CN107533996B - 衬底固持器和用于接合两个衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种衬底固持器(1、1'、1''、1'''、1IV)，其具有用于固持衬底(11、11')的固定表面(4o)。

Description

衬底固持器和用于接合两个衬底的方法
技术领域
本发明涉及衬底固持器、具有这样的衬底固持器的系统、这样的衬底固持器的应用、用于接合两个衬底的方法和产品、特别是利用这样的方法制造的衬底堆栈以及这样的衬底固持器针对这样的方法的应用。
背景技术
在半导体工业中，衬底、特别是晶圆利用不同方法来彼此对准且彼此连接。连接的过程被称为接合。根据待连接的材料，必须应用不同接合技术以便达成最佳结果。
因此，金属例如通过在高温及高压下的扩散过程彼此接合，尽管用于在室温下接合的技术在近些年也愈来愈得到认同。
表面原子优选地形成共价键的衬底直接通过黏着力彼此连接。然而，黏着力并不是表面之间的最大连接强度，因为最初此仅为范德瓦尔(van-der-Waals)键。通过相应的过程(特别是热处理)，可将这样的范德瓦尔键转化成共价键。通过形成共价化合物来实现两个表面的连接的接合过程被称为熔接过程。近年来，也愈来愈被证实的是，尤其是接触表面的最大化决定性地有助于改进这样的接合。由此产生即使在室温下(特别是，无热处理或在仅仅很轻微的温度升高的情况下)将这样的表面彼此连接的全新可能性。近来，测量表明，可通过这样的优化实现待彼此连接的材料的接近于理论强度的连接强度。
在熔接的状况下，尤其是必须注重两个衬底在对准之前和/或期间和/或之后均不尤其由于热负载而不受控地膨胀。膨胀导致衬底的增大或减小，且因此导致衬底的待彼此对准的特征(尤其是芯片)的移位和/或误定向。此移位和/或误定向在此通常自中心延行至边缘。由此形成的缺陷在现有技术中、尤其在半导体工业中以名称伸出(run-out)已知。补偿该缺陷被称为伸出补偿。在下文中更详细地解释此缺陷。
当永久地连接两个衬底时最大的技术问题之一为各个衬底之间的功能单元的对准准确度。尽管可通过对准设施很准确地将衬底彼此对准，但在接合过程自身期间可能发生衬底的畸变。由于这样出现的畸变，功能单元不一定在所有位置处均彼此正确地对准。在衬底上确定点处的对准准确度可为畸变、缩放缺陷、透镜缺陷(放大或缩小缺陷)等的结果。在半导体工业中，有关于这样的问题的所有课题均包含于术语“重叠（Overlay）”下。对此主题的相应介绍例如在Mack, Chris的Fundamental Principles of Optical Lithography-The Science of Microfabrication，WILEY，2007，重印本2012中找到。
在实际制造过程之前在计算机上设计每个功能单元。例如，在CAD(英文：计算机辅助设计)程序中设计印制导线、微芯片、MEMS或可借助微系统技术制造的任何其他结构。然而，在制造功能单元期间显示出，在计算机上构建的理想功能单元与在无尘室中生产的实际功能单元之间总是存在偏差。差异可能主要归因于硬件的限制(即工程技术问题)，但十分经常地归因于物理极限。因此，通过光刻工艺制造的结构的分辨率准确度受到光罩的孔径大小及所使用的光的波长限制。掩膜畸变被直接传输至光阻中。机器的线性马达仅可在预定容限内行进至可再现位置等。因此，难怪衬底的功能单元不能与在计算机上构建的结构精确相同。因此，所有衬底在接合过程之前已经具有与理想状态的不可忽略的偏差。
如果在假定两个衬底均不由于连接过程而发生畸变的情况下现在比较两个衬底的两个相对功能单元的位置和/或形状，则确定：通常已经存在功能单元的不完美覆盖，因为这些功能单元由于上述缺陷与理想计算机模型不同。最常见缺陷图8中示出(自以下文献复制：http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlay_typical_model_terms_DE.svg，24.05.2013及Mack, Chris的Fundamental Principles of OpticalLithography-The Science of Microfabrication. Chichester：WILEY，第312页，2007，重印本2012)。根据图片，可在全局与局部或对称与不对称重叠缺陷之间进行粗略区分。全局重叠缺陷为均匀的，因此与位置无关。全局重叠缺陷与位置无关地在两个相对功能单元之间产生相同偏差。典型的全局重叠缺陷为缺陷类型I.及类型II.，其由于两个衬底相对于彼此的平移或旋转而产生。对于衬底上的所有分别相对的功能单元，两个衬底的平移或旋转均产生对应的平移或旋转缺陷。局部重叠缺陷与位置相关地主要由于弹性和/或塑性问题形成，在当前状况下主要由持续传播的接合波(bond wave)引起。在所示出的重叠缺陷中，主要是缺陷III.及IV.被称为“伸出”缺陷。此缺陷主要由于在接合过程期间至少一个衬底的畸变而形成。由于至少一个衬底的畸变，第一衬底的功能单元相对于第二衬底的功能单元也发生畸变。然而，缺陷I.及II.同样可由于接合过程而形成，但在大多数情况下强烈地被缺陷III.及IV.掩盖，使得缺陷I.及II.仅仅能够困难地被识别或测量。
在两个衬底靠近时的最大问题在于环境通常并不与衬底热力学平衡。如果所有热力学强度变量(在特定状况下尤其为温度)对于待考虑的所有子系统均为相等的，则总是存在热力学平衡。因此在许多状况下，衬底之一(尤其是固定在下部衬底固持器上的衬底)具有提高的温度。
在许多状况下期望或者甚至有意的是，相较于在上部衬底处存在的温度，对于下部衬底，设定不同的(尤其较高的)温度，以便以受控方式补偿衬底的已经提及的伸出缺陷。在此可能必需的是，相应地回火(尤其是加热或冷却)下部衬底。
如果现在使固定在根据本发明的衬底固持器上的第一、上部衬底移向第二、下部衬底，则第二、下部衬底(但尤其也为整个下部衬底固持器)可使上部、第一衬底加热及热膨胀且主要使其经受十分复杂的加热量变曲线。通过温度-时间曲线确定加热量变曲线。在此，第一与第二衬底之间的很小温度差异已经可以导致上部、第一衬底的值得重视的膨胀，或上部、第一衬底可根据复杂的温度曲线被加热。上部衬底的温度随着减小两个衬底之间的距离而提高，且在饱和区域中短时间内保持恒定，之后上部衬底的温度由于另一过程尤其以指数方式降低，且随后在边界条件不变的情况下保持恒定。现有技术尤其是具有衬底在温度作为时间的函数而改变的温度区域中彼此接合的问题。因此，接合波在不同时间或换言之在不同位置处经受不同温度，且因此产生上文所提及的伸出缺陷。
发明内容
因此，本发明的任务为克服现有技术的缺点且尤其展示经改进的衬底固持器及改进方法，借助所述衬底固持器及所述方法可以补偿且尤其完全避免伸出缺陷。
利用根据本发明的衬底固持器、根据本发明的设施、根据本发明的应用、根据本发明的方法和根据本发明的产品以及根据本发明的应用来解决所述任务。
在本发明申请中说明了本发明的有利的改进方案。本发明申请中说明的至少两个特征的所有组合也落入本发明的范畴内。在说明值范围时，处于所提及的极限内的值亦应适用作为极限值来公开且能够以任意组合来要求保护。
特别是，本发明的核心在于构建根据本发明的、尤其是上部衬底固持器(在下文中亦被称为第一衬底固持器)，使得可能吸收的热受控地尤其被导出到衬底固持器背面且在那里通过热交换器散发，以便能够有针对性地设定固定的、尤其是上部衬底(在下文中亦被称为第一衬底)的加热。
本发明的另一重要方面在于对设施的热阻的针对性优化，以便实现对温度差异ΔT的根据本发明的针对性设定。
特别是，本发明的一个重要方面是，通过对热阻的合适选择来设定下部衬底与上部衬底之间的所期望的温度差异ΔT。此温度差异ΔT通常为时间或两个衬底之间的距离的函数。然而，根据本发明主要与下部衬底的温度饱和的温度区域中的温度差异ΔT相关，其中此温度区域在本专利文献的剩余部分中被称为d。在此温度区域d中应保持温度差异ΔT恒定。通过对温度差异ΔT的针对性设定及维持，不利的“伸出”缺陷可减小或甚至完全消除。
因此，通常(i)通过热阻和/或(ii)尤其下部衬底固持器中的加热装置的加热元件和/或(iii)通过冷却元件(尤其是冷却流体)而以针对性方式设定尤其在温度饱和区域d中的温度差异ΔT。
根据本发明，衬底固持器具有用于固持衬底的固定表面，其中衬底固持器具有优选地用于将热远离固定表面导出和/或用于向固定表面输送热的导热本体。
本发明的另一主题涉及一种用于将第一衬底与第二衬底接合的设施，其具有用于固持两个衬底中的至少一个的根据前述实施方式之一的至少一个衬底固持器。对此，尤其参看衬底固持器的实施方案。
本发明的另一主题涉及根据本发明的衬底固持器作为上部衬底固持器的应用。
本发明的另一的主题涉及一种用于将第一衬底与第二衬底接合的方法，其中在第一步骤中使衬底彼此靠近，通过所述第二衬底的热辐射使得第一衬底的温度提高；其中在第二步骤中，停止所述第一衬底与所述第二衬底的靠近且所述第一衬底与所述第二衬底之间的距离保持恒定，使得在恒定距离下在至少一个时间段内出现第一衬底的恒定温度；其中在第三步骤中，在该时间段内在第一衬底的恒定温度下，将所述第一衬底与所述第二衬底至少暂时地彼此接合。
亦可描述此情形，使得两个衬底之间的温度差异ΔT在明确界定的温度区域d中为恒定的。此外，可通过正确地选择热阻来设定温度差异ΔT的大小。
本发明的另一主题涉及具有第一衬底及第二衬底的产品(特别是衬底堆栈)，其中使用根据本发明的方法使衬底彼此接合。
本发明的另一主题涉及这样的衬底固持器用于在这样的方法期间固持衬底的应用。
一般而言，尤其上部衬底固持器应尽可能良好地热耦合至环境温度。此可导致热的输送和/或导出。通过使两个衬底靠近，特别是，通过下部衬底或下部衬底固持器加热上部衬底。特别是上部衬底固持器的大的热质量以及其尽可能高的热导率将热从特别是上部衬底排出。根据本发明的衬底固持器在此特别是被构建成，使得其温度量变曲线(特别是，亦上部衬底的温度量变曲线)在接近下部衬底或下部衬底固持器时以针对性方式设定。
在此，根据本发明的衬底固持器的热阻特别是被设计成，使得导热本体且因此上部衬底与冷却流体的温度均衡尽可能快速且高效地进行。因此，优选地使热阻最小化。冷却流体优选地为周围大气。因此，冷却流体的温度优选地为室温。
通过了解特别是上部衬底固持器处或特别是上部衬底处的温度-时间曲线，特别是可以确定用于接合的最佳时间点，其同时伴随着产出率提高。相应过程或相应方法同样是本发明的重要的特别是独立的根据本发明的方面。
在专利文献中公开的所有温度量变曲线可被视为衬底固持器上的衬底的温度量变曲线或衬底固持器的温度量变曲线。优选地，衬底至衬底固持器的热耦合如此高效以至于可忽略温度的偏差。实际上，在进行加热的下部衬底固持器的状况下，下部衬底的温度可稍微小于下部衬底固持器的温度。上部衬底的温度通常稍微高于根据本发明的上部衬底固持器的温度。微小温度差异和衬底固持器与衬底之间的非零热阻相关联。
根据本发明的衬底固持器(在下文中亦被称为样品固持器)如上文已提及那样将可能出现的热的量以受控方式导出到背面，在那里热的量通过热交换器转化且从根据本发明的衬底固持器导出。此外，(特别是上部)衬底固持器的大的热质量负责(特别是上部)衬底的温度稳定，使得在最大程度上使较近环境的热波动最小化。根据本发明的另一重要方面为相对大的热质量使在接合过程期间上部衬底的温度或下部衬底与上部衬底之间的温度差异ΔT稳定。
此外，通过了解经由根据本发明的衬底固持器的热导出而可以的是，确定(尤其)上部衬底固持器或上部衬底的温度-时间曲线图且通过改变根据本发明的衬底固持器的参数来改变该温度-时间曲线图。
根据本发明的衬底固持器可用作上部和/或下部衬底固持器。根据本发明的衬底固持器尤其被构造为上部衬底固持器，使得固定在上部衬底固持器上的上部、第一衬底只要没有特别是整面地固定就在重力方向上变形。
在下文中，多次参考表面的粗糙度。在文献中，粗糙度被说明为平均粗糙度、二次方粗糙度或平均化表面粗糙高度。平均粗糙度、二次方粗糙度及平均化表面粗糙高度的所确定的值对于相同测量区段或测量面积通常不同，但处于相同数量级范围内。因此，粗糙度的以下数值范围应或者被理解为平均粗糙度、二次方粗糙度的值或者被理解为平均化表面粗糙高度的值。
根据本发明的衬底固持器能够加热和/或冷却(特别是上部)第一衬底。通过导热本体，热可从(特别是，上部)第一衬底导出且优选地传送至冷却流体。在此状况下，导热本体将为冷却本体。然而，亦可设想，流体为将热放出至导热本体且因此加热上部、第一衬底的加热流体。在此状况下，导热本体将为加热本体。
冷却流体优选地为周围环境的大气。冷却流体的温度优选地为室温。
在一种优选实施方式中规定，导热本体尤其在其背对固定表面的侧(在下文中亦被称为背面)处具有用于导出和/或输送热的肋状物。特别是，肋状物可布置在导热本体的整个背面上，由此可实现经改进的热交换。
热可通过肋状物而沿着较大表面(所谓的肋状物表面)分布。特别是，肋状物可垂直于固定表面布置。肋状物优选地平行于彼此布置。在使用充当冷却本体的导热本体的情况下，肋状物将为冷却肋状物。在使用充当加热本体的导热本体的情况下，可将肋状物称为以最佳方式将热从流体传导至导热本体中的加热肋状物。在下文中仅更多地提及肋状物。只要在下文中主要论述冷却且并未明确地提及的情况下，导热本体被视为冷却本体，肋状物被视为冷却肋状物且流体被视为冷却流体。
衬底固持器的根据本发明的实施方式优选地被设计成，使得肋状物位于封装(例如外壳)中。封装优选地具有至少两个进出口。进出口之一用于输送流体，第二个用于导出流体。由此可以的是，使流体在导热本体的肋状物上持续且尤其与周围环境在空间上分离地流动。这样的紧凑的结构形式也能够实现根据本发明的实施方式与包围该实施方式的部件分离。如果冷却为气体冷却(特别是，使用空气的冷却)，则通过风扇使气流(特别是，空气流)环流肋状物可能已经足以确保高效冷却。在一种完全特别优选的实施方式中，仅通过周围大气冷却冷却肋状物。
可优选地控制流体的流动速度。在此，流动速度大于1 mm/s，优选地大于1 cm/s，还更优选地大于10 cm/s，最优选地大于1 m/s。亦可通过紧密封装对流体进行加压。在此，流体的压力优选地对应于环境压力。然而，亦可在过压下使用流体。于是，压力大于1bar，优选地大于2bar，还更优选地大于5bar，最优选地大于10bar，绝对最优选地大于20bar。至封装中且因此至肋状物的流体输送优选地通过连接至进出口的软管系统进行。
可选的冷却及加热元件
根据本发明的衬底固持器可以除了在更下面探讨的在其背面的导热本体和热交换器之外，还具有附加的可主动控制的冷却和/或加热元件。这些附加冷却和/或加热元件优选地构建到根据本发明的衬底固持器中，特别是构建到导热本体中。将冷却和/或加热元件附接在导热本体的周边设备上以便使得导热本体尽可能为均质的且不产生由于附加构建的部件所致的热不连续性亦为可设想的。
加热元件优选地为感应加热器。然而由于温度补偿仅必须针对相对小的温度差异进行，因此亦可设想在导热本体的一侧安装红外线源，其可更精确地、更快速地且更高效地控制且可通过辐射热在摄氏几度范围内提高导热本体的温度。
冷却元件可为附加安装的帕尔贴(Peltier)元件，其独立于根据本发明的实际导热本体地实现对根据本发明的衬底固持器(特别是，导热本体)的附加冷却。帕尔贴元件优选地附接在导热本体外部，以便不破坏导热本体的材料均匀性。
导热本体构成本发明的根据本发明的实际方面。
导热本体
导热本体为具有尽可能大的热质量的部件。热质量为比热容与本体质量的乘积。在恒定密度分布的状况下，可用密度与体积的乘积代替质量。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
术语热质量主要用于工程科学中。在自然科学中，主要使用较常用术语，热容。热容的单位为J/K。此为本体在一定温度下储存热的能力的量度。具有高热容的本体为热储存器(heat store)，其可用作缓冲元件。
一般而言，如果所使用的冷却流体的温度Tk不同于上部衬底的温度，则温度梯度通过导热本体降低。亦可考虑平均温度而非温度梯度。温度梯度或平均化温度在专利文献的剩余部分中被称为Tw。冷却流体的温度在根据本发明的过程期间优选地保持恒定，而温度梯度或平均化温度Tw通常改变。温度Tw优选地总是对应于上部衬底的温度且仅与上部衬底的温度略微偏离。
根据本发明的一个重要知识为，如果两个衬底之间的热阻Rth4无限大，则上部衬底的温度及根据本发明的导热本体或根据本发明的整个上部衬底固持器的温度将对应于冷却流体的温度(即特别是，环境温度)。然而，由于热阻Rth4的有限值，使得自下部衬底至上部衬底的热流动成为可能。
根据本发明，特别重要的是，温度差异ΔT (特别是，在温度间隔d期间)已知且尤其可以以针对性方式加以设定，以便减小或优选地完全消除“伸出”缺陷。
由于根据本发明的实施方式的根据本发明的任务为以尽可能受控的方式导出衬底处的温度，但又相应地强烈地稳定温度，因此导热本体具有尽可能高的热容。导热本体的热容尽可能大，以便允许热的高效储存及尽可能高效地补偿热波动。温度稳定性亦反映在温度差异ΔT的稳定性中。对于大多数固体，在适中温度及压力下，在恒定体积下的热容仅略微不同于在恒定压力下的热容。因此，在下文中，在两种热容之间不进行区分。此外，说明比热容。特别是，导热本体的比热容大于0.1 kJ/(kg*K)，优选地大于0.5 kJ/(kg*K)，还更优选地大于1 kJ/(kg*K)，最优选地大于10 kJ/(kg*K)，绝对最优选地大于20 kJ/(kg*K)。在导热本体的已知密度及几何形状的情况下，可使用上述公式将比热容换算成绝对热容。
由于热必须尽可能快速地导出，因此导热本体材料应具有尽可能高的热导率。热导率处于0.1 W/(m*K)与5000 W/(m*K)之间，优选地处于1 W/(m*K)与2500 W/(m*K)之间，还更优选地处于10 W/(m*K)与1000 W/(m*K)之间，最优选地处于100 W/（m*K)与450 W/(m*K)之间。最常用于散热的构建材料铜具有例如大约400 W/(m*K)的热导率。通过热导率来确定对于给定温度差异，每单位时间经由路径传输多少能量。每单位时间的传输的能量量或热的量被称为热流量。热流量大于1 J/s，优选地大于10 J/s，还更优选地大于100 J/s，最优选地大于200 J/s，绝对最优选地大于500 J/s。
导热本体优选地在其背面处被主动地或被动地冷却。通过辐射热(特别是，通过尽可能大的表面)进行被动冷却。通过冷却流体进行主动冷却。冷却流体可为气体或液体。例如可设想：
● 液体，特别是
　○ 水
　○ 油
● 气体，特别是
　○ 惰性气体
　　■ 氦气
　　■ 氩气
　○ 分子气体
　　■ HFCKW
　　■ HFKW
　　■ FCKW
　　■ PFKW
　　■ CO2
　　■ N2
　　■ O2
● 气体混合物，特别是
　○ 空气，特别是
　　■ 环境空气。
冷却流体吸收导热本体上的热，由此被加热，且同时冷却导热本体。经加热的冷却流体优选地在冷却回路中循环且在回路系统中的另一点处放出热，在此又被冷却且重新输送给冷却回路。优选地，使用冷却气体，因为所述冷却气体较易于处置。如果冷却流体为环境空气，则通过将热从导热本体放出到环境空气中而进行冷却。局部加热的环境空气接着在周围大气中散布且因此导致温度均衡及冷却。
由于热在较大表面上的分布，至冷却流体的辐射或传热效率提高。通过以下方式还可以进一步放大表面，即有意识地提高了表面的粗糙度。在此，粗糙度大于10 nm，优选地大于100 nm，还更优选地大于1 µm，最优选地大于10 µm，绝对最优选地大于100 µm。
亦可设想使用不具有肋状物的导热本体，由此可简化导热本体的制造。
在根据本发明的另一实施方式中可设想的是，至少给导热本体的上侧配备开孔部分。在此，孔径应大于100 nm，优选地大于1 µm，还更优选地大于10 µm，最优选地大于100 µm，绝对最优选地大约为1 mm。冷却流体流动穿过开孔部分且在此由于大表面甚至更高效地吸收热。亦可设想仅为肋状物配备开孔部分以便进一步增大肋状物的表面。
根据本发明的衬底固持器(特别是，导热本体)的主要任务在于衬底的温度设定及温度稳定，或下部衬底与上部衬底之间的温度差异设定及温度差异稳定。取决于衬底是否应被冷却和/或加热，根据本发明的衬底固持器为此目的将热输送给衬底和/或导出热。特别是，根据本发明的衬底固持器允许对最大温度或上部衬底与下部衬底之间的温度差异ΔT的针对性设定，且保证在一定时间段内最大温度或温度差异ΔT的温度稳定性，该时间段尤其等于、还更优选地大于接合两个衬底所需的时间段。
在另外的段中，提及根据本发明的多个实施方案，其由于至少一个特征而彼此不同。所提及的根据本发明的所有实施方式可任意地并且相互组合，使得可以产生相应的另外的根据本发明的实施方式，所述另外的实施方式联合多个所提及的特征。
在根据本发明的一种示例性实施方式中，根据本发明的衬底固持器具有独立固定部分，在该固定部分上置放导热本体。因此，导热本体与固定部分为两个不同的，但互相连接的部件。两个部件的尽可能高效的热耦合通过尽可能平面的表面实现。在此，固定部分与导热本体的互相接触的表面的粗糙度小于100 µm，优选地小于10 µm，还更优选地小于1 µm，最优选地小于100 nm，绝对最优选地小于10 nm。可通过使用导热膏实现传热的进一步改进。
在另一种优选实施方式中，固定表面与导热本体一体式构造。换言之，导热本体自身被实施为固定部分。导热本体与固定部分或固定表面一件式实施。衬底固持器还可具有由于并不决定性地影响本发明的功能性而未进一步探讨、展示或描述的另外部件。通过这些根据本发明的实施方式，由于固定部分与导热本体之间不存在界面，经改进的导热是可能的。
由于一件式或一体式导热本体的根据本发明的实施方式为根据本发明的最优选实施方式，因此在下文中的所有变型均参考此基本类型。因此，固定部分及导热本体在下文中被同义地使用。
在另一种特别优选的根据本发明的实施方式中，衬底固持器具有用于使衬底变形的至少一个(特别是可移动的、优选地可驱动的)变形元件，其中至少一个变形元件优选地居中布置在衬底固持器中。特别是，至少一个变形元件可垂直于固定表面或固定衬底移动、特别是驱动。至少一个变形元件优选地被构造成，使得衬底可远离固定表面地变形。衬底固持器或导热本体可具有(特别是中心安装的和/或连续延伸的)孔，至少一个变形元件以(特别是可移动，优选地可驱动)方式布置在该孔中或该孔允许至少一个变形元件进入，使用该变形元件可使经固定衬底变形。例如，至少一个变形元件为
● 销
● 杆
● 球
● 喷嘴，特别是
　○ 气体喷嘴。
以通过针对性控制能够使衬底至少局部(优选地居中)变形的方式运行或控制变形元件。在此，从变形元件的侧观察时，变形优选地为凹形的。特别是，变形用于衬底与固定部分或与固定表面的分离过程。
在根据本发明的另一种实施方式中，导热本体在固定表面中具有至少一个凹进和/或凹陷，以便确保衬底与固定表面或与导热本体的材料的尽可能小的接触。由此，所谓的有效固定表面被减小。有效固定表面为实际上与衬底接触的固定表面区域。优选地，至少一个凹进布置在固定表面中，使得衬底可与固定表面间隔开地保持。所述根据本发明的实施方式的优点在于，由于导热本体的表面的对衬底的污染减少。为了高效地执行传热，可将具有相应高的热导率及相应高的热容的气体引入(特别是，流动)到至少一个凹进和/或凹陷中。接着，仅在少量几个固定元件处，特别是在周边设备处和/或在处于中心的固定元件处固定衬底。这样的实施方式在印刷文献WO2013/023708A1中公开，该印刷文献的公开内容在所述实施方式方面明确地包括于本申请的公开内容中。
在根据本发明的另一实施方式中，栓钉状(栓钉)和/或针状和/或台座状元件布置在至少一个凹陷中，使得衬底可通过所述元件保持与固定表面间隔开，所述元件尤其可以在衬底的方向上逐渐变窄。所述元件直至导热本体的表面且支撑固定的衬底。为了确保固定的衬底与导热本体之间的热耦合，在所述根据本发明的实施方式中，也可以利用高热容的流体对栓钉和/或针和/或台座的中间空间进行冲洗。
固定元件
根据本发明的所有公开的实施方式均能够固定衬底(特别是，晶圆，还更优选地半导体晶圆)。在此，可通过每个任意固定元件进行固定。优选地，用于固定衬底的固定元件特别是整面地布置在固定表面中、在固定表面处和/或在固定表面上。可设想的是：
● 真空固定件
● 静电固定件
● 磁性固定件
● 机械固定件，特别是
　○ 夹钳
● 黏着固定件，特别是
　○ 通过黏着膜的固定件。
特别是在固定表面上整面分布地布置的真空固定件或真空轨道(在下文中亦被称为真空通道)为特别优选的。真空固定件由多个真空通道构成，所述真空通道结束于衬底固持器的固定表面上的真空开口中。
在根据本发明的另一种实施方式中，真空通道彼此连接，使得可同时进行对真空通道的抽真空和/或冲洗。
在根据本发明的另一种实施方式中，至少个别真空通道彼此连接且形成相应的真空通道群组。在此，可单独控制每一真空通道群组，使得可实现对衬底的逐件固定和/或分离。在根据本发明的特定实施方式中，以多个同心但不同半径的圆将多个真空开口布置成真空通道群组。有利地，同时控制相同圆的所有真空通道，使得对衬底的固定和/或分离可从中心开始且以径向对称方式逐渐朝外地来控制。由此得出衬底的受控固定和/或分离的尤其高效的可能性。
热阻：等效回路图
本发明的另一重要的根据本发明的方面特别是在于，使穿过根据本发明的衬底固持器的热流动优化。热源与热宿之间的热流动决定性地受热阻影响。每一静态多粒子系统，因此流体(诸如，气体及液体)以及固体皆具有热阻。本领域技术人员已知热阻的定义。热阻并非纯粹材料参数。其取决于热导率、厚度及横截面。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在所述印刷文献的剩余部分中从以下出发，热流动总是流动穿过相同横截面，使得在恒定横截面下的热阻将被视为分别考虑的材料的热导率及厚度的函数。热阻在附图中简写为Rth及角标。根据本发明，特别是存在八个相关热阻。Rth1至Rth8为(i)下部衬底固持器的热阻、(ii)下部衬底固持器与下部衬底之间的流体或真空的热阻、(iii)下部衬底的热阻、(iv)两个衬底之间的流体或真空的热阻、(v)上部衬底的热阻、(vi)上部衬底与上部衬底固持器之间的流体或真空的热阻、(vii)导热本体的热阻及(viii)特别是在冷却肋状物之间流动的流体的热阻。
热流动与热源和热宿之间施加的温度差异直接成比例。热阻为比例常量。因此适用：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
特别是，本发明的另一重要的根据本发明的方面为使在衬底上方和/或下方的热阻最小化以及使衬底之间的热阻最大化。根据本发明，因此特别是如下设计热阻：
-- 使Rth1最小化，尤其通过选择具有高热导率的材料，
-- 使Rth2最小化，尤其通过选择具有高热导率的流体，
-- 应通过选择具有高热导率的衬底使Rth3最小化，
-- 使Rth4最大化，尤其通过使用低热导率的气体进行冲洗和/或真空和/或通过优化过程管理(特别是，通过对距离的有技巧的选择)，
-- 应通过选择具有高热导率的衬底使Rth5最小化，
-- 使Rth6最小化，尤其通过选择具有高热导率的流体，
-- 使Rth7最小化，尤其通过选择具有高热导率的材料，和/或
-- 使Rth8最小化，尤其通过选择具有高热导率的流体。
特别是，根据本发明的实施方式的一个重要方面为能够以针对性方式设定上部衬底的温度或下部衬底与上部衬底之间的温度差异ΔT，且在接合过程期间保持该温度或该温度差异尽可能恒定。根据本发明，这通过对热阻的正确选择来实现。通过使热阻Rth4最大化，自下部衬底至上部衬底的热流动最小化，优选地甚至完全中断。然而，由于热流动的完全中断实际上不可实现，因此实际上总是发生上部衬底的温度改变。特别是，温度差异ΔT小于20℃，优选地小于10℃，还更优选地小于5℃，最优选地小于1℃，绝对最优选地小于0.1℃。
另一方面，特别是，应通过下部衬底固持器中的加热装置能够优选地精确设定下部衬底的温度。特别是，下部衬底的温度应对应于下部衬底固持器的温度。特别是，下部衬底固持器经回火至低于100℃，优选地低于75℃，还更优选地低于50℃，最优选地低于30℃的温度。
此外，上部衬底的温度应尤其对应于冷却流体和/或导热本体的温度。在根据本发明的一种完全特别的实施方式中，冷却流体的温度大体上对应于环境温度。这尤其当大气自身用作冷却流体时是该情况。特别是，冷却流体经回火至低于100℃，优选地低于75℃，还更优选地低于50℃，最优选地低于30℃的温度。在根据本发明的一种完全特别的实施方式中，环境大气用作冷却流体且因此具有室温或环境温度。
不能改变衬底的直径。所使用的衬底的热导率及厚度在大多数情况下同样由生产条件预先给定，且因此在大多数情况下亦不能被考虑用于根据本发明的优化。通过根据本发明正确选择热阻，特别是自下部衬底至上部衬底的热流动优选地被最小化，且使自上部衬底至冷却流体的热流动最大化。因此，根据本发明，温度差异ΔT保持恒定。
特别是，根据本发明的对热阻的选择的另一目标主要在于保持上部衬底的温度恒定(特别是，在环境温度下)，且因此使由于其他热源(特别是，下部衬底的热源)的影响最小化。在下部衬底固持器且因此下部衬底的温度保持恒定下，这与将上部衬底与下部衬底之间(特别是，在接合过程期间)的温度差异ΔT维持在温度区域d内同义。这主要通过使衬底之间的热阻Rth4最大化来实现。而应该通过加热装置能够尽可能高效地调节下部衬底的温度T1u。在此，下部衬底固持器的温度被称为Tp。优选地，在任何时间点，下部衬底固持器的温度Tp与下部衬底的温度T1u相同。自加热器至下部衬底的传热主要通过最小化热阻Rth1及Rth2来实现。
过程
可借助所谓的温度-时间曲线图来描述根据本发明的方法或根据本发明的过程。在温度-时间曲线图中，温度(特别是，在利用根据本发明的衬底固持器固定的衬底处的温度T)特别是作为时间t的函数(温度曲线图)来示出。在此，温度示出在温度-时间曲线图的左侧边缘处的纵坐标上。在温度-时间曲线图中亦可示出距离-时间曲线(距离曲线图)，由该距离-时间曲线可以读出在某一时间点处两个衬底彼此相距多大距离。在此状况下，距离-时间曲线的纵坐标示出在温度-时间曲线图的右侧边缘处。由于距离-时间曲线展示自mm范围直至nm范围的距离，因此优选地对数地缩放该曲线。然而，为清楚起见，在附图中的距离-时间曲线仅以线性比例示出。为简单起见，在下文中仅谈及温度-时间曲线图；或更简短地为T-t曲线图。除了经固定衬底的T-t曲线图之外，亦可描述根据本发明的衬底固持器的T-t曲线图。然而，两个T-t曲线图仅略微不同，尤其关于沿着温度轴线的最小偏差彼此不同。因此在本专利文献的剩余部分中，与经固定衬底和/或根据本发明的衬底固持器的温度-时间曲线图同义地使用T-t曲线图。如果热阻Rth2及Rth6最小，则此假定尤其合理。在此状况下，衬底固持器与衬底之间的热耦合如此良好以至于可假定其温度差不多相同。
每一曲线图通常可被划分成六个区段(特别是，时间区段)。
在第一、初始区段a中，进行衬底自相对大的距离靠近。在区段a中，两个衬底之间的距离大于1 mm，优选地大于2 mm，还更优选地大于3 mm，最优选地大于10 mm，绝对最优选地大于20 mm。衬底在区段a内的移动并不导致由于另一(特别是，下部、第二)衬底或另一(特别是，下部、第二)衬底固持器所致的温度提高，该另一衬底或另一衬底固持器通常可被加热至大于室温的温度。如果两个衬底之间的距离一直减小，使得发生归因于第二、下部衬底或第二、下部衬底固持器的热辐射和/或在上部、第一衬底处的周围气体的热对流的影响，则在上部、第一衬底处出现适中温度提高。
适中温度提高的此区域b被称为粗略靠近区域。在此，两个衬底的距离处于10 mm与0 mm之间，优选地处于5 mm与0 mm之间，还更优选地处于1 mm与0 µm之间，最优选地处于100 µm与0 µm之间。
如果衬底还进一步靠近，则在粗略靠近区域b的末端处出现上部、第一衬底的温度的跳跃提高。两个衬底之间发生一种类型的热耦合。由于衬底距离与衬底直径的小距离/直径比率，热导致对上部、第一衬底的加热。通过热辐射加热的周围气体不再能足够快速地从两个衬底的中间空间中扩散且因此将热优选地直接自下部、第二衬底传输至上部、第一衬底。类似考虑适用于热辐射，其实际上仅还具有达至上部、第一衬底的表面的可能性。对衬底的强加热的此区域被称为紧密靠近区域c。在此，两个衬底的距离处于1 mm与0 mm之间，优选地处于100 μm与0 μm之间，还更优选地处于10 μm与0 µm之间，最优选地处于1 µm与0µm之间。
温度量变曲线自紧密靠近区域c至所谓的温度饱和区域d的转变优选地通过在数学意义上尽可能稳定的、但无法微分的转变进行。亦可设想，该转变持续进行，使得区域c与d的分离不再能够明确地进行。于是，温度-时间曲线图的形状看起来如同“鲨鱼鳍”。然而，亦可设想其他形状。
根据本发明的接合过程优选地在温度饱和区域d中进行。停止衬底的平移靠近，亦即衬底之间的距离保持恒定。在该时间点，上部、第一衬底在对应于温度饱和区域d的长度的经明确界定的时间段t1内具有恒定温度T4o。恒定温度T4o意指最大4 K，优选地最大3 K，还更优选地最大2 K，最优选地最大1 K，绝对最优选地最大0.1 K的最大温度波动。两个衬底的距离在此区域中恒定且处于1 mm与0 mm之间，优选地处于100 μm与0 μm之间，还更优选地处于10 μm与0 µm之间，最优选地处于1 µm与0 µm之间。在根据本发明的特殊实施方式中，在区域d中进一步使两个衬底靠近也还是可以的。然而，接着应注意还必须剩余充足时间以用于实际接合过程。此外，下部衬底与上部衬底之间的温度差异ΔT在温度饱和区域d中保持恒定。在此，温度差异ΔT的波动小于4 K，优选地小于3 K，还更优选地小于2 K，最优选地小于1 K，绝对最优选地小于0.1 K。特别是，可通过选择热阻和/或热源(特别是，下部衬底固持器中的加热器)和/或热宿(特别是，冷却流体)来精确地且可再现地设定温度差异ΔT。
特别是规定，时间段t1 (在其期间，在恒定距离d3下出现恒定温度T4o)大于5秒，优选地大于10秒，还更优选地大于15秒，还更优选地大于20秒，最优选地大于40秒。由此，有利地，有充足时间剩余以用于接合过程。
此外，特别是规定，在第一步骤之前确定时间段t1、距离d3和/或恒定温度T4o，该确定尤其是凭经验，优选地考虑第二衬底的温度，衬底固持器、导热本体和/或衬底的材料和/或靠近速度的情况下进行。因此，特别是有利地，在第一步骤之前以可确定方法的最优选参数的方式确定或校准方法为可能的。
接合过程(特别是，熔接过程)需要时间段t2，其尤其小于或等于时间段t1。根据本发明的一个重要方面为接合过程优选地在给定温度T4o下在温度饱和区域d的时间段内进行。这所具有的优点是，接合过程可在不改变第一衬底的温度的情况下进行，由此可避免、至少减少上述伸出缺陷。
在随后的冷却区域d中，特别是以指数方式使上部、第一衬底冷却。
在随后的区域f中，最后出现恒定饱和温度，其高于在靠近过程之前第一区段a中上部、第一衬底的初始温度。然而，该恒定饱和温度通常小于下部、第二衬底或衬底固持器的温度。亦可设想在温度T6o下在区域f中进行接合过程。
优选地，在使用根据本发明的方法之前确立使得能够得出关于温度-时间曲线图的确切结论的所有必要物理参数。必须通过变化物理参数来一直改变根据本发明的方法，直至已确保在实际接合过程期间恰好产生以下那个温度-时间量变曲线，其允许两个衬底彼此的最优接合且尤其亦导致对应产出率。通过使用相应的根据本发明的具有相应热质量的导热本体、正确冷却流体、正确冷却流体压力、正确冷却流体流动速度、正确靠近量变曲线等，可相应地设定区域d中的饱和温度T4o、区域d的时间段t1及温度-时间曲线图的所有其他所期望的区域。
一旦已针对温度-时间特性校准系统，亦确保上部、第一衬底在明确界定的时间点具有明确界定的温度，且自达到此温度之时起，有明确界定的时间可用以通过固定(其尤其通过真空引起)的弯曲和/或脱离来进行实际接合过程。由在区域d中已经提前接合的可能性得出本发明的两个至关重要的方面。第一，可以提前开始接合，这导致产出率的巨大提高；且第二，确保衬底在明确界定的时间段内具有极其恒定温度。由此，根据本发明，可以完全避免现有技术中极其熟知的伸出问题。确保两个衬底在区域d的时间段期间具有实际上恒定的温度且在接合过程期间实际上并不改变其温度。在此上下文中，还应明确地提及，恒定温度的上述情形并不意谓两个衬底必须具有相同温度。当然能够值得期望的是，故意将两个衬底中的至少一个加热或冷却至较高或较低温度，以便通过所要、强制热膨胀来设定所要、强制衬底大小，其首先导致两个衬底的两个功能单元的叠合。然而，根据本发明，所述曾经被设定的温度在接合过程期间保持恒定。
在所描述的每一根据本发明的方法中，可预处理和/或后处理衬底。作为预处理尤其考虑以下各项：
● 清洗，特别是，通过
　○ 化学过程，特别是，通过
　　■ 液体，特别是，通过
　　　● 水
　○ 物理过程，特别是，通过
　　■ 溅镀，特别是，通过
　　　● 离子，特别是，通过
　　　　○ 等离子体激活
　　　● 不带电粒子
● 研磨
● 抛光
● 对准，特别是
　○ 机械对准和/或
　○ 光学对准
● 沉积
作为后处理考虑以下各项：
● 清洗，特别是，通过
　○ 化学过程，特别是，通过
　　■ 液体，特别是，通过
　　　● 水
　○ 物理过程，特别是，通过
　　■ 溅镀，特别是，通过
　　　● 离子
　　　● 不带电粒子
● 研磨
● 抛光
● 特别是，检查
　○ 接合界面，特别是
　　■ 关于空隙（英文：voids）
　　■ 关于对准缺陷，特别是
　　　● 伸出缺陷
● 热处理，特别是
　○ 在烘箱中
　○ 在加热板上
● 衬底的重新分离，特别是通过印刷文献WO2013/091714A1中的方法。
尤其是，通过根据本发明的实施方式实现对在现有技术中已知的伸出缺陷的补偿。为了确保对准准确度最小化至足够程度，在接合两个衬底之后对接合界面的检查因此尤其重要，以便必要时通过特定方法(特别是，印刷文献WO2013/091714A1中的方法)再次使衬底彼此分离。因此，避免两个衬底或整个衬底堆栈的损耗且在需要时衬底可彼此重新对准且接合。
可通过根据本发明的设施或根据本发明的过程实现的对准准确度优于100 µm，优选地优于10 µm，还更优选地优于500 nm，最优选地优于200 nm，绝对最优选地优于100 nm。特别是，对准准确度在衬底堆栈的每一位置处均相同，这是成功伸出缺陷补偿的决定性及特有特征。在此，通过平均化衬底堆栈的所有对准缺陷而确定的对准准确度的标准偏差小于1 µm，优选地小于500 nm，还更优选地小于250 nm，最优选地小于100 nm，绝对最优选地小于50 nm。
在根据本发明的接合过程及可选的但优选的积极检查之后，只要需要就热处理衬底。特别是，对于熔接衬底，热处理为必要的。在此状况下，热处理导致产生两个衬底的不再可被分开的永久性接合。如果在根据本发明的接合过程之后对衬底的热处理不再必要，则相应地省去此热处理。
在根据本发明的方法中，在区域d中通过使特别是上部、第一衬底变形而进行两个衬底的接合。变形优选地通过已经描述的变形元件中心地进行。根据本发明的第一过程的优点主要在于产出率。由于接合过程已经在区段d中进行且不必等待上部、第一衬底的冷却，因此与现有技术相比较可提高产出率(因此，利用根据本发明的实施方式每单位时间可处理的衬底的数目)。上部、第一衬底的冷却为对于环境温度的适应过程，该环境温度主要由周围大气和/或下部、第二衬底或下部第二衬底固持器来预先给定。
在根据本发明的另一过程中，两个衬底的接合在区域f中通过使特别是上部、第一衬底变形而进行。变形优选地通过已经描述的变形元件中心地进行。
可通过根据本发明的衬底固持器、特别是通过热质量、冷却元件及装置、冷却过程、冷却流体等改变及最优地调整温度T4o、T6o。
附图说明
本发明的另外的优点、特征及细节由对优选实施例的以下描述以及借助附图得出。其中：
图1 示出衬底固持器的根据本发明的第一实施方式的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图2 示出根据本发明的第二实施方式的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图3 示出根据本发明的第三实施方式的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图4 示出根据本发明的第四实施方式的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图5 示出根据本发明的第五实施方式的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图6a示出根据本发明的方法的第一步骤的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图6b示出第二步骤的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图6c示出第三步骤的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图6d示出第四步骤的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图6e示出第五步骤的并非严格按照比例的示意性横截面图，
图7a示出第一温度-时间及距离-时间曲线图的示意图，
图7b示出第二温度-时间及距离-时间曲线图的示意图，
图8示出可能的重叠缺陷的示意图，以及
图9示出热等效回路图的示意图。
在附图中，相同部件或具有相同功能的部件以相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出具有固定部分4及导热本体2的衬底固持器1的根据本发明的第一实施方式。固定部分4具有固定元件5 (特别是真空轨道，还更优选地可单独控制的真空轨道)，通过所述固定元件可使未示出的第一衬底11固定在固定表面4o上。导热本体2优选地具有多个肋状物3，其可经由其肋状物表面3o将热放出给未示出的流体。导热本体2经由界面6与固定元件4连接。
图2示出具有同时亦充当固定部分的导热本体2'的根据本发明的衬底固持器1'的根据本发明的第二、优选实施方式。换言之，与图1中的实施方式相比，导热本体2'及固定部分一件式地(亦即，一体地)或整体地构造。由此，在固定部分与导热本体2'之间不存在界面，使得有利地不存在阻碍热自未示出的第一衬底11导出至环绕肋状物3流动的未示出的流体的热障。
图3示出具有导热本体2''中的孔7的根据本发明的衬底固持器1''的根据本发明的第三、还更优选的实施方式。孔7允许变形元件8、特别是杆的进入，至未示出的衬底11的未示出的背面11o。在其他方面，此实施方式对应于来自图2的实施方式，因此参看对于该图2的描述。
图4示出根据本发明的衬底固持器1'''的根据本发明的第四实施方式，该衬底固持器1'''除了图3中提及的特征之外还具有固定表面4o中的凹陷9，以便使未示出的第一衬底11的未示出的背面之间的接触最小化。该最小化用以避免固定表面4o对衬底的(特别是金属)污染。此外，该最小化用以避免粒子使衬底局部变形。为了提高热耦合，凹陷9可被具有高热容和/或热导率的流体浸没。
图5示出根据本发明的衬底固持器1IV的根据本发明的第五实施方式，该衬底固持器1IV除了图3中提及的特征之外还具有用栓钉和/或针和/或台座10填充的凹陷9，以便使未示出的第一衬底11'的未示出的背面之间的接触最小化，且确保在最大程度上整面地支撑第一衬底11。该最小化同样用以避免(特别是金属)污染。凹陷9可被具有高热容和/或热导率的流体浸没以提高热耦合。
图6a示出根据本发明的示例性方法的第一步骤，其中最初第一、上部衬底11与第二、下部衬底11'相距距离d1。该过程步骤在所属的T-t曲线图的之前已经定义的区域a中发生。衬底11、11'彼此靠近，其中由于相对大的距离，如上文已描述地在最大程度上排除下部、第二衬底11'或下部衬底固持器14对上部、第一衬底11的热影响。
使两个衬底11、11'彼此靠近至距离d2在随后步骤中进行。在此时间点，系统处于已经预先定义的区域b (所谓的粗略靠近区域)中，其中尤其通过下部衬底11'的热辐射而对上部、第一衬底11的相对轻微加热已经进行。
在随后步骤中，两个衬底11、11'彼此进一步靠近至如上文已描述的明确定义的距离d3。在此时间点，系统处于已经预先定义的区域c (所谓的紧密靠近区域)中，其中进行尤其通过热辐射及热对流对上部、第一衬底11的突然加热。
在根据图6d的随后步骤中进行两个衬底11、11'的接合过程。衬底11、11'恒定地处在距离d3。在此时间点，衬底11、11'处于已经预先定义的区域d (所谓的接合区域)中，在该区域中温度T4o在时间段t1内恒定。
在根据图6e的随后步骤中，在已经预先定义的区域e中进行衬底11和/或11'的冷却。冷却又是上部、第一衬底11的温度对环境温度(特别是，周围大气的温度)的适应过程和/或下部、第二衬底11'或下部衬底固持器14的温度对环境温度的适应过程。然而，在此时间点，尤其通过预接合而已经发生两个衬底11、11'的连接。
省去通过另一附图对已经预先定义的区域f的描述，因为不能从中获得重要知识。如在描述文字中已经公开的那样，接合过程亦可在区域f中在恒定温度区域中进行。
图7a示出具有已经预先定义的且在上部水平轴上说明的六个特性温度区域a、b、c、d、e、f的已经预先描述的温度-时间曲线图。时间t以秒为单位在下部水平轴上说明；温度T以开尔文(Kelvin)为单位记录在左侧垂直轴上。两个衬底11与11'之间的未按比例缩放(a.u.)的距离d记录在右侧垂直轴上。此外，绘出四个温度曲线图12、12'、12''及12'''。温度曲线图12是第一衬底11的温度。温度曲线图12'是导热本体2、2'、2''、2'''、2IV的温度，其大体上与冷却流体的温度Tk一致。在两个衬底11、11'彼此靠近之前，导热本体的温度也大约对应于上部衬底11的温度T1o。温度曲线图12''是第二衬底11'的温度。温度曲线图12'''是下部衬底固持器14的温度。如果第二衬底11'与下部衬底固持器14之间的热耦合足够大，则所述两个温度近似相同。
此外说明距离曲线图13，其说明两个衬底11与11'之间的距离d。距离曲线图13仅仅应象征性地解释且实际上将表明自区域c至区域d的较柔和转变，因为衬底必须被反向加速(亦即，减速)。特别是，衬底亦可在靠近阶段中改变其速度。在温度饱和区域d中下部衬底的温度与上部衬底的温度之间的温度差异ΔT可通过热阻和/或热源(特别是，下部样品固持器14中的加热器)和/或热宿(特别是，冷却流体)来精确地且可再现地设定。
在根据本发明的示例性方法期间温度曲线图12及距离曲线图13的曲线示出如下：在方法开始时(亦即，在时间刻度尺上的最左侧标记为a的区域(所谓的温度区域a)中)，使两个衬底11、11'彼此靠近，使得衬底11、11'之间的距离d减小。在方法开始时，两个衬底11、11'之间的距离为d1，该距离逐次减小。在温度区域a中，第一或上部衬底11的温度实际上恒定为T1o。
如在时间上所见，温度区域a之后为温度区域b，其中衬底11的温度相对小地提高(温度曲线区段T2o)，而衬底11、11'之间的距离d进一步减小。
如在时间上所见，温度区域b之后为温度区域c，其中与温度区域b相比较，衬底11的温度相对剧烈提高(温度曲线区段T3o)，而衬底11、11'之间的距离d进一步减小。在温度区域c的末端处达至衬底11、11'之间的最终实际恒定距离d。
温度区域c之后为温度区域d，其中距离d保持恒定且第一衬底11的温度T4o实际上恒定。下部衬底11'与上部衬底11之间的温度差异ΔT亦如此。在时间段t1内维持此恒定温度T4o。特别是应指出，自温度区域c (所谓的紧密靠近区域c)至温度区域d (所谓的接合区域d)的转变跳跃地进行。
温度区域d之后为温度区域e，其中衬底11的温度下降(温度曲线区段T5o)，而距离d实际上保持恒定。在随后的温度区域f中，存在衬底11的实际上恒定的温度(参见温度曲线区段T6o)。
图7b示出另外的温度-时间曲线图，其具有已经预先定义的六个特性温度区域a、b、c'、d'、e、f。距离曲线图13与来自图7a的距离曲线图相同。在温度区域a、b、c、f中，温度曲线图12对应于来自图7a的温度曲线图，因此对于所述区域，参看对图7a的解释。与图7a的区域c及d相比较，在区域c'及d'中发现与图7a的差异。在此示例中，自紧密靠近区域c'至接合区域d'的转变并不像在图7a中一样跳跃进行，而是连续地进行。
在图片I.至VII.中，图8示出上部衬底11的上部结构15与下部衬底11'的下部结构15'之间的多个在上文中已经提及或定义的可能的重叠缺陷，其中的至少一些可使用本发明来避免。重叠缺陷中的一些以名称伸出缺陷而已知。
根据图8-I.的重叠缺陷为作为伸出缺陷的典型结果的上部结构15与下部结构15'的非一致重叠。尽管结构15、15'具有相同形状，但其并不一致。此类型的缺陷的原因为(i)衬底11、11'上的结构15、15'的根本上不正确的制造和/或(ii)在接合之前结构15、15'的畸变，特别是由于衬底11、11'的畸变和/或(iii)在接合期间结构15、15'的畸变，特别是由于衬底11、11'的畸变。另一可能性在于两个衬底11、11'相对于彼此的全局移位。然而，在此状况下，存在两个衬底相对于彼此的全局对准的根本性对准问题，该对准问题很少与术语伸出相关联。
图8-II.示出相对于彼此旋转的两个结构15及15'的另一重叠缺陷。两个结构15及15'相对于彼此的旋转被夸大示出，且实际上该旋转仅为几度，特别是仅十分之几度。如果两个结构15、15'或者(i)在两个衬底11及11'上未正确地制造；和/或(ii)在接合过程之前，在结构15、15'的附近发生(特别是局部)畸变，此导致两个结构15、15'相对于彼此的对应(特别是，局部)旋转；和/或(iii)在接合过程期间，在结构15、15'附近发生(特别是，局部)畸变，此导致两个结构15、15'相对于彼此的对应(特别是，局部)旋转，则此情形出现。另一可能性在于两个衬底11、11'相对于彼此的全局扭转。在此状况下，必须可在两个衬底11、11'之间的多个位置处特别是自内部径向朝外增多地识别出类型8-II的重叠缺陷。
根据图8-III.至8-VII.的重叠缺陷主要为缩放缺陷，其由于(i)不正确的制造和/或(ii)在接合之前，结构15、15'的畸变，特别是，归因于衬底11、11'的畸变和/或(ii)在接合期间，结构15、15'的畸变，特别是，归因于衬底11、11'的畸变而形成。所述缺陷通常并不被称为伸出缺陷。
图9示出根据本发明的衬底固持器的未严格按照比例的示意性局部剖视图与如已经预先描述的热阻Rth1至Rth8的等效回路图。热阻Rth1至Rth3应为最小的，以便实现自下部衬底固持器14 (其特别是具有加热装置(未绘出))至下部衬底11'的最大热传导。由此，根据本发明实现对下部衬底11'的高效且快速加热。此外，可通过最小热阻链十分快速地实现下部衬底11'的温度T1u的改变。
根据本发明，热阻Rth4应为最大的。在热阻Rth4无限大的纯理论理想状况下，无热量自下部衬底11'达至上部衬底11。由于热阻Rth4的有限性，微小量的热总是自下部衬底11'达至上部衬底11。可通过选择两个衬底11与11'之间的真空或特定气体混合物而相对容易且精确地设定热阻Rth4。
根据本发明，热阻Rth5至Rth8又应为最小的，以便实现冷却流体(特别是，大气)与上部衬底11之间的最大可能的且因此高效的热传导。在温度饱和区域d中的接合过程期间，对上部温度T4o或上部衬底11的温度T4o与下部衬底11'的温度T1u之间的温度差异ΔT的正确、针对性且可再现的设定为根据本发明重要的且至关重要的。根据本发明，这主要通过以下各项来实现：(i)对热阻Rth1至Rth8中的至少一个的针对性选择；和/或(ii)对下部温度T1u至Tp的设定，特别是通过下部衬底固持器14中的加热装置；和/或(iii)设定上部温度T1o至Tk，特别是通过根据本发明的冷却流体。
附图标记列表
1、1'、1''、1'''、1IV 衬底固持器
2、2'、2''、2'''、2IV 导热本体
3 肋状物
3o 肋状物表面
4 固定部分
4o 固定表面
5 固定元件
6 界面
7 孔
8 变形元件
9 凹陷/凹进/挖出
10 栓钉/针
11、11' 衬底
12、12'、12''、12''' 温度曲线图
13 距离曲线图
14 下部衬底固持器
15、15' 结构
d1、d2、d3 衬底距离
t1 时间段
T1o、T2o、T3o 温度/温度曲线区段
T4o、T5o 温度/温度曲线区段
Tp 衬底固持器温度
Tw 导热本体温度
Tk 冷却流体温度
T1u 下部衬底的温度
a、b、c、c'、d、d'、e、f 温度区域

Claims (11)

1.一种用于将第一衬底(11)与第二衬底(11')接合的方法，其中在第一步骤中使所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')彼此靠近，通过所述第二衬底（11'）的热辐射使得所述第一衬底(11)的温度(T2o、T3o)提高；其中在第二步骤中，停止所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')的靠近且所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')之间的距离(d3)保持恒定，使得在恒定距离(d3)下，在至少一个时间段(t1)内出现第一衬底(11)的恒定温度(T4o)；其中在第三步骤中，在所述时间段(t1)内，在所述第一衬底(11)的恒定温度(T4o)下，将所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')至少暂时地彼此接合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述时间段(t1)内出现所述恒定温度(T4o)所处的距离(d3)处于1 mm与0 mm之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述时间段(t1)内出现所述恒定温度(T4o)所处的距离(d3)处于100 µm与0 µm之间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述时间段(t1)内出现所述恒定温度(T4o)所处的距离(d3)处于10 µm与0 µm之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述时间段(t1)内出现所述恒定温度(T4o)所处的距离(d3)处于1 µm与0 µm之间。
6.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，在恒定距离(d3)下出现所述恒定温度(T4o)所持续的时间段(t1)大于5秒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在恒定距离(d3)下出现所述恒定温度(T4o)所持续的时间段(t1)大于10秒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在恒定距离(d3)下出现所述恒定温度(T4o)所持续的时间段(t1)大于15秒。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在恒定距离(d3)下出现所述恒定温度(T4o)所持续的时间段(t1)大于20秒。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在恒定距离(d3)下出现所述恒定温度(T4o)所持续的时间段(t1)大于25秒。
11.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述时间段(t1)、所述距离(d3)和/或所述恒定温度(T4o)在第一步骤之前被确定，所述确定凭经验考虑：所述第二衬底(11')的温度；用于固定所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')中的至少一个的衬底固持器(14、1、1'、1''、1'''、1IV)、用于将热从所述衬底固持器的固定表面导出和/或用于向所述衬底固持器的固定表面输送热的导热本体(2、2'、2''、2'''、2IV)、和/或所述第一衬底(11)与所述第二衬底(11')的材料；和/或所述靠近的速度。
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