保证了实现原子气室直接充制碱金属元素单质；在实现原子气室制作中，封闭空间保护气体以提供洁净的工作空间，用于原子气室的碱金属直接转移填充操作，保护机构提供了洁净且保护氛围(隔绝氧气和水蒸气)，实现了原子气室制作的碱金属直充的制作氛围，同时其与真空传送机构还提供了硅片、高硼硅玻璃、碱金属移液器等的输送、转移所需的洁净、干燥的传送氛围；实现了原子气室的阳极键合、封装、碱金属直充的集成化生产，可取代现有无法实现原子气室集成化生产的设备，适用于原子气室的批量化工业生产；本发明集成化、自动化较高，生产效率和成品率良好，既可适用于大批量生产也适用于小批量生产，可满足不同客户需求。

2.本发明中，阳极键合机构集温控、加热、加压力和分级加电压一体，简化了当前碱金属原子气室复杂的制作流程，更优的，本发明采用十字型线电极，较之现有点电极和面电极，可更高效地提高键合速度的同时降低废品率。试验表明，采用十字型线电极组成键合电压电极提高键合效率高，适合于工业化生产，节约成本；与传统原子气室制作方法相比，直接充制碱金属单质稳定性更好，十字型线电极制作效率更高，使用寿命更长。更优的两次键合分别采用十字型线电极和点电极，十字型线电极保证了第一次键合的质量和效率，硅片导电性能随着温度升高变强，在第二次阳极键合中侧面阳极点电极可以直接接触硅片，导通第二块高硼硅玻璃与填充硅孔使用，避免高硼硅玻璃-硅片-高硼硅玻璃结构带来的高电阻(高温下硅片电阻远小于高硼硅玻璃)，可有效增加键合速度，从而点电极保证了第二次键合成品率(避免因线电极烧穿高硼硅玻璃，从而保证了键合产品的成品率)。

3.本发明中，本发明可搬运、移动，使用便捷，且能灵活地与硅片处理装置(如硅片清洁设备、干燥设备等设备)有效结合，实现芯片由清洁到原子气室制作的一体化综合管理。

附图说明

图1为本发明的用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置的一种实施例结构示意图；

图2为本发明的用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置的第二种实施例结构示意图；

图3为本发明的用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合方法的一种实施例流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：01-标准传送口，02-传送腔真空接口，03-真空传送腔体，04-置物口，05-进料口，06-封闭空间，07-氮气接口，08-硅片、081-填充硅孔、09-第一块高硼硅玻璃、11-载物台支架，12-可移动样品载物台，13-移液操作手套，14-碱金属移液器，15-填充硅孔件，16-第二块高硼硅玻璃，17-进样导轨，21-工艺腔进样口，22-键合工艺腔，23-上阴极十字电极，24-压力施加机构，25-上温控加热加压板，26-下阳极电极，27-二维调平架，28-下温控加热样品承载台，29-键合操作手套，30-侧面阳极点电极，31-工艺腔压力表，32-工艺气体导入阀、41-工艺气体，42-氮气，43-高压电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的一种实施例中，如图1-3所示，一种用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置，包括：用于实现键合物料传送的真空传送机构；用于实现原子气室的碱金属直充氛围的保护机构；用于实现硅片08和高硼硅玻璃(即下文的第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16)的输送及碱金属直充操作的移物机构；以及，用于实现硅片08和高硼硅玻璃阳极键合的阳极键合机构；保护机构包括底座和透视密封罩，透视密封罩设有操作手套；透视密封罩密封罩设于底座以形成一封闭空间06，封闭空间06用于充入保护气体以提供洁净的工作空间，用于原子气室的碱金属直接转移填充操作；移物机构和阳极键合机构均安装于底座并设置在封闭空间06的内部；真空传送机构与保护机构的封闭空间连通；移物机构用于在封闭空间06将硅片08和高硼硅玻璃传送至阳极键合机构。

值得说明的是，保护机构可于封闭空间06提供氮气氛围、二氧化碳氛围等不影响碱金属直充以及硅片08、高硼硅玻璃的输送和键合的工作氛围即可，以保证封闭空间06内的绝氧、绝水蒸气等实现碱金属直充操作(碱金属在充有保护气体(氮气、二氧化碳等)的碱金属直充氛围下于封闭空间06通过碱金属移液器15转移填充到硅片08的填充硅孔081内)。在实际应用中，高硼硅玻璃可为派瑞克斯7740、肖特bf33等。在实际应用中，工作人员可通过透视密封罩观察整个操作过程，保证其顺利进行。当本发明用于生产小批量的原子气室时，部分操作可通过人工实现，则此时操作手套根据操作需求可包括移液操作手套13和/或键合操作手套29，其中，移液操作手套13对应移物机构设置，键合操作手套29对应阳极键合机构设置。

可选地，阳极键合机构包括键合工艺腔体22、上阴极十字电极23、压力施加机构24、上温控加热加压板25、下阳极电极26、下温控加热样品承载台28和用于检测键合工艺腔体22的的工艺腔的压强的工艺腔压力表31；上阴极十字电极23设置于上温控加热加压板25，下阳极电极26设于下温控加热样品承载台28；上阴极十字电极23和下阳极电极26相互靠近且相对设置；压力施加机构24与上温控加热加压板25连接，以带动上温控加热加压板25靠近或远离下温控加热样品承载台28；上阴极十字电极23、压力施加机构24、上温控加热加压板25、下阳极电极26和下温控加热样品承载台28均容置于键合工艺腔体22的工艺腔；键合工艺腔体22对应移物机构设有可于封闭状态和打开状态切换的工艺腔进样口21。可选地，下温控加热样品承载台28设于上温控加热加压板25的下方，使得温控加热样品承载台28和上温控加热加压板25沿上下方向相对设置。

可选地，阳极键合机构还包括侧面阳极点电极30，侧面阳极点电极30对应硅片08设置，侧面阳极点电极30可做靠近或远离硅片08的往复运动，以适应不同厚度的硅片08；硅片08的切边远离侧面阳极点电极30一侧设置，高硼硅玻璃的切边靠近侧面阳极点电极30一侧设置，以便于侧面阳极点电极30与硅片08接触；硅片08和第一块高硼硅玻璃09的阳极键合通过上阴极十字电极23和下阳极电极26实现，硅片08和第二块高硼硅玻璃16的阳极键合通过上阴极十字电极23和侧面阳极点电极30实现；且硅片08和第一块高硼硅玻璃09的阳极键合先于硅片08和第二块高硼硅玻璃16的阳极键合，第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16分设于硅片08的两侧，使得硅片08夹设于第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16之间。

在实际应用中，侧面阳极点电极30可通过一维运动或多维运动(二维以上的运动)运动实现其硅片08的接触，具体可根据本发明生产所需的硅片08的规格决定，当本发明生产的硅片08的厚度尺寸相同时，则侧面阳极点电极30可通过一维运动实现其靠近或远离硅片08，从而保证在第一次键合过程中，侧面阳极点电极30不与硅片08接触，而第二次键合过程中，侧面阳极点电极30则与硅片08接触；当本发明生产的硅片08的厚度尺寸不同时，则侧面阳极点电极30可通过多维运动以保证其根据生产需求选择性地与硅片08接触或不接触，保证本发明运行的稳定性和可靠性。且由于高硼硅玻璃的切边与硅片08的切边相对设置(即不同侧设置)，使得硅片08与其自身切边沿径向方向对应的部分径向凸起于高硼硅玻璃的切边，从而使得侧面阳极点电极30沿径向方向和/或上下方向等可之间接触到硅片08，使得硅片08与侧面阳极点电极30的接触易于实现且得到保证，从而保证了原子气室制作的顺利、稳定进行。更优的，由于硅片08导电性能随着温度升高变强，在第二次阳极键合中侧面阳极点电极30可以直接接触硅片08，导通第二块高硼硅玻璃16与填充硅孔081使用，避免高硼硅玻璃-硅片-高硼硅玻璃结构带来的高电阻(高温下硅片08电阻远小于高硼硅玻璃)，可有效增加键合速度，使得侧面阳极点电极30保证了第二次键合成品率，从而保证了原子气室制作的成品率。

可选地，侧面阳极点电极30优选通过二维运动实现其与硅片08的接触和远离，具体地，侧面阳极点电极30可沿硅片08的厚度方向靠近或远离硅片08，同时，侧面阳极点电极30还可沿硅片08的平面方向靠近或远离硅片08。在实际应用中，硅片08可通过直线机构(气缸、直线电机、丝杠副)或转动机构(旋转电机、齿轮等)中的一种或多种的组合实现其一维或多维运动。

可选地，工艺腔的侧壁设有工艺气体导入口，工艺气体导入口与工艺气体提供机构连通。工艺气体提供机构在工艺腔内充入工艺气体41，从而保证键合质量和键合效率。在实际应用中，可直接通过工艺气体导入口通入工艺气体41，也可通过在工艺气体导入口套设用于流通工艺气体41的管道实现工艺气体41的输送。

可选地，下温控加热样品承载台28设于二维调平架27。通过二维调平架27可实现下温控加热样品承载台28的调平，从而保证上温控加热加压板25和下温控加热样品承载台28相抵接时的平面接触度和对准，进而保证硅片08、高硼硅玻璃相互间的接触以及其与上温控加热加压板25、下温控加热样品承载台28的面接触的平整性和接触面积，进而保证键合质量和效率。在实际应用中，二维调平架27的运动可通过直线机构、转动机构以及传感器实现。

可选地，真空传送机构包括真空传送腔体03，真空传送腔体03设有置物口04、进料口05和传送腔真空接口02；置物口04设有用于启闭其的置物阀门；进料口05与封闭空间06连通，进料口05设有用于启闭其的进料阀门；传送腔真空接口02与真空提供机构连接。当需要键合时，洁净的碱金属移液器14、硅片08、高硼硅玻璃通过置物口04放置真空传送腔体03的内部，并使置物阀门、进料阀门处于封闭状态，然后通过传送腔真空接口02、真空提供机构对真空传送腔体03进行抽真空至5.0×10^-2～1.0×10^-4pa，再打开进料阀门并将碱金属移液器14、硅片08、高硼硅玻璃通过进料口05送至已处于碱金属直充氛围的封闭空间06。

可选地，真空传送腔体03还设有标准传送口01，标准传送口01设有用于启闭其的传送阀门；标准传送口01与硅片处理装置连通。在实际应用中，硅片08在键合过程中需要保证其洁净和干燥，因此，真空传送腔体03还可通过标准传送口01与硅片处理装置(如硅片清洁设备、干燥设备等设备)有效结合。

可选地，移物机构包括进样导轨17、载物台支架11和可移动样品载物台12，进样导轨17设于底座，载物台支架11滑移设置于进样导轨17；可移动样品载物台12设于载物台支架11。在实际应用中，导轨与载物台支架11可凹凸配合以保证载物台支架11的线性运动。可移动样品载物台12可通过夹持或承托等方式实现其对硅片08、高硼硅玻璃的传送。

示例性的，如图1和2所示，一种用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置，其真空传送机构包括真空传送腔体03，真空传送腔体03设有标准传送口01、传送腔真空接口02、置物口04和进料口05；封闭空间06的侧壁设有氮气接口07、移液操作手套13、工艺腔进样口21、键合操作手套29、工艺气体导入阀32(其工艺气体导入口连通)和工艺腔压力表31；移物机构包括进样导轨17、载物台支架11和可移动样品载物台12；阳极键合机构包括上阴极十字电极23、压力施加机构24、上温控加热加压板25、下阳极电极26、二维调平架27、下温控加热样品承载台28和侧面阳极点电极30。封闭空间06用以提供洁净、氮气保护环境工作空间，用于碱金属转移填充操作，直接充制碱金属单质，有效降低杂质的引入。上阴极十字电极23采用十字型线电极，材质为石墨，可有效提高键合速度的同时降低废品率，适用于工业生产。上温控加热加压板25和下温控加热样品承载台28可提供较低的键合温度(180～350℃)，配合二维调平架27可有效盖紧高硼硅玻璃与硅片08以降低碱金属元素的逃逸量的同时保障键合质量，提高成品率。高硼硅玻璃材质为肖特bf33玻璃或者派瑞克斯7740玻璃，填充硅孔件15包含制作好的硅片08以及第一块高硼硅玻璃09，在实际应用中，硅片08及高硼硅玻璃导电性能随着温度升高变强。标准传送口01，可以连接硅片清洗、干燥操作间，有效结合硅片清洁区域模块化管理。碱金属移液器14可以用于原子气室的微量定量的碱金属转移填充，解决了量子器件的微量定量充制样品问题。

本装置在使用前，首先完成对封闭空间06及内部仪器工具(移物机构和阳极键合机构)整体的再生(内部洁净、除氧除尘)并通过氮气接口07将氮气42构成的保护气体充入封闭空间06。完成后将所需键合物料(硅片08、高硼硅玻璃)、碱金属移液器14等通过放入标准传送口01或者置物口04放入真空传送腔体03内部，并关闭对应的阀门(置物阀门、进料阀门、传送阀门)使得真空传送腔体03的内部形成一可抽真空的密封空间，再利用传送腔真空接口02对真空传送腔体03内部进行抽真空处理。

上述工作完毕后，通过移液操作手套13开启进料口05，将真空传送腔体03内的全部东西移送至封闭空间06内开始进行键合操作。如图3所示，通过两次键合将硅片08和上下两块高硼硅玻璃(即第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16)结合在一起，键合操作全程利用键合操作手套29在移动内部材料，操作设备来完成。

首先将第一块高硼硅玻璃09放入可移动样品载物台12上，在其上盖上设有填充硅孔081的硅片08(硅片08的切边和第一块高硼硅玻璃09的切边不同侧设置)，载物台支架11沿着进样导轨17，穿过工艺腔进样口21将可移动样品载物台12上的样品送入到键合工艺腔体22内，并放置在下阳极电极26上(此时，第一块高硼硅玻璃09靠近下阳极电极26设置)。然后退出载物台支架11，关闭工艺腔进样口21，通过工艺气体导入阀32将工艺气体41充入键合工艺腔体22内部。最后，开启阳极键合机构，压力施加机构24将上阴极十字电极23压向放置在下阳极电极26上的硅片08，启动高压电源43，同时开启上阴极十字电极23、上温控加热加压板25，下阳极电极26、下温控加热样品承载台28内的加热和加电压功能，直至第一次键合结束。开启工艺腔进样口21，载物台支架11进入键合工艺腔体22将完成第一次键合(第一块高硼硅玻璃09和硅片08键合，如附图3中s1和s2所示)的材料取出。

通过移液操作手套13操作位于封闭空间06的碱金属移液器14往填充硅孔081内注入定量碱金属液体后，盖上第二块高硼硅玻璃16(切边朝外放置，即第一块高硼硅玻璃09的切边和第二块高硼硅玻璃16的切边同侧设置)后，重复第一次键合的过程，载物台支架11沿着进样导轨17将可移动样品载物台12送入键合工艺腔体22内完成第二次键合(附图3中s3和s4所示)，不同的是第二次键合时硅片08的切边朝外放置，第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16的切边朝内放置，以便于硅片08与侧面阳极点电极30接触；当载物台支架11沿着进样导轨17将可移动样品载物台12送入时，使硅片08的切边紧贴侧面阳极点电极30。键合时启动高压电源43，开启上阴极十字电极23、上温控加热加压板25，侧面阳极点电极30、下温控加热样品承载台28内的加热和加电压功能。两次键合完成后，开启进料口05，将原材料移入真空传送腔体03内，从标准传送口01，或传送腔真空接口02内取出。

此外，当原材料(硅片08、高硼硅玻璃、碱金属移液器14等)在直接键合前需要进行其他操作时，比如多次清洗、干燥等，可利用标准传送口01和其他标准腔室对接，待原材料在其他腔室内完成既定处理后，通过真空传送腔体03和标准传送口01送入封闭空间06即可。

本发明还公开了一种用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合方法，其适用于上述任意一项所述的用于碱金属直充的原子气室制作一体化键合装置，包括步骤：

s1，再生操作：于保护机构的封闭空间06充入保护气体以形成碱金属直充氛围；

s2，材料传送：将需要阳极键合的硅片08和高硼硅玻璃经真空传送机构于真空传送氛围传送至封闭空间06，并于所述封闭空间06将硅片08和第一块高硼硅玻璃09置于移物机构，使得第一块高硼硅玻璃09与硅片08叠设；

s3，第一次硅玻璃阳极键合：移物机构将硅片08和第一块高硼硅玻璃09输送至阳极键合机构进行硅片08和第一块高硼硅玻璃09的阳极键合以形成填充硅孔件15；

s4，碱金属直充操作：移物机构将填充硅孔件15于阳极键合机构移出以置于封闭空间06，并于封闭空间将碱金属注入填充硅孔件15的填充硅孔081，后于硅片08叠设第二块高硼硅玻璃16，其中，第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16分设于硅片08的两侧，使得硅片08夹设于第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16之间；

s5，第二次硅玻璃阳极键合：移物机构将硅片08、第一块高硼硅玻璃09和第二块高硼硅玻璃16输送至阳极键合机构进行硅片08和第二块高硼硅玻璃16的阳极键合。

可选地，硅片08和第一块高硼硅玻璃09的阳极键合通过上阴极十字电极23和下阳极电极26实现；可选地，硅片08和第二块高硼硅玻璃16的阳极键合通过上阴极十字电极23和侧面阳极点电极30实现。

在阳极键合过程中，静电引力起着非常重要的作用，电极的形状直接影响键合效果，常用的有点接触电极、线电极和平行板电极。点接触电极，键合界面不会产生孔隙，而双平行板电极，键合体界面将有部分孔隙，键合的速率比前者快；线电极集中了两者的优点，故我们在线电极的基础上接触高硼硅玻璃的一面采用交叉十字线电极，保证键合质量同时保证键合速度。

本实施例中，在开有填充硅孔081的硅片81的一面先键合了下高硼硅玻璃09，通过碱金属移液器14将碱金属元素充入填充硅孔081中，然后在硅片08另外一面键合上高硼硅玻璃16进行密封，从而实现了几个立方毫米体积的mems原子气室封装。键合的样品第一次键合放置于阳极键合机构内，抽真空至5.0×10^-2～1.0×10^-4pa，在键合温度为180～350℃，键合电压为800～1500v状态下实现有效阳极键合。键合的样品第二次键合放置于阳极键合机构内，先抽真空，再充入缓冲气体之后在键合温度为180～350℃，键合电压为1000～1500v，且第一次和第二次键合压力优选在1000n左右状态下实现阳极键合。

在较低的键合温度下，实现在本阳极键合装置内往填充硅孔081中直接充制碱金属元素，完成mems原子气室的制作。且两静电键合材料的热膨胀系数近似匹配，因而不会在键合完成冷却过程中会因内部应力较大而破碎，我们的方法和装置采用高硼硅玻璃(如派瑞克斯7740，肖特bf33)与硅片08。在较低的键合温度(约250℃)下高硼硅玻璃与硅片08热膨胀系数最为匹配，较低的键合温度也会降低碱金属的“逃逸”。采用十字型线电极组成键合电压电极提高键合效率高，适合于工业化生产，节约成本；与传统原子气室制作方法相比，直接充制碱金属单质稳定性更好，十字型线电极制作效率更高，使用寿命更长。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。