CN115954300A - 用于结合两个基板的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本提出了用于结合两个基板的装置、系统和方法。第一基板保持器具有凹部和隆起。

Description

用于结合两个基板的装置和方法
本申请是申请号为201680089133.8(PCT申请号PCT/EP2016/073304)、申请日为2016年9月29日、发明名称为“用于结合两个基板的装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
在现有技术中，许多年来，已经通过所谓的结合过程将基板联结至彼此。特别地，半导体行业对于两个表面在室温下的直接结合有巨大的兴趣，在其中，首先形成所谓的预结合，之后是后续的热处理步骤。
该结合方法称为直接或熔融结合。借助于熔融结合，在使两个基板关于彼此对准的对准过程之后，用户能够立即使基板表面固定至彼此。在该情形中，用户以针对性的方式使用表面的粘附能力，特别是亲水性。首先使基板更靠近彼此，直到其以非常小的距离间隔开为止。然后，基板、特别是上基板弯曲，使得两个基板理想地以点状方式彼此接触。之后不久，释放基板、特别是上基板的固定。借助于重力和/或针对性控制，结合波从接触点传播，这产生了两个基板的全区域接触，且因此产生了两个基板的全区域预结合。在结合波的传播过程期间，在结合波上游的所有气体被压缩，且在结合波的前方被推动。至少对于大部分来说，结合界面保持不具有气体包含部。
在预结合的产生期间非常经常发生的现象是称为边缘缺陷(特别是边缘空隙)的现象。这些边缘空隙是气体包含部，如果气体由于改变的物理状态而液化，则其会出现。结合波然后传播超过液化气体，且局部围封液化气体。在已经产生预结合之后，物理状态重新改变，这导致先前凝结的气体的蒸发。该蒸发然后导致预结合的局部破坏，借助于超声测量或红外测量，可清楚地检测到这一点。Castex等的Mechanism of Edge Bonding VoidFormation in Hydrophilie Direct，ECS Solid State Letters，2(6)P47-P50(2013)非常详细地描述了气体的凝结如何在结合波的上游发生。
基板表面从来不是完全纯净的。不同的原子和分子被吸收在基板表面上，即使仅以单个单层吸收。因为所有气氛都包含并非微不足道地小比例的水蒸气，所以水是基板表面污染的主要成分中的一种。此外，有机物质，甚至微粒或诸如氧气、氮气或氦气的原子或者分子气体可能会粘附到基板表面。在该公开文献中，主要示出设备和方法，以便从基板表面移除气体、特别是水，或者以便防止其凝结。假定基板表面没有有机成分，尤其是没有微粒。
气体、然而还特别是气体混合物具有取决于压力和温度的焦耳-汤普逊系数(JTK)。JTK决定气体或气体混合物在等焓膨胀的情形中是否经受冷却或加热。
等焓膨胀被理解为意味着气体或气体混合物从第一、压缩状态至第二、压缩更少的状态的过渡，其中，气体的焓保持不变。在等焓膨胀期间，具有正JTK的气体或气体混合物具有冷却的性质。具有负JTK的气体或气体混合物具有在等焓膨胀期间加热的性质。所蕴含的的物理效应是分子的吸引或排斥能力。如果在预定温度下分子彼此吸引，则必须做功、即必须使用能量来使它们彼此分离。该功从系统被移除，因此降低分子的速度，且因此降低温度。如果在预定温度下分子排斥，则由系统执行功、即释放能量。该释放的能量因此增加了分子的速度，且因此增加温度。
公开的文献Castex等的Mechanism of Edge Bonding Void Formation inHydrophilie Direct，ECS Solid State Letters，2(6)P47-P50(2013)非常精确地描述了哪些物理过程在基板边缘附近发生。以简化的方式来说，应当提及，在基板摩擦接触空间的出口处，气体或气体混合物经历非常高的压力下降。由于该过程在不到一秒内发生的事实，能量无法足够迅速地被耗散，且该过程能够被视为是等焓的。因此，气体或气体混合物的JTK决定在等焓膨胀期间发生的是气体或气体混合物冷却还是加热。气体或气体混合物的冷却能够如此强烈，以致于下射到气体或气体混合物的露点，并且气体或气体混合物或气体混合物的单个成分凝结。基板表面用作结晶核。因此，其是非均匀成核，其比在气体相中的均匀成核具有甚至更低的成核能量。必须避免该凝结的物理过程。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，且特别是实现改进的结合结果。
利用并列专利权利要求的主题实现该目的。在从属权利要求中指明了本发明的有利发展。在说明书、权利要求和/或附图中指明的至少两个特征的所有组合也落在本发明的范围内。在值范围的情形中，在所提及的极限内的值也应当被公开为极限值，且可以以任何期望的组合来要求保护。
本发明的核心想法在于，一个或者多个基板表面以如下方式被扩展，使得在结合过程期间，从中心朝外移位的气体并非已经在基板之间的边缘处膨胀，而是，气体的膨胀仅在两个基板的外侧发生。换言之，仍然利用增加的压力迫使气体离开在基板之间的中间空间，且仅当已经到达环绕的隆起或者扩展表面时、或者气体已经行进超过或者被推动超过隆起或者扩展表面时才发生压力下降或者膨胀。
基板可以具有任何期望的形状，但是优选地是圆形的。基板的直径特别地是行业标准化的。对于晶片，行业标准直径是1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和18英寸。然而，根据本发明的实施例可以基本上操纵任何基板，无论其直径如何。
根据本发明，用于将第一基板的第一基板表面结合至第二基板的第二基板表面的装置具有：
-用于容纳第一基板的第一基板保持器、
-用于容纳第二基板的第二基板保持器、
其中，至少第一基板保持器具有第一凹部、以及至少部分地环绕凹部的隆起，该第一凹部具有用于将第一基板固定在第一凹部中的固定装置。
根据本发明，此外提供了系统，其由根据本发明的装置和第一基板组成，其中，第一基板表面合并到隆起中。
此外，根据本发明，提供了用于借助于根据本发明的装置来将第一基板的第一基板表面结合至第二基板的第二基板表面的方法，其中，在结合过程期间，布置在基板表面之间的气体从基板的中心移位至边缘，其中，第一基板表面以如下方式合并到隆起中，使得气体的膨胀仅在基板外侧发生，和/或在结合过程终止时在基板边缘处的压力p与环境压力p0的差异p-p0大于零。
有利地，能够防止在基板之间被向外驱动的以及在结合波上游的气体或气体混合物的凝结，使得其不导致形成凝结相，且因此不形成边缘空隙。基板的基板表面以如下方式被扩展，使得引起边缘空隙的产生的物理效应有利地在基板表面外侧发生。
本发明的优点因此在于，减少、特别是完全防止在熔融结合的基板中的边缘空隙。
根据所提及的发明的所有实施例和过程能够根据期望彼此组合，但是被单独地描述。
优选地规定，第一基板保持器和第二基板保持器两者都具有带有固定装置的凹部。优选地，两个基板保持器都具有至少部分地环绕凹部的隆起。
优选地，一个隆起或者多个隆起至少在一定程度上环状地围绕凹部延伸。隆起能够特别地围绕凹部环状地形成。
对于第一基板保持器或基板保持器做出如下陈述。然而，方面或实施例同样地适用于根据本发明的这样的装置：在该装置中，两个基板保持器都设置有凹部和隆起。
此外，优选地规定，隆起具有扩展表面，其特别地用于第一基板表面的无缝扩展。因此，气体从基板表面至扩展表面的特别高效的过渡有利地是可能的。
此外，优选地规定，凹部和/或隆起以如下方式适应于第一基板、特别是适应于第一基板的形状：使得基板表面与扩展表面形成大致连续表面和/或合并到隆起中。因此，凹部和/或隆起对基板表面的特别良好的适应有利地是可能的，使得气体能够特别高效地前进。
此外，优选地规定，凹部和/或隆起能够被手动地和/或半自动地和/或自动地以如下方式修改：使得基板表面与扩展表面形成大致连续表面和/或基板表面合并到隆起内。因此，有利地可能的是，使凹部和/或隆起可变地适应于基板表面。借助于该可调整性，能够利用该装置处理不同的基板。因此能够避免装置的更换。
此外，优选地规定，第一基板保持器具有外部部件和能够在外部部件中移动的内部部件，其中，外部和/或内部部件能够以平移和/或旋转方式移动，其中，部件能够被固定到彼此。由于可移动性，有利地可能的是，以基板来加载装置能够被显著简化。此外，能够以可变方式设置在基板之间或在基板表面和隆起或扩展表面之间的距离。
此外，优选地规定，在第一基板表面和扩展表面之间的竖直距离能够被调整。因此，有利地可能的是，能够最佳地设置竖直距离，使得气体特别高效地从基板表面过渡至扩展表面。
此外，优选地提供如下装置，其具有至少一个孔以用于抽空和/或冲洗凹部，其中，优选地多个孔优选地以对称分布的方式特别地布置在内部部件中。
由于抽空和/或冲洗凹部的可能性，有利地可能的是，移位的气体以如下方式受影响，使得从基板表面至隆起或扩展表面的过渡能够被改进。此外，孔能够用于围绕凹部或在凹部附近建立超压，特别是在基板周边和扩展表面之间的过渡区域中建立超压。该额外生成的超压防止在该区域中发生气体或气体混合物的膨胀或压力下降。在该范围中的压力特别地大于1bar，优选地大于2bar，更优选地大于4bar，最优选地大于6bar，在所有中最优选地大于10bar。
此外，优选地规定，隆起具有朝内和/或朝外弯曲的扩展表面。由于朝内和/或朝外的弯曲，能够进一步影响移位的气体。在体积向外侧减小或者扩展表面朝外弯曲的情形中，热力学地实现节流阀的效果。换言之：利用扩展表面的几何结构，能够影响移位的气体，使得其能够被压缩或者膨胀。
此外，优选地规定，隆起具有以一角度朝内和/或朝外倾斜的扩展表面。原则上，对于弯曲延伸的表面，此处也适用类似的情况。通过限定相对于水平倾斜的特定角度a，能够实现对气体的最优影响。
设备和基板保持器
在进一步的陈述中提及的基板保持器各自形成根据本发明的装置。
固定装置特别地包括：
·机械固定件，特别是
ο夹具
·真空固定件，特别地具有
ο可单独控制的真空导管
ο连接到彼此的真空导管
·电气固定件，特别是
ο静电固定件
·磁性固定件
·粘附性固定件，特别是
οGel-Pak固定件
ο具有粘附性的、特别可控制的基板表面的固定件。
固定件特别地是可电子控制的。真空固定件是优选的固定件类型。真空固定件优选地包括多个真空导管，其从基板保持器的基板表面出现。真空导管优选地能够被单独控制。在从技术角度来说更可实现的使用中，一些真空导管被组合成真空导管部段，其能够被单独控制，因此被抽空或注入。然而，每个真空部段独立于其他真空部段。因此，为用户提供构建可单独控制的真空部段的选项。真空部段优选地具有环状构造。因此，实现了基板从样本保持器的有针对性的、径向对称的固定和/或脱离，其特别地从内侧朝外执行。特别地，从公开文献PCT/EP2016056249参考真空区域的可能性。此外，公开了具有支杆夹头(Nadeln)的基板保持器的使用。已经在WO2015113641 A1中详细地描述了该类型的基板保持器。这种基板保持器的使用是有利的，以便实现在基板和基板保持器之间的尽可能最小的接触表面，使得基板后侧的污染被减少至最小，或者使得根本没有污染发生。
一般而言，根据本发明，对于每个装置存在两个基板保持器。两个基板保持器通常不完全相同，因为基板保持器中的至少一个具有一个或多个变形元件，以便能够使基板中的一个变形。因此详细地描述每个基板保持器。
在根据本发明的第一实施例中，对于该技术问题的解决方案在于，借助于扩展表面来扩展、特别是无缝地扩展基板表面，使得在基板边缘附近不发生压力下降。根据本发明，因此公开了这样的基板保持器，其特别地具有适应于基板的凹部。基板被固定在凹部中，且基板表面与扩展表面形成或多或少连续的新的扩展的表面。
第一基板保持器、特别是下基板保持器具有特别适应于基板的形状的凹部。第一基板的外侧基板周边距第一部件的隆起的内壁具有水平距离hu。第一基板的基板表面距第一部件的扩展表面具有竖直距离vu。固定件固定基板。
第二基板保持器、特别是上基板保持器具有特别适应于基板的形状的凹部。第二基板的外侧基板周边距上部件的内壁具有水平距离ho。第二基板的基板表面距上部件的表面具有竖直距离vo。固定件固定基板。此外，优选地安装了变形器件，用户能够使用该变形器件来使第二基板变形。
在根据本发明的第二实施例中，对于该技术问题的解决方案同样地在于借助于扩展表面来扩展、特别是无缝地扩展基板表面，使得在基板边缘附近不发生压力下降。然而，根据本发明，公开了基板保持器，其特别地具有能够适应于基板的凹部。
第一基板保持器、特别是下基板保持器包括至少两个部件。第一部件具有凹部，其能够特别适应于基板的形状。第一基板的外侧基板周边距下部件的内壁具有水平距离hu。第一基板的基板表面距第一部件的表面具有竖直距离vu。固定件固定基板。
第二基板保持器、特别是上基板保持器具有能够特别适应于基板的形状的凹部。第二基板的外侧基板周边距上部件的内壁具有水平距离ho。第一基板的基板表面距第一部件的初始表面具有竖直距离vo。固定件固定基板。此外，优选地安装变形器件，用户能够使用该变形器件来使第二基板变形。
凹部能够特别地被手动地和/或半自动和/或完全自动地改变。特别地，第一基板保持器包括第一外部部件和能够在外部部件中移动的第二、第二部件。两个部件相对于彼此能够平移地移动、特别是还能够旋转地移动。特别地，两个部件还能够固定到彼此。由于两个部件的可相对移位性的可能性，能够尽可能精确地设置第一和/或第二基板的高度位置、特别地以及旋转位置。由于根据本发明通过至少两个部件实现的对基板保持器的发展，竖直距离vu和v0能够被动态地修改，以便实现最优结合结果。
一般定义
第一基板保持器可以同样地具有变形器件，或者可以被构造成使得可以执行第一基板的预弯曲。这种预弯曲能够积极地影响所提供的熔融结合。能够在WO2014191033A1中找到这种变形器件的详细描述。
所提及的所有距离hu、ho、vu、vo都小于5mm，优选地小于1mm，更优选地小于0.5mm，最优选地小于100μm，绝对最优选地小于10μm。距离hu和ho特别优选地相同。距离vu和vo特别优选地相同。距离hu、ho、vu、vo非常特别优选地相同。
如此精确地构造距离hu、ho、vu、vo在技术上是极其具有挑战性或昂贵的，使得气体或气体混合物从在基板之间的区域出发的无缝过渡经由扩展表面向外侧发生。出于该原因，以及此外由于在凹部中以如下方式提供了足够高的超压，使得在基板周边附近从不发生气体的凝结，因此对于根据本发明的过程，距离hu、ho、vu、vo被选择成尽可能小。
基板周边附近的压力因此必须与来自在基板之间的区域的气体或气体混合物压力至少相同或至少类似，特别是在结合波接近的时刻。在两个压力之间的压力差特别地是2bar，优选地小于1bar，更优选地小于0.1bar，最优选地小于0.01mbar，在所有中最优选地小于10E-3mbar。
特别地通过气体或气体混合物来在凹部中生成额外超压，该气体或气体混合物经由基板保持器中的一个的孔被引导。特别地，其为在等焓膨胀期间加热的气体或气体混合物，且因此具有负JTK，因为该气体或气体混合物事实上与来自在基板之间的区域的气体或气体混合物混合，且经由扩展表面被运输至外侧。
如果在通往那里的途中已经发生了等焓膨胀，则所引入的气体或气体混合物能够通过温度增加来阻碍其他气体的凝结。在基板之间的区域中的温度增加应当特别地是如此高的，使得温度比气体或气体混合物的凝结温度更高多于0.1℃，优选地多于0.5℃，更优选地多于5℃，最优选地多于10℃，在所有中最优选地多于20℃。
根据本发明的所有基板保持器能够具有孔，通过该孔，能够发生内部空间、特别是凹部的抽空和/或冲洗。特别地，可设想多个孔，该多个孔在部件中的一者中、特别是在第一部件中对称地布置。孔的数目是1，优选地是2，更优选地大于5，最优选地大于10，在所有中最优选地大于25。多个孔的使用是特别重要的，以便能够执行内部的对称抽空和/或冲洗。
所有所述基板保持器、特别是下基板保持器，仍然能够具有加载元件，特别是加载支杆，其有助于基板的加载和卸载。在附图中，省除了其图示以便获得清楚性。
所有实施例前面能够有根据本发明的设备的内部的抽空。特别地，压力被减小至小于1bar，优选地小于0.1mbar，更优选地小于10-3mbar，最优选地小于10-5mbar，最优选地小于10-7mbar。内部空间的抽空伴随着多种成分的移除，这些成分可能会导致后续预结合步骤的缺陷、特别是根据本发明被处理的凝结。无论抽空的持续时间和强度如何，一些成分、尤其是粘附地结合至基板表面的成分、特别是水将保留，其无法通过简单的抽空步骤来移除。
此外，能够执行若干次抽空和冲洗，以便改进气氛的品质。
这被理解为意味着，例如，利用这样的气体或气体混合物(特别是诸如氦气的惰性气体)来替换空气成分：该气体或气体混合物特别地具有在等焓膨胀的情形中导致加热的JTK。该气体或气体混合物的比例越高，则气氛整体上被视为越纯净。气氛的品质特别地大于50％，优选地大于75％，更优选地大于85％，最优选地大于95％，在所有中最优选地大于99％。特别地，利用在如下扩展实施例中的一者中使用的气体中的至少一种来执行该过程。
在另一实施例中，在结合之前和/或期间和/或之后，利用气体或气体混合物冲洗内部、特别是凹部，这确保了被迫使离开基板中间区域的、特别是等焓膨胀的气体的温度下降如此小，优选地被抑制到如此程度，以使得防止气体或气体混合物在基板表面上的凝结。原则上，能够使用适用于该目的的任何气体，特别是氦气、氢气和氖气。因为其非常小的反转曲线(inversionskurve)，所以氦气被提及作为示例性示例。
在根据本发明的另一实施例中，等焓膨胀的温度下降使通过加热边缘、特别是扩展表面实现的。扩展表面能够由此被加热至大于25℃，优选地大于50℃，更优选地大于100℃，最优选地大于150℃，最优选地大于200℃的温度。扩展表面的加热还能够与根据本发明所提及的所有其他方面组合。
在根据本发明的另一实施例中，在下基板保持器和上基板保持器的两个扩展表面之间的间隙g的有针对性的选择确保了，通过结合波的前进和与其一起移位的气体或气体混合物增加了在两个基板保持器的内部中、特别是在凹部的区域中的超压。为此，必要的是此时内部是封闭的。特别地，孔必须被封闭。在特别优选的实施例中，孔被完全封闭或者甚至不构造孔，以便保持内部的体积尽可能小。
为了阻碍凝结，凝结气体特别地被定位在其中的气体混合物的温度必须被增加。根据氦气的反转曲线图，氦气具有非常小的具有正JTK的区域、和极其大的具有负JTK的区域。氦气因此总是具有负的JTK，特别在中等条件下，即，在大约298开尔文和在1-10bar的压力范围中，这是所假定的在等焓膨胀之前的凝结气体的条件。因此，氦气当在上述条件下等焓膨胀时将加热，且因此阻碍凝结气体的凝结。用于该目的的另一极佳的气体将是氢气。氢气的反转曲线同样地低于大约298开尔文，且因此同样地适用于根据本发明作为随着等焓膨胀温度增加的气体的使用。此外，与惰性的氦气相反，氢气具有还原性质。为了在298开尔文处实现与氮气相同的根据本发明的效果，气体混合物将必须被增加至超过400bar的压力，这将在技术上难以实现。
在另一实施例中，在根据本发明的实施例中，在结合过程之前对基板进行热处理。在加热板和/或在炉中、特别是在连续炉中执行热处理。热处理特别地具有借助于能量输入来移除在基板表面上的气体和/或化学残留物的功能。优选地，在真空环境中执行热处理，以便很大程度上防止气体重新粘附。在根据本发明的特别优选的实施例中，由热介质、特别是流体漫过基板。利用热流体漫过基板表面具有如下优点：分子不仅由于热运动而从基板表面被再吸收，而且还被流体流夹带且因此从基板表面被移除。
在另一实施例中，基板被等离子体处理。等离子体处理尤其所具有的优点是基板表面被封端(terminiert)。封端指的是，分子与基板表面上的某些特征的针对性附接。基板表面应当特别地变得疏水，即，丧失其亲水性。通过降低亲水性，气体、特别是极性气体、最优选地水蒸气的粘附变得更困难，或者被防止。
在特别优选实施例中，以如下方式执行等离子体处理，使得亲水性仅被降低，但是不完全失去。这导致更少的水粘附到表面。
在另一实施例中，基板表面以如下方式被修改，使得结合波更缓慢地扩散。由于结合波更缓慢的传播，所以气体具有更多时间膨胀，且在基板之间建立的压力可显著降低。有利地，结合波在基板边缘的上均匀分布的方面还能够用于防止在基板边缘上建立的不规则扭曲。在公开文献PCT/EP2016053268中明确提及用于影响结合波速度的方法。
在另一实施例中，特别是在等离子体处理之后，以湿法化学方式来清洁基板表面。湿法清洁的任务主要具有对等离子体激活的基板表面进行封端的任务。通过该过程，还能够以针对性方式调整亲水性且因此调整所吸收的水的量。
在根据本发明的装置的另一实施例中，使用表面放大器件而不是基板保持器。表面放大器件的目标是提供辅助装置，利用该辅助装置，能够在常规熔融结合装置中使用用于最小化边缘缺陷的方法。不同的表面放大器件优选地在围绕外边缘各处围封两个基板中的一个且延伸基板表面。
表面放大器件的材料性质关于基板的挠曲刚度以及弯曲特性被调整到如此程度，使得热性质和机械性质能够被视为与基板相同。特别地，重要的是，在表面放大器件处基板以最小的阶梯终止，使得在流动条件中不发生突然的改变。
足够弹性以便以无边缘方式环绕基板的PDMS和其他硅酮、聚酰亚胺和其他弹性体能够被用作用于表面放大器件的材料。
在另一实施例中，纤维增强材料能够用于表面放大器件，特别地，表面放大器件能够安置到基板上的径向强度和剪切强度能够与作为弹性体的同心、线性延伸的材料弹性解耦。
附图说明
从优选示例性实施例的如下描述以及基于附图得到本发明的另外的优势、特征和细节。在附图中：
图1示出根据本发明的第一装置，
图2a示出处于第一过程步骤中的根据本发明的第二装置，
图2b示出处于第二过程步骤中的根据本发明的第二装置，
图2c示出处于第三过程步骤中的根据本发明的第二装置，
图2d示出处于第四过程步骤中的根据本发明的第二装置，
图2e示出处于第五过程步骤中的根据本发明的第二装置，以及压力-温度曲线图，
图3a是一般反转曲线图，
图3b示出氮气、氢气和氦气的反转曲线图，
图4a是具有第一类型的缺陷的基板周边的示意图示，其不按照比例；
图4b是具有第二缺陷类型的基板周边的示意图示，其不按照比例；
图4c是具有第三缺陷类型的基板周边的示意图示，其不按照比例；
图4d是具有第四缺陷类型的基板周边的示意图示，其不按照比例；
图4e是具有第五缺陷类型的基板周边的示意图示，其不按照比例；
图5a是扩展表面的替代实施例的示意图示，其不按照比例，
图5b是扩展表面的另一替代实施例的示意图示，其不按照比例，
图5c是扩展表面的另一替代实施例的示意图示，其不按照比例，
图5d是扩展表面的另一替代实施例的示意图示，其不按照比例，
图6a是另一基板保持器的右侧部分的示意放大视图，其不按照比例，
图6b是另一基板保持器的右侧部分的示意放大视图，其不按照比例，
图6c是另一基板保持器的右侧部分的示意放大视图，其不按照比例，
图6d是另一基板保持器的右侧部分的示意放大视图，其不按照比例，
图6e是另一基板保持器的右侧部分的示意放大视图，其不按照比例，
图7是另一实施例的示意图示，其不按照比例，并且
图8是另一实施例的示意图示，其不按照比例。
具体实施方式
图1示出不按照真实比例的根据本发明的示意的第一装置10，其包括第一、下基板保持器6u和第二、上基板保持器6o。两个基板保持器6u、6o包括至少一个第一部件1u、1o。用于固定基板2u、2o的固定元件3被定位在部件1u、1o上。在上部件1o中，优选地存在开口12，变形元件4能够移动通过该开口。
变形元件4用于使第二上基板2o变形。
根据本发明，部件1o、1u以如下方式设计，即，使得其具有基板2u、2o被定位在其中的凹部7o、7u。第一部件1u、1o的边缘包括隆起8u、8o。
隆起8u、8o具有内壁8ui、8oi。内壁8ui、8oi具有高度tu、to。在基板2u、2o的周边9u、9o和内壁8ui、8oi之间的水平距离是hu、ho。此外，隆起8u、8o具有根据本发明的带有长度wu、wo的扩展表面8us、8os，其扩展基板表面2us、2os，以用于将气体运输超过周边9u、9o。
因此，根据本发明，在根据本发明的装置10的外侧且不直接在基板1u、1o外侧发生等焓膨胀过程。问题因此经由扩展表面8us、8os朝外转移。
在基板2u、2o的基板表面2us、2os和扩展表面8us、8os之间的竖直距离是vu、vo。在根据本发明的该实施例中，几何结构是固定的，且不能改变。距离hu、ho、vu、vo被故意地设置为过大以增加清楚性。在实际实施例中，其应当仅是若干μm，特别是直到最大1.0mm大。
图2a示出处于根据本发明的第一过程步骤中的示意的改进的第二根据本发明的装置10’，其不按照比例，其包括在底侧上的至少两个部件1u′、5u和/或在上侧上的两个部件1o′、5o。也可设想，两个基板保持器6u′、6o′中的一者以与来自图1的基板保持器6u、6o相同的方式构造。出于简单性的缘故，将仅描述下基板保持器6u’。
下基板保持器6u’具有第一外部部件1u′，其中，内侧、第二部件5u能够以平移和/或旋转方式移动。两个部件1u’和5u的相对移位用于相对于扩展表面8us定位基板表面2us。根据本发明，离开的气体或离开的气体混合物将经由扩展表面8us从根据本发明的装置10’被传导，使得等焓膨胀过程不直接发生在基板周边9u、9o上，且因此防止由温度下降引起的气体(特别是水蒸气)凝结。然而，与根据本发明的第一装置10形成对比，基板表面2us相对于扩展表面8us的位置能够被精确地调整，且因此流体流能够被朝外优化。类似的考虑适用于上基板保持器6o’。
图2b示出处于根据本发明的第二过程步骤中的根据本发明不按照比例的示意的改进的第二实施例10’，其中，使两个基板保持器1u′、1o’以如下方式更靠近彼此，即，使得获得扩展表面间隔d。同时，存在基板表面间隙g。
图2c示出处于第三根据本发明的过程步骤中的根据本发明的不按照比例的示意的、非按照正确比例的改进的第二实施例10’，其中，两个第二部件5u、5o平移地移动，使得基板表面间隔g减小至g’。还将可设想，在图2b中已经了实现期望的基板表面间隔g，在这种情况下，假定有可能省除竖直距离vu、vo的优化，则第三根据本发明的过程步骤将是可选的。
图2d示出处于根据本发明的第四过程步骤中的根据本发明不按照比例的示意的、改进的第二实施例10′，其中，变形元件4使上基板2o变形，且因此开始结合过程。使上基板2o从上基板保持器6o’脱离，这特别地通过固定元件3的受控的断开来实现。从该点向前，形成在其整体上对称的结合波13，该结合波驱动在其前方的压缩气体。
图2e示出处于根据本发明的第五过程步骤中的根据本发明的改进的实施例10’的侧部部分的示意的、放大比例的图示，以及压力(或压力差)温度-位置曲线图。
在该过程步骤中，除了根据本发明相关的基板2u、2o的边缘区域之外，两个基板2u、2o几乎完全地联结至彼此。通过结合波13移位的气体能够在扩展表面8us、8os上扩散，而不等焓膨胀到外部区域14中。
仅在外部区域14附近发生等焓膨胀，在负JTK的情形中等焓膨胀将导致气体的冷却和凝结。通过经由扩展表面8us、8os来扩展基板表面2us、2os，等焓膨胀因此可在几何上被推迟。
在曲线图中，在左手侧横坐标上绘制压力差p-pO。压力p0是外部区域中的环境压力p0。环境压力p0通常对应于1bar。然而，一般而言，根据本发明的实施例本身能够被安装在压力室中，在该压力室中，能够调整增加的环境压力。一般而言，环境压力p0小于10bar，优选地小于5bar，更优选地小于3bar，最优选地小于2bar，最优选地1bar。
压力p代表在所指示的位置处的压力。压力值p在20bar和p0之间，优选地在10bar和p0之间，更优选地在5bar和p0之间，最优选地在3bar和p0之间，最优选地在2bar和p0之间。
不同压力曲线15，15′，15″，15″′代表用于四个不同地前进的结合步骤的压力曲线。图2e与第一压力走势15相关。例如在其中两个基板表面2us，2os已经完全结合至彼此的时间点处产生压力走势15″′。
尽管压力曲线15，15′和部分15″仍然在基板之间，但不存在等焓膨胀，而是仅存在气体的压缩。
等焓膨胀的区域有利地被定位在阴影区域17中，即，在所有情形中，在基板2u、2o外侧。在该区域中，所排出的气体可以容易地凝结，因为其已经不在基板表面2us、2os上。能够看出，与所引述的印刷文献Castex等的Mechanism of Edge Bonding Void Formationin Hydrophilie Direct，ECS Solid State Letters，2(6)P47-P50(2013)的图2形成对比，压力曲线15″′被定位在基板2u、2o外侧。
借助于孔11，能够执行根据本发明的实施例10′的内部空间的抽空和/或冲洗，这进一步减少了负面效果。因此，可设想使用这样的气体，该气体改变在两个基板2u、2o之间的气体混合物的JTK，使得等焓膨胀导致加热而不是冷却。
在所示出的所有附图中，可设想隆起8u、8o的倾斜内壁8ui、8oi，其有助于基板2u、2o的加载。凹部7u、7o将于是具有截头锥形的形式。
图3a示出任意气体或气体混合物的反转曲线的示意曲线图。能够看到具有正JTK(灰色)的区域和具有负JTK(白色)的区域。该曲线图是p-T曲线图。
因此，取决于所存在的压力和温度，所考虑的气体具有正JTK或负JTK。如果状态参数压力和温度恰好在反转曲线上，则JTK将是零。对于理想的气体和气体混合物，JTK总是零。因此，仅考虑实际的气体或气体混合物。为了产生气体或气体混合物的根据本发明的加热，必须确保气体或气体混合物总是处于具有负JTK的区域中。在标准一般条件处，仅存在具有负JTK的三种气体，即，氦气、氢气和氖气。
图3b示出氮气、氢气和氦气的反转曲线的示意曲线图。能够看出，对于标准一般条件(大约298.15K，1bar)，氮气具有正JTK，且将因此随着等焓膨胀而冷却。因此根据本发明的又另一方面是，在根据本发明的结合过程中采取根据本发明的措施，以便通过替换具有正JTK的气体来尽可能多地从气氛移除、且优选地完全地移除具有正JTK的气体，特别是气氛中的氮气。另一方面，两种气体氢气和氦气具有远远位于298.15K下方的反转曲线。
因此，氢气和氦气在标准化条件下在等焓膨胀下被加热，且因此阻碍其他气体、特别是水蒸气的凝结。
图4a示出具有第一缺陷类型18的基板周边9的示意图示，其不按照真实比例。第一缺陷类型18代表凹痕。
图4b示出具有第二缺陷类型18′的基板周边9的示意图示，其不按照真实比例。第二缺陷类型18′代表具有高表面粗糙度的基板表面2s。
图4c示出不按照比例的具有基板表面2s的基板周边9的示意图示，所吸收的气体(特别是水)被定位在基板表面2s上。该状态实际上代表大多数表面的一般状态。然而，关于根据本发明的过程，该状态被分类为第三缺陷类型18″。第三缺陷类型18″因此代表带有所吸收的气体(特别是水)的基板表面2s。水特别地仅作为单层存在。
图4d示出具有第四缺陷类型18″′的基板周边9d的示意图示，其不按照真实比例。第四缺陷类型18″′代表带有局部集中的凝结气体(特别是水)的基板表面2s。
图4e示出具有第五缺陷类型18IV的基板周边9的示意图示，其不按照真实比例。第五缺陷类型18IV代表带有微粒的基板表面2s。
图5a示出具有弯曲扩展表面8s′的隆起8′的根据本发明的第一扩展部，其朝外侧增加了体积。
图5b示出具有弯曲扩展表面8s"的隆起8″的根据本发明的第二扩展部，其向外侧减少了体积。该元件热力学地充当节流阀。
图5c示出具有弯曲扩展表面8s″′的隆起8″′的根据本发明的第三扩展部，其线性地朝外增加了体积。
图5d示出具有弯曲扩展表面8sIV的隆起8IV的根据本发明的第二扩展部，其线性地向外侧减小了体积。该元件热力学地充当节流阀。
图6a示出改进的基板保持器6u的右手侧部分的示意的、放大比例的视图，在其中，已经通过引入倒圆的曲率半径或斜角半径R省除了构造特征hu、vu的产生。就构造技术而言，这种过渡的制造容易得多，且更高效。
曲率半径或斜角半径R特别地等于基板周边9的曲率半径。本领域技术人员知道，根据SEMI标准的截面中的基板周边9并非必然描述半圆形，而是能够被任意地成形。出于完整性的缘故，因此提及，曲率半径或斜角半径R是这样的参数，借助于该参数，进行最佳的尝试，以使基板2u、特别是其基板周边9适应于下基板保持器6u。
对于上基板保持器6o，在必要和期望时，类似的考虑适用。在曲率半径或斜角半径R和基板周边9的弯曲之间的偏差特别地小于5％，优选地小于3％，更优选地小于2％，最优选地小于1％，在所有中最优选地小于0.1％。
曲率半径或斜角半径R的使用能够与距离hu、ho、vu、vo的使用组合。
图6b示出另一改进的基板保持器6u的右手侧部分的示意放大视图，在其中，隆起8u′已经被设计为被安装在部件1u上的环。此处不更详细地解释安装。8u′能够与部件1u焊接、粘附、结合、螺钉连接、铆接等。
图6c示出另一改进的基板保持器6u的右手侧部分的示意放大视图，在其中，隆起8u′已经被设计为在部件1u的台阶21中被安装的环。此处不更详细地解释安装。8u′能够与部件1u焊接、粘附、结合、螺钉连接、铆接等。
在图6b和图6c中的被设计为环的隆起8u′优选地还是可互换的。因此，能够构造多个不同的环8u′，且如果必要的话，环8u′被更换以相应地调整隆起8u′，且针对过程优化它们。
图6d示出另一改进的基板保持器6u的右手侧部分的示意放大视图，其中，喷嘴22从外侧提供超压。在PCT/EP2016053268中也已经部分地提及这种喷嘴系统。
图6e示出另一改进的基板保持器6u的右手侧部分的示意放大视图，其中，孔11′已经以如下方式构造，即，使得气体或气体混合物能够直接沿着基板的方向冲刷。
图7示出表面放大器件19的第一实施例的不按照比例的实施例。在该情形中，借助于表面放大器件19的曲率半径和斜角半径R来围封基板2。在待结合的基板表面2s和表面放大器件19的扩展表面8s之间存在竖直间隔vo，其优选地小于10微米，特别优选地小于1微米。基板表面2s通过扩展表面8s扩展。
图8示出表面放大器件19′的另一实施例，其不按照真实比例。在该情形中，与图7相比较，基板2仅仅被支撑在外侧基板周边9上，优选地以低的按压力支撑。基板2由此被完全围封。斜角半径R意图环绕外侧基板周边9，特别是完全地环绕。
在附图中，具有相同功能的相同的一个部件或多个部件利用相同附图标记来标注。
附图标记列表
1、1u、1o 第一/外部部件
2、2u、2o 基板
2s、2us、2os 基板表面
3 固定件
4 变形元件
5u、5o 第二/内部部件
6u、6u′、6o、6o′ 基板保持器
7o、7u 凹部
8o、8u、8u′、8、8′、8″、8″′、8IV、8V 隆起
8oi、8ui 内部壁
8os、8us、8s、8s′、8s″、8s″′、8sIV 扩展表面
9、9u、9o 基板周边
10、10′ 结合装置
11、11′ 孔
12 开口
13 结合波
14 外侧区域
15、15′、15″、15″′ 压力曲线
16 温度曲线
17 等焓膨胀的范围
18、18′、18″、18″′、18IV 缺陷
19、19′ 表面放大器件
20 倒圆
21 刻度(Abstufung)
22 喷嘴
a 角度
d 扩展表面间隔
g 基板表面间隔
wu、wo 隆起宽度
tu、to 隆起深度
ho、hu 水平距离
vo、vo′、vu、vu′ 竖直距离
P 在基板之间的压力
p0 环境压力
R 曲率半径或斜角半径。

Claims (16)

1.一种用于将第一基板的第一基板表面结合至第二基板的第二基板表面的装置，所述装置包括：
用于容纳所述第一基板的第一基板保持器，以及
用于容纳所述第二基板的第二基板保持器，
其中，所述第一基板保持器具有：
第一凹部，所述第一凹部具有用于将所述第一基板固定在所述第一凹部中的固定装置；以及
第一隆起，所述第一隆起至少部分地环绕所述第一凹部；
其中，所述第一基板保持器包括部件，所述第一隆起被设计为第一环，所述第一环被安装在所述第一基板保持器的部件上且是能够互换的。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一基板保持器具有至少一个孔，所述至少一个孔与所述第一凹部连通以用于在将所述第一基板结合到所述第二基板之前和/或期间和/或之后抽空和/或冲洗所述装置的内部空间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述气体和/或气体混合物是具有负的焦耳-汤普逊系数(JTC)的气体和/或气体混合物。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，具有负的JTC的气体和/或气体混合物包括氦气、氢气和氖气。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个孔用于抽空和/或冲洗所述第一凹部，其中，所述至少一个孔以对称分布的方式布置。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一隆起围绕所述第一凹部环状地形成。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一隆起具有第一扩展表面，所述第一扩展表面用于扩展所述第一基板表面。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一环与所述第一基板保持器的部件焊接、粘附、结合、螺钉连接或铆接。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一环安装在所述第一基板保持器的部件的台阶中。
10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述至少一个孔以对称分布的方式布置在所述内部部件中。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二基板保持器具有：第二凹部，所述第二凹部具有用于将所述第二基板固定在所述第二凹部中的固定装置；以及第二隆起，所述第二隆起至少部分地环绕所述第二凹部。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第二基板保持器包括部件，所述第二隆起被设计为第二环，所述第二环被安装在所述第二基板保持器的部件上且是能够互换的。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第二环与所述第二基板保持器的部件焊接、粘附、结合、螺钉连接或铆接。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第二环安装在所述第二基板保持器的部件的台阶中。
15.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一隆起具有朝内和/或朝外以一角度(a)倾斜的扩展表面。
16.一种用于将第一基板的第一基板表面结合至第二基板的第二基板表面的方法，其中，所述方法借助于根据权利要求1-15中任一项所述的装置来执行，其中，在结合过程期间布置在所述第一基板表面与所述第二基板表面之间的气体从所述第一基板和所述第二基板的中心移位至边缘。
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