DE4404931A1

DE4404931A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Direktverbinden von zwei Körpern

Info

Publication number: DE4404931A1
Application number: DE4404931A
Authority: DE
Inventors: Masao Nagakubo; Seizi Fujino; Kouji Senda; Tadashi Hattori
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1994-08-18
Also published as: JPH06302486A; JP2701709B2; US5421953A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Direktverbinden bzw. Direktbondieren bzw. Direktkontaktie ren (direct bonding) von zwei Körpern gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung hierzu gemäß Anspruch 13.

Die Körper können aus verschiedenen Materialien bestehen. Genauer gesagt, werden in der vorliegenden Erfindung zwei Körper direkt und fest mit Hilfe von Wasserstoffbrücken zwischen Hydroxidgruppen, welche an der Oberfläche von einem Körper adsorbiert sind, und Sauerstoffatomen auf der Oberfläche des anderen Körpers, verbunden. Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden bei Raumtem peratur unter einem niedrigen Druck ohne Erwärmen bei einem Unterdruck ausgeführt werden kann, so daß es auf das Bon dieren bzw. Verbinden zwischen heterogenen Materialien anwendbar ist. Die vorliegende Erfindung kann für präzises Bondieren zwischen mechanisch oder thermisch spröden funk tionalen Teilen, wie z. B. Mikrosensoren und IC-Chips, ange wendet werden.

Direktverbinden von Siliziumwafern ist beispielsweise aus JP-A-2-46722, JP-PS-62-27040, JP-A-62-122148 und JP-A-48-40372 bekannt. Fig. 1A bis 1D veranschaulichen ein sche matisches Modell des herkömmlichen Bindeverfahrens. In die sem Verfahren werden die Oberflächen der Siliziumwafer vor ausgehend hochglanzpoliert, mit einer Mischung aus H₂SO₄- und H₂O₂-Lösungen behandelt, um die Oberflächen der Wafer hydrophil zu machen (um Hydroxidgruppen zu adsorbieren), und bei Raumtemperatur in engen oder nahen Kontakt zueinan der gebracht, während Wasser zwischen ihnen vorhanden ist, wie in Fig. 1A gezeigt. Die Wafer werden dann thermisch behandelt, um das Wasser zwischen den Wafern zu entfernen und die Wafer durch kovalente Wasserstoffbindungen zu ver binden, wie in den Fig. 1B bis 1D gezeigt.

In diesem Verfahren benötigt man für die thermische Behand lung eine hohe Temperatur von über 300°C, manchmal über 1000°C. Im Ergebnis ist, wenn dieses Verfahren auf das Bon dieren zwischen Materialien mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten angewendet wird, die Bindung zwi schen solchen Materialien wegen der Verschiedenheit der thermischen Expansionskoeffizienten verschlechtert. Darüber hinaus ist der Hydroxidgruppen-adsorbierende Schritt ein nasser Prozeß, der in einer wäßrigen Lösung ausgeführt wird und daher nicht erfolgreich mit einem trockenen Prozeß aus geführt werden kann, welcher in einer Unterdruckkammer durchgeführt wird.

Das Bondieren bzw. Verbinden von heterogenen Materialien bei Raumtemperatur ist unter Verwendung eines Verfahrens untersucht worden, welches ähnlich zu dem obigen war (Nivellieren und Affinitätsbehandlung unter nassen Bedin gungen), beispielsweise das Verfahren, welches von J. Hais ma und G. A. C. M. Spierings in "Diversity and Interfacial Phenomena in Direct Bonding", Proceedings of the 1. Inter national Symposium on Semiconductor Wafer Bonding, Sci.- Tech. and Appl. (1992), S. 18, erklärt wurde. Dieses Ver fahren betrifft Verbinden zwischen einem hochglanzpolierten Quarzglas (SiO₂) und Materialien, die auf einem Siliziumwa fer abgeschieden wurden (Ta, Ti, Cu, W usw.). Eine Wärmebe handlung wurde nicht durchgeführt, da die thermischen Expansionskoeffizienten der Materialien, die verbunden wer den sollten, verschieden sind.

Die Wirksamkeit dieses Verfahrens hängt jedoch stark von den Materialien ab. Beispielsweise kann Wolfram nicht ver bunden werden, und Kupfer kann nur unter einem beträchtli chen Druck verbunden werden. Die Gründe hierfür sind nicht klar. Weiterhin ist die Verläßlichkeit des Verbindens nicht hoch. Daher kann dieses Verfahren in der Praxis nicht auf das Verbinden von großen Mengen angewendet werden.

Das Raumtemperaturverbinden von heterogenen Materialien ist ebenfalls aus NIKKEI NEW MATERIALS, 14. September 1992, S. 74-75 bekannt. In diesem offenbarten Verfahren wird die Oberfläche eines Materials, welches verbunden werden soll, durch Anwendung eines Hochgeschwindigkeitsstrahls aus neu tralen Atomen eines Inertgases, wie z. B. Argon, aktiviert, um eine Verunreinigungsschicht von der Oberfläche des Mate rials zu entfernen. Das Verbinden wird ausgeführt durch Aufbringen eines keramischen Materials auf das aktivierte Material und Anwenden eines Druckes von ca. 10 bis 20 MPa auf diese Anordnung. Dieses Verfahren birgt noch Probleme bei industriellen Anwendungen, da der Druck zum Verbinden ca. 10 bis 20 MPa beträgt und die Anwesenheit einer amor phen 5 bis 10 nm dicken Schicht an der Bindungsgrenzfläche eine Änderung der elektrischen Eigenschaften an der Bin dungsgrenzfläche verursacht.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Verbinden bzw. Bondieren bzw. Kontaktieren von zwei Materialien unter Unterdruck bei Raumtemperatur ohne Erwärmen zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt verfahrenstechnisch durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst.

Die betreffenden Erfinder haben das oben beschriebene her kömmliche direkte Bindungsverfahren untersucht. Wenn Ver binden bei dem herkömmlichen Verfahren bei Raumtemperatur durchgeführt wird, wird es so angesehen, daß die Silizium wafer durch ein Netzwerk von Wasserstoffbrücken von Wasser molekülen zwischen den Siliziumwafern bei Raumtemperatur, wie in Fig. 1A gezeigt, gehalten werden. Hier hat die Bin dung wegen der Wasserstoffbrücken eine genügend hohe Zugfe stigkeit in der Richtung, die senkrecht zu den Bindungs oberflächen liegt, aber sie ist sehr schwach in der Rich tung, die parallel zu den Bindungsoberflächen liegt, da die Wassermoleküle und somit die Wasserstoffbrücken sich konti nuierlich bewegen und nicht an einem bestimmten Ort fixiert sind. Somit ist dieses Verbinden in der Praxis nicht nütz lich.

Für das herkömmliche Verbinden, wie oben beschrieben, wurde ein Modell befürwortet, in welchem, nachdem die Wafer auf über 200°C erwärmt wurden, jede Hydroxidgruppe auf der Oberfläche von einem Wafer eine Bindung mit einer bestimm ten Hydroxidgruppe auf dem anderen Wafer hat, wie in Fig. 1B gezeigt. Bei über 700°C, wie in Fig. 1C gezeigt, tritt eine Dehydratationskondensation auf, um Si-O-Si-Bindungen zu bilden, welche mit den entsprechenden Wasserstoffbrücken zwischen den Hydroxidgruppen, wie in Fig. 1B gezeigt, über einstimmen. Bei über 1000°C diffundieren Sauerstoffatome hinaus, um direkte Bindungen zwischen den Siliziumwafern zu bilden, wie in Fig. 1D gezeigt ist. In diesem Modell haben die Bindungen zwischen den Hydroxidgruppen, wie in Fig. 1B gezeigt, eine sehr geringe Flexibilität und daher ist ein Verbinden zwischen heterogenen Materialien schwierig, da die Verteilungen von Hydroxidgruppen auf den Oberflächen der heterogenen Materialien verschieden sind.

Die gegenwärtigen Erfinder schlagen ein neues Modell vor, welches mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D beschrieben wird. Wenn, wie in Fig. 2A gezeigt ist, die Oberfläche eines Körpers von einem Material, welches verbunden werden soll, durch Anwendung von Inertgasionen, wie z. B. Argonio nen, gereinigt wird, um Verunreinigungsatome von der Ober fläche zu entfernen, wird die Oberfläche des Körpers akti viert, indem dort flexible Bindungen (dangling bonds) gebildet werden. Mit Bezug auf Fig. 2B werden dann Hydroxidgruppen und Wassermoleküle bei einem Unterdruck an der Oberfläche des Körpers adsorbiert. Mit Bezug auf Fig. 2C werden die Wassermoleküle dann entfernt, so daß nur Hydroxidgruppen auf der Oberfläche des Körpers zurückblei ben. Wenn die Oberflächen von zwei Körpern miteinander in Kontakt gebracht werden, bilden die Wasserstoffatome der Hydroxidgruppen, welche an der Oberfläche des unteren Kör pers adsorbiert sind, Wasserstoffbrücken mit den Sauer stoffatomen (die Sauerstoffatome von Hydroxidgruppen oder Oxiden) auf der Oberfläche des oberen Körpers, wie in Fig. 2D gezeigt, so daß die Körper fest aneinander gebunden sind.

In diesem Modell können, solange, wie die Oberflächen von zwei Körpern komplementär zueinander sind und chemisch Hydroxidgruppen adsorbieren können, diese Körper fest ver bunden werden, ohne Wassermoleküle an der Bindungsgrenzflä che zur Verfügung zu stellen. Die gegenwärtigen Erfinder stellten fest, daß, wenn Hydroxidgruppen an den Oberflächen von Körpern, welche verbunden werden sollen, adsorbiert sind, Wasserstoffbrücken zwischen Hydroxidgruppen auf den betreffenden Oberflächen der Körper und Sauerstoffatomen auf den entgegengesetzten Oberflächen der Körper bei Raum temperatur erhalten werden können, und daß diese Wasser stoffbrücken eine ausreichend hohe Bindungsstärke haben. In diesem Modell sind die Wasserstoffbrücken auf den Oberflä chen der Körper fixiert und die Flexibilität der Wasser stoffbrücken entspricht der der Bindungen in den Körpern, so daß die Bindungen eine in der Praxis ausreichende Stärke liefern.

Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Direktverbinden bzw. Direktbondieren bzw. Direktkontaktie ren zweier Körper aus wenigstens einem Material zur Verfü gung, wobei das Verfahren einen ersten Schritt (Reinigungs schritt) umfaßt, in dem zwei Körper mit Oberflächen, welche komplementär zueinander sind hergestellt werden, und diese in einen engen oder nahen Kontakt miteinander treten können und wobei die Oberflächen der Körper in einer Unterdruckat mosphäre gereinigt werden; einen zweiten Schritt (Hydroxid gruppen-adsorbierender Schritt), in dem die gereinigte Oberfläche von wenigstens einem der Körper dazu gebracht wird, chemisch Hydroxidgruppen zu adsorbieren; und einen dritten Schritt (Bindungsschritt), in dem die Oberflächen der Körper miteinander in Kontakt gebracht werden und die Körper durch Wasserstoffbrücken zwischen den Hydroxidgrup pen auf der Oberfläche wenigstens eines Körpers und Sauer stoffatomen, die auf der Oberfläche des anderen Körpers vorhanden sind, verbunden werden.

Bei diesem Verfahren kann der erste Schritt entweder durch Ionenätzen oder durch Zerstäubungsätzen (sputter etching) ausgeführt werden.

Der zweite Schritt kann einen vierten Schritt umfassen, bei dem Wassermoleküle unter Unterdruck auf wenigstens eine Oberfläche der Körper gesprüht werden, um zu bewirken, daß Wassermoleküle und Hydroxidgruppen an wenigstens einer Oberfläche der Körper adsorbiert werden, und einen fünften Schritt, bei dem eine Energie auf wenigstens eine Oberflä che der Körper angewendet wird, wobei die Energie gerade so hoch ist, wie es nötig ist, um die Wassermoleküle von we nigstens einer Oberfläche der Körper zu entfernen, und Hy droxidgruppen auf wenigstens einer Oberfläche der Körper zurückzulassen (vorzugsweise sollte Wasser nicht zurück bleiben und nur Hydroxidgruppen bleiben zurück).

Der fünfte Schritt kann durchgeführt werden, indem ein Plasmastrahl oder Mikrowellen auf wenigstens eine Oberflä che der Körper angewendet werden. Der fünfte Schritt kann ebenfalls durch Anwenden von Radiofrequenzwellen oder einer Gleichspannung auf wenigstens einen der Körper durchgeführt werden, um so die Wassermoleküle von der wenigstens einen Oberfläche der Körper durch die Wirkung eines elektromagne tischen Feldes, welches durch die Radiofrequenzwelle oder direkte elektrische Spannung erzeugt wurde, zu zersetzen und zu entfernen, und um Hydroxidgruppen auf der wenigstens einen Oberfläche der Körper zurückzulassen. Der zweite Schritt kann die Bildung eines Plasmastrahles umfassen, welcher Ionen eines Inertgases umfaßt, um ein Plasma und wenigstens ein wasserstoffhaltiges reaktives Gas zu erzeu gen, und den Plasmastrahl auf wenigstens eine Oberfläche der Körper anzuwenden, um zu bewirken, daß die wenigstens eine Oberfläche der Körper Hydroxidgruppen adsorbiert.

Der zweite Schritt kann Anwendung von Radiofrequenzwellen oder eines Gleichstroms (DC) auf die Wassermoleküle umfas sen, um die Wassermoleküle durch ein elektromagnetisches Feld, welches dadurch erzeugt wurde, oder eine Plasmaener gie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde, zu Hydroxidgruppen zu zersetzen, und Sprühen der gebildeten Hydroxidgruppen auf die wenigstens eine Oberflä che der Körper, um die gebildeten Hydroxidgruppen an wenig stens eine Oberfläche der Körper zu adsorbieren.

Die zweiten und dritten Schritte können die Anwendung von Wassermolekülen auf die wenigstens eine Oberfläche der Kör per unter Unterdruck umfassen, um zu bewirken, daß die Was sermoleküle an wenigstens eine Oberfläche der Körper adsor biert werden, dann miteinander In-Kontakt-Bringen der Ober flächen der Körper, wobei die Wassermoleküle zwischen den Oberflächen der Körper vorhanden sind, und dann Anwenden entweder von Radiofrequenzwellen oder einem Gleichstrom (DC) auf die Körper, um Wassermoleküle von den Oberflächen der Körper durch die Wirkung eines elektromagnetischen Fel des, welches dadurch erzeugt wurde, zu entfernen, und dadurch die Körper zu verbinden.

Der zweite Schritt kann die Einführung von Wasserdampf in die Unterdruckatmosphäre umfassen, Ionisieren des Wasser dampfes und Sprühen des ionisierten Wasserdampfes auf die wenigstens eine Oberfläche der Körper, um dadurch zu bewir ken, daß die Hydroxidgruppen an wenigstens einer Oberfläche der Körper adsorbiert werden.

Nach dem zweiten Schritt kann der dritte Schritt umfassen, daß die Oberflächen der Körper mittels einer Kontaktieraus rüstung miteinander in Kontakt gebracht werden, und die Körper in einer Wärmekammer bei einer vorbestimmten Tempe ratur eine vorbestimmte Zeitperiode lang erwärmt werden, um Wassermoleküle, welche zwischen den sich berührenden Ober flächen der Körper vorhanden sind, zu entfernen.

Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Vorrichtung zum Direktverbinden bzw. Direktbondieren bzw. Direktkontak tieren von zwei Körpern aus wenigstens einem Material zur Verfügung, umfassend:
eine Unterdruckkammer;
eine erste Einrichtung, um die zwei Körper, welche verbun den werden sollen, zu halten, während die Oberflächen der Körper exponiert sind, und um durch einen nachfolgenden Schritt die Oberflächen der Körper in der Unterdruckkammer miteinander in Kontakt zu bringen;
eine zweite Einrichtung, um zu bewirken, daß die Oberflä chen der Körper in der Unterdruckkammer Hydroxidgruppen adsorbieren; und
eine dritte Einrichtung, um die erste Einrichtung zu betä tigen, um die Oberflächen der Körper in der Unterdruckkam mer miteinander in Kontakt zu bringen.

In der Vorrichtung kann die zweite Einrichtung eine Ein richtung umfassen, um Wassermoleküle auf wenigstens eine Oberfläche der Körper zu sprühen, und eine Einrichtung, um einen Strahl aus einem Inertgasplasma, welches durch Mikro wellen erzeugt wurde, auf wenigstens eine Oberfläche der Körper anzuwenden.

Die zweite Einrichtung umfaßt eine plasmaerzeugende Ein richtung, um ein Plasma eines Inertgases zu erzeugen, und einen Strahl des erzeugten Plasmas auf wenigstens eine Oberfläche der Körper anzuwenden, und eine Einrichtung zum Einführen von wenigstens einem reaktiven Gas, einschließ lich Wasserstoff, in die plasmaerzeugende Einrichtung, um den Plasmastrahl, welcher Ionen wenigstens eines Gases umfaßt, zu erzeugen.

Die zweite Einrichtung kann eine Einrichtung umfassen, um Wassermoleküle auf wenigstens eine der Oberflächen der Kör per zu sprühen, und eine Einrichtung, um Radiofrequenzwel len oder direkten elektrischen Strom bzw. Gleichstrom auf die Wassermoleküle-sprühende Einrichtung anzuwenden, um so die Wassermoleküle durch ein elektromagnetisches Feld der Radiofrequenzwellen oder des Gleichstroms (DC) oder durch eine Plasmaenergie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde zu Hydroxidgruppen zu zersetzen, und um die gebildeten Hydroxidgruppen über eine Düse der Sprühein richtung auf wenigstens eine Oberfläche der Körper zu sprü hen.

Die zweite Einrichtung kann eine Einrichtung zum Sprühen von Wassermolekülen auf wenigstens eine Oberfläche der Kör per umfassen, und eine Einrichtung zum Anwenden von Radio frequenzwellen oder Gleichstrom (DC) auf die Körper durch die erste Einrichtung, um so die Wassermoleküle von wenig stens einer Oberfläche der Körper zu zersetzen und zu ent fernen.

Die zweite Einrichtung kann einen Tank mit reinem Wasser umfassen, aus dem Wasserdampf in die Unterdruckkammer ein geführt wird, und eine Einrichtung zum Ionisieren des Was serdampfs und Sprühen des ionisierten Wasserdampfs auf wenigstens eine Oberfläche der Körper, so daß Hydroxidgrup pen an wenigstens eine Oberfläche der Körper adsorbiert werden.

In dem obigen Verfahren und der Vorrichtung werden, wenn die Oberflächen der Körper, welche verbunden werden sollen, durch Anwendung von Inertgasionen, wie z. B. Argonionen, gereinigt werden, die Verunreinigungen entfernt und flexi ble Bindungen werden auf den Oberflächen der Körper, welche verbunden werden sollen, erzeugt. Nachdem dann die zwei Körper, welche verbunden werden sollen, in Kontakt mitein ander gebracht wurden, sind die Körper fest verbunden, durch Wasserstoffbindungen zwischen Wasserstoffatomen von Hydroxidgruppen auf der Oberfläche von einem Körper und Sauerstoffatome auf der Oberfläche des anderen Körpers. Durch Adsorbieren von Hydroxidgruppen auf den Oberflächen von Körpern kann die Dichte von Wasserstoffbindungen an der Bindungsgrenzfläche vergrößert werden und ein zuverlässig hohes starkes Verbinden zwischen den Körpern kann bei Raum temperatur unter einem niedrigen Druck leicht erreicht wer den.

Die vorliegende Erfindung kann auf alle Materialien ange wendet werden, die eine Affinität zu Sauerstoffatomen ha ben, und umfaßt die meisten Metalle, wie z. B. Aluminium, Titan, Tantal, Kupfer, Chrom, Nickel, Silber, Zirkonium, Blei, Zinn, Wolfram und Eisen, außer für spezielle Elemen te, sowie Gold und umfaßt ebenfalls organische Polymere, wie z. B. Polytetrafluorethylen, Polystyrol, Polyethylen und Polyimid, und Keramiken, wie z. B. Al₂O₃, SiO₂, PbZrTiO_x, YBa₂Cu₃O_x und Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x.

Weiter Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1A bis 1D ein schematisches Modell eines herkömmli chen Verfahrens zum Direktverbinden zweier Materialien;

Fig. 2A bis 2D ein schematisches Modell des Verfahrens zum Direktverbinden zweier Materialien nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 bis 8 schematische Querschnittsansichten der Vor richtung zum Direktverbinden unter Unter druck gemäß den Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung;

Fig. 9A eine schematische Ansicht einer Druckkon taktierausrüstung gemäß der sechsten Aus führungsform; und

Fig. 9B eine schematische Ansicht einer Wärmebe handlungskammer gemäß der sechsten Ausfüh rungsform.

1. Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 3 und 4 beschrieben.

Eine Vorrichtung wird mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, in welcher eine Unterdruckkammer 11 auf ca. 10^-4 Pa durch eine Öffnung 16 über eine Vakuumpumpe evakuiert wird. In dem rechten Abschnitt der Unterdruckkammer 11 wird ein Kontakt halter (Halte- und Kontakteinrichtung) 12 zur Verfügung gestellt. Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt der Kontakthalter 12 Außenbereiche 12A und einen Verbindungsbereich 12B. Die Außenbereiche 12A können Körper halten, welche verbunden werden sollen, wobei die Oberflächen der Körper, welche vorausgehend hochglanzpoliert wurden, exponiert sind. Der Verbindungsbereich 12B ist drehbar mit den Außenabschnitten 12A verbunden. Wenn die Außenbereiche 12A durch den Verbin dungsbereich 12B gedreht werden, können die Oberflächen der Körper 13 und 14, welche verbunden werden sollen, in paral lelen Kontakt miteinander gebracht werden. Diese Rotation wird mittels eines Betriebshebels 12C (Betriebseinrichtung) von außen durchgeführt. Die Last, welche auf die Oberflä chen der Körper angewendet wird, welche verbunden werden sollen, kann ebenfalls reguliert werden. In dem oberen Abschnitt der Unterdruckkammer 11, wird eine Ionenquelle 21 zur Verfügung gestellt, durch welche die Oberflächen, wel che verbunden werden sollen, Ionen geätzt und gereinigt werden. Ein Inertgas, wie z. B. Argon, wird in die Ionen quelle 21 durch eine Einrichtung 23, zum Liefern eines Inertgases, eingeführt.

Wenn die Ionenquelle 21 betrieben wird, wird das Inertgas ionisiert und als ein Ionenstrahl 22 auf die Oberflächen der Körper 13 und 14, welche verbunden werden sollen, ange wendet. Die Ionenenergie wird auf ein möglichst niedriges Niveau gesetzt, so daß die Glätte der Oberflächen der Kör per nicht vermindert wird, beispielsweise 100 bis 200 eV und die Zeitperiode zum Ätzen wird solange wie nötig ge setzt, um eine Oberflächenschicht von ca. 10 nm Dicke von den Körpern 13 und 14 zu entfernen (Reinigungsschritt).

Das Verfahren zum Reinigen der Oberflächen der Körper kann beispielsweise Zerstäubungsätzen sein. In diesem Fall wird Gleichspannungsenergie (DC power) oder Radiofrequenzwellen an die Körper 13 und 14, welche verbunden werden sollen, aus einer externen Vorspannungsenergiequelle (bias power source) 50 geliefert, durch welche Zerstäubungsätzen durch geführt wird, wobei die Körper als die Kathode benutzt wer den.

Als nächstes wird die Einrichtung beschrieben, welche dafür sorgt, daß die Hydroxidgruppen chemisch an die Oberflächen der Körper 13 und 14 adsorbiert werden (Hydroxidgruppen- adsorbierende Einrichtung).

Wassermoleküle-sprühende Düsen 41 werden in einem unteren Bereich der Unterdruckkammer 11 zur Verfügung gestellt und die Enden der Düsen 41 sind gegen die entsprechenden hoch glanzpolierten Oberflächen der Körper 13 und 14, welche verbunden werden sollen, gerichtet (wassersprühende Ein richtung). Mit Bezug auf Fig. 4 sind die Wassermoleküle- sprühenden Düsen 41 mit einem externen Behälter 43 mit rei nem Wasser verbunden und der Wasserdampf wird in die Düsen 41 aus dem Behälter 43 mit reinem Wasser eingeführt. Als ein Ergebnis werden Wassermolekülstrahlen 42 als der Was serdampf von den Enden der Düsen 41 auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 gesprüht. Der Wasserdampf wird erzeugt und wegen einer Differenz zwischen dem Druck in der Unterdruck kammer und dem atmosphärischen Druck in die Unterdruckkam mer eingeführt (Wasserdampfsprühschritt).

In Fig. 3 wird in dem linken Abschnitt der Unterdruckkammer 11 eine Plasmaerzeugungsquelle 31 eines ECR (Elektronen zyklotronresonanz)-Typs als eine Einrichtung zur Entfernung des Wassers zur Verfügung gestellt. Die Plasmaerzeugungs quelle 31 des ECR-Typs umfaßt eine Ionisierungskammer, wel che mit der Unterdruckkammer 11 in Verbindung steht und eine elektromagnetische Spule 33, um ein magnetisches Feld in der Ionisierungskammer 32 zur Verfügung zu stellen. Mikrowellen, welche in einem Magnetron (nicht gezeigt) erzeugt wurden, werden durch eine Wellenführung in die Ionisierungskammer 32 eingeführt.

Die Ionisierungskammer 32 steht mit einer Inertgas-Zuführ einrichtung 23 in Verbindung, um ein Inertgas als ein För dergas zuzuführen, und Zuführeinrichtungen 34 und 35 für reaktive Gase (Einrichtungen zur Einführung reaktiver Gase) zum Zuführen von reaktiven Gasen, wie z. B. Wasserstoff und Sauerstoff, durch welche die entsprechenden Gase zu der Ionisierungskammer 32 zugeführt werden können. In der Ioni sierungskammer 32 wird die eingeführte Gasmischung angeregt und durch den Mikrowellenentladung ionisiert, um ein Plasma zu erzeugen. Hier stimmt die Frequenz der in die Ionisie rungskammer 32 eingeführten Mikrowellen mit der Zyklotron resonanzfrequenz von Elektronen überein, welches durch das magnetische Feld der elektromagnetischen Spule 33 bestimmt wurde, durch welche die Elektronen in den gasförmigen Mole külen in Resonanz beschleunigt wurden, so daß die gasförmi gen Moleküle angeregt und ionisiert werden, um ein Plasma zu erzeugen. Das Plasma, welches so in der Ionisierungskam mer 32 erzeugt wurde, wird als ein Plasmastrahl 36 durch die Öffnung der Ionisierungskammer 32 gegen die zu verbin denden Körper 13 und 14 in die Unterdruckkammer 11 einge führt. Die Energie des Plasmastrahls 36 wird so hoch gesetzt wie nötig, um die Wassermoleküle auf den Oberflä chen der Körper 13 und 14 zu entfernen, aber nicht so hoch, daß die Temperatur der Körper 13 und 14 erhöht wird, bei spielsweise um ca. 10 eV (Schritt zur Entfernung der Was sermoleküle).

Die plasmaerzeugende Einrichtung 31 kann nicht nur als eine Einrichtung zur Entfernung von Wassermolekülen benutzt wer den, sondern ebenfalls als ein Teil einer Einrichtung, wel che eine Hydroxidgruppenadsorption bewirkt. In diesem Fall werden zusätzlich zu einem Inertgas, reaktive Gase, wie z. B. Sauerstoff und Wasserstoff, in die Ionisierungskammer 32 durch die Zufuhreinrichtungen 34 und 35 von reaktivem Gas eingeführt, durch welche aktive Ionen, wie z. B. Sauer stoffionen und Wasserstoffionen, in den Plasmastrahl 36 eingeschlossen werden. Als ein Ergebnis adsorbieren die Oberflächen der Körper 13 und 14 nicht nur Hydroxidgruppen, welche durch die Wassermoleküle-sprühende Einrichtung 41 geliefert wurden, sondern ebenfalls Hydroxidgruppen, welche durch den Plasmastrahl 36 geliefert wurden, so daß die Hydroxidgruppen auf den Oberflächen der Körper in einer höheren Dichte adsorbiert werden können. Wenn die Effizienz des Zur-Verfügung-Stellens von Hydroxidgruppen auf den Oberflächen der Körper durch das reaktive Gasplasma vergrö ßert wird, kann der Schritt, bei dem Wassermoleküle gesprüht werden, eliminiert werden. In diesem Fall kann, da der Schritt, in dem Wassermoleküle gesprüht werden elimi niert werden kann, die Verunreinigung der Unterdruckkammer und der zu verbindenden Körper mit Wassermolekülen vermie den werden und das Verbinden kann bei sauberen Bedingungen durchgeführt werden.

Der Schritt zur Entfernung von Wassermolekülen kann durch ein Magnetron (nicht gezeigt) ausgeführt werden. In diesem Fall werden Mikrowellen durch die plasmaerzeugende Quelle 31 in die Unterdruckkammer 11 eingeführt, ohne darin Plasma zu erzeugen. Als ein Ergebnis werden die Wassermoleküle, welche an den Oberflächen der Körper 13 und 14 adsorbiert sind, kräftig in Schwingung versetzt, durch das schwingende elektrische Feld, welches durch die Mikrowellen erzeugt wurde, um dadurch nur die Wassermoleküle zu entfernen und die Hydroxidgruppen auf den Oberflächen der Körper 13 und 14 zurückzulassen. Dieses wird von der Tatsache abgeleitet, daß die Wassermoleküle polare Moleküle sind und diese Ei genschaft wird in diesem Verfahren benutzt.

Als nächstes werden das Verfahren zum Direktverbinden der Körper 13 und 14 unter Verwendung der obigen Vorrichtung sowie das schematische Modell der Fig. 2A bis 2D be schrieben.

Als erstes werden die Oberflächen von Aluminium (Al) und Silizium (Si), als die Körper 13 bzw. 14, welche verbunden werden sollen, vorausgehend hochglanzpoliert. Mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 werden die Körper aus Aluminium (Al) und Silizium (Si) in dem Kontakthalter 12 in der Unter druckkammer 11 gehalten, während die Oberflächen der Körper 13 und 14, welche verbunden werden sollen, exponiert sind. Dann wird der Schritt zur Reinigung der Oberflächen der Körper 13 und 14 durchgeführt. Durch Betätigen der Ionen quelle 21 wird nämlich ein Inertgas ionisiert und als ein Ionenstrahl 22 mit einer gewissen Energie auf die Oberflä chen der Körper 13 und 14 angewendet. Die Oberflächen schicht, welche ca. 10 nm dick ist, wird von den exponier ten Oberflächen der Körper 13 und 14 entfernt und die expo nierten Oberflächen der Körper 13 und 14 werden gereinigt. In diesem Schritt werden viele flexible Bindungen auf den gereinigten Oberflächen der Körper 13 und 14 gebildet, wie in Fig. 2A gezeigt. Wenn die gereinigten Körper nach dem Reinigungsschritt eine Zeit lang stehen gelassen werden, werden, sogar wenn die Unterdruckkammer 11 bei einem großem Unterdruck gehalten wird, Verunreinigungen, wie z. B. Stick stoff, Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffe, chemisch an die gereinigten Oberflächen der Körper 13 und 14 adsorbiert und die gereinigten Oberflächen werden desaktiviert, da diese flexiblen Bindungen sehr aktiv sind. Demgemäß wird der Hydroxidgruppen-adsorbierende Schritt gestartet, bevor der Reinigungsschritt beendet ist.

In dem Hydroxidgruppen-adsorbierenden Schritt wird Wasser dampf als die Wassermolekülstrahlen 42 aus den Enden der Wassermoleküle-sprühenden Düsen 41 gegen die Oberflächen, die verbunden werden sollen, gesprüht. Als ein Ergebnis werden die Oberflächen der Körper 13 und 14 mit einer er sten Schicht von Hydroxidgruppen bedeckt und dann mit einer zweiten Schicht von Wassermolekülen, die mit den Hydroxid gruppen der ersten Schicht verbunden sind, wie in Fig. 2B gezeigt.

Es folgt der Schritt zur Entfernung der Wassermoleküle. In diesem Schritt wird ein Plasmastrahl 36 oder Mikrowellen auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 angewendet. Wenn ein Plasmastrahl 36 oder Mikrowellen auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 angewendet werden, während die Ober flächen der Körper 13 und 14 mit Hydroxidgruppen und Was sermolekülen bedeckt sind, werden durch die Energie des Plasmas die Wassermoleküle entfernt und nur Hydroxidgruppen bleiben auf den Oberflächen der Körper 13 und 14 zurück, ohne die Temperatur der Körper 13 und 14 anzuheben, wie in Fig. 2C gezeigt. Dieser Schritt wird durchgeführt, um eine ausreichende Bindungsstärke nach dem Verbinden zu errei chen. Sogar wenn die Hydroxidgruppen in einer hohen Dichte an die Oberflächen der Körper 13 und 14 adsorbiert sind werden nämlich, wenn dieser Zustand eine Zeit lang aufrecht erhalten wird, die Oberflächen der Körper bald mit Verun reinigungen bedeckt, welche in der Unterdruckkammer 11 und in dem Wasser vorhanden sind, und es ist schwierig, ein zuverlässiges Verbinden in dem späteren Bindungsschritt zu erhalten. Somit sollten, um die Aktivität der Hydroxidgrup pen aufrecht zu erhalten, die Wassermoleküle, wie oben erwähnt, entfernt werden. Trotzdem wird, wenn die Anwendung einer Energie auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 für eine lange Zeitperiode aufrecht erhalten wird, die Tempera tur der Körper erhöht und daher sollte der wasserentfer nende Schritt in einer kurzen Zeitperiode beendet sein. Ebenfalls sollte diese Anwendung einer Energie fortgesetzt werden, bis das Verbinden beendet ist.

Man beachte, daß die Anwendung einer Energie aus Plasma oder Mikrowellen eine Readsorption sowohl von Wassermolekü len als auch anderen Verunreinigungen verhindert, so daß die Aktivität der Hydroxidgruppen auf der Oberfläche für eine lange Zeit aufrecht erhalten wird.

Als nächstes wird der Verbindungsschritt durchgeführt, wäh rend die Aktivität der Hydroxidgruppen, welche auf den zu verbindenden Oberflächen der Körper 13 und 14 adsorbiert sind, aufrecht erhalten wird. Das heißt, der Kontakthalter 12 wird mittels eines Hebels 12C von außerhalb der Unter druckkammer 11 betätigt, um die Oberflächen der Körper 13 und 14 miteinander in Kontakt zu bringen (ein Beispiel des Mechanismus dieses Kontakts kann in Fig. 6 gesehen werden). Als ein Ergebnis werden, wie in Fig. 2D gezeigt, Wasser stoffbrücken zwischen den Wasserstoffatomen der Hydroxid gruppen auf den betreffenden Oberflächen der Körper 13 und 14 und Sauerstoffatomen auf den entsprechenden Oberflächen der Körper 13 und 14 gebildet, und das Verbinden der Körper 13 und 14 ist beendet. Wenn hierbei die Oberflächen der Körper 13 und 14 vorausgehend genügend glatt gemacht wurden oder wenn die Körper sich sehr präzise und komplementär einander entsprechen, kann hier ein zuverlässiges Verbinden mit einer hohen Bindungsstärke bei einem extrem niedrigen Preßdruck von beispielsweise ca. 0,5 MPa erhalten werden. Dieses gilt, weil die Dichte der Wasserstoffbrücken zwi schen den Hydroxidgruppen und den Sauerstoffatomen vergrö ßert wird, wenn der Kontakt zwischen den zwei Oberflächen der Körper 13 und 14 enger oder präziser gemacht wird (da der Kontaktbereich zwischen den beiden Oberflächen der Kör per in der Mikrostruktur vergrößert wird).

Obwohl das Verbinden durch In-Kontakt-Bringen der Oberflä chen der Körper miteinander durchgeführt werden kann, wobei nicht nur Hydroxidgruppen sondern ebenfalls Wassermoleküle auf den Oberflächen der Körper zurückbleiben, können die Wassermoleküle, welche an der Bindungsgrenzfläche zurück bleiben, die Bindungsstärke und die Zuverlässigkeit der Verbindung erniedrigen. Daher wird in dieser Ausführungs form ein Mechanismus zum Entfernen der Wassermoleküle zur Verfügung gestellt.

Das Bereitstellen der Wassermoleküle-sprühenden Düsen 41 in der Unterdruckkammer 11 erlaubt das kontrollierte Sprühen von Wassermolekülen auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 in einer notwendigen und genügenden Menge, ohne eine Verunreinigung der Unterdruckkammer und der Evakuierungs pumpe.

2. Ausführungsform

In der ersten Ausführungsform wird die Adsorption von Hy droxidgruppen an die Oberflächen der zu verbindenden Körper ausgeführt, indem zuerst Wassermoleküle mit Hilfe von Sprühdüsen 41 gesprüht werden, gefolgt von einem Entfernen nur der Wassermoleküle, um die Hydroxidgruppen auf den Oberflächen der Körper 13 und 14 zurückzulassen. In dieser Ausführungsform werden die Hydroxidgruppen direkt aus den Wassermoleküle-sprühenden Düsen gesprüht.

Mit Bezug auf Fig. 5 sind die Wassermoleküle-sprühenden Dü sen 41 elektrisch mit Hilfe eines isolierenden Schlauchs 44 isoliert und eine Vorspannungsenergiequelle 50 für Radio frequenzwellen oder Gleichstrom (DC) ist mit den Wassermo leküle-sprühenden Düsen 41 verbunden (Hydroxidgruppen-lie fernde Einrichtung). Als ein Ergebnis zersetzt ein elektro magnetisches Feld, welches durch die Vorspannungsenergie quelle 50 für Radiofrequenzwellen oder Gleichstrom (DC) erzeugt wurde, oder eine Plasmaenergie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde, die Wassermoleküle neben den Ausgängen der Düsen 41, so daß Hydroxidgruppen strahlen direkt auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 gesprüht werden. Hier ist es möglich Mikrowellen anzuwenden oder ein Plasmastrahl, der wie in der ersten Ausführungs form erzeugt wurde, kann ebenfalls auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 angewendet werden, um eine Desaktivierung der Hydroxidgruppen aufgrund der Adsorption von Verunreini gungen auf die Oberflächen der Körper 13 und 14 zu vermei den. Die weiteren Konstruktionen und Verfahrensschritte sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform und auf deren Beschreibung wird verzichtet.

Wenn - wie in dieser Ausführungsform - Radiofrequenzwellen oder ein Gleichstrom auf die Wassermoleküle-sprühende Düse 41 so angewendet werden, daß Wassermoleküle durch die Ener gie des elektromagnetischen Feldes, welches durch die Radiofrequenzwellen oder Gleichstrom erzeugt wurde, zer setzt werden, werden praktisch nur die Hydroxidgruppen (nicht Wassermoleküle) an die Oberflächen der zu verbinden den Körper 13 und 14 adsorbiert, und die Belastung für das Evakuierungssystem wird ebenfalls erniedrigt.

3. Ausführungsform

In dieser Ausführungsform, die sich auf Fig. 6 bezieht, ist eine Vorspannungsenergiequelle 50 für Radiofrequenzwellen oder einen Gleichstrom als eine Einrichtung, um die Hydroxidgruppenadsorption zu bewirken, mit dem Kontakthal ter 12 verbunden, durch den eine elektrische Energie von Radiofrequenzwellen oder ein Gleichstrom auf die zu verbin denden Körper 13 und 14, durch den Kontakthalter 12 ange legt. Als ein Ergebnis können, durch ein dadurch erzeugtes elektromagnetisches Feld oder eine Plasmaenergie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde, Wassermo leküle, welche an den Oberflächen der zu verbindenden Kör per 13 und 14 adsorbiert waren, entfernt werden, so daß nur Hydroxidgruppen zurückbleiben (Wassermoleküle-zersetzende Einrichtung).

Da in dieser Ausführungsform, wenn Radiofrequenzwellen oder ein Gleichstrom direkt auf die zu verbindenden Körper 13 und 14 so angewendet werden, daß Wassermoleküle, welche an den Oberflächen der zu verbindenden Körper 13 und 14 adsor biert sind, entfernt werden und nur Hydroxidgruppen zurück bleiben, ist die Vorrichtungskonstruktion sehr einfach und die Kosten zum Verbinden können gesenkt werden.

4. Ausführungsform

In der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Aktivie rung der Oberflächen der Körper durch Adsorbieren von Hy droxidgruppen darauf durchgeführt, bevor die Oberflächen der Körper miteinander in Kontakt gebracht werden. In der vierten Ausführungsform, die sich auf Fig. 7 bezieht, wer den, wenn einmal die zu verbindenden Körper 13 und 14 in Kontakt mit Wassermolekülen gebracht werden, die dazwischen angeordnet sind, die Wassermoleküle entfernt, um das Ver binden durchzuführen. In diesem Fall wird, nachdem Wasser molekülstrahlen aus den Wassermoleküle-sprühenden Düsen 41 auf die Körper 13 und 14 gesprüht wurden, ohne die Wasser moleküle zu entfernen, der Kontakthalter 12 betätigt, um die Oberflächen der Körper miteinander in Kontakt zu brin gen. Die Körper 13 und 14 werden durch die Wassermoleküle verbunden. In diesem Zustand werden Radiofrequenzwellen oder ein Gleichstrom von einer Vorspannungsenergiequelle 50 auf die Körper 13 und 14 angewendet, so daß die Wassermole küle von den Bindungsoberflächen der Körper durch ein dadurch erzeugtes elektromagnetisches Feld entfernt werden, um viele Wasserstoffbrücken zwischen Hydroxidgruppen und Sauerstoffatomen an der Bindungsgrenzfläche zu bilden, und somit eine feste Bindung zwischen den Körpern zu erhalten.

In der vierten Ausführungsform können, da das Verbinden durch anfängliches Adsorbieren von Wassermolekülen und Hydroxidgruppen an die zu verbindenden Körper erhalten wird, in Kontakt-Bringen dieser Körper und Verbinden der Körper mit den Wassermolekülen dazwischen, und dann Anwen den von Radiofrequenzwellen oder Gleichstrom (DC) auf die Körper, um so die Wassermoleküle von der Bindungsgrenzflä che zu zersetzen und zu entfernen, um dadurch Wasserstoff bindungen zwischen den Hydroxidgruppen und Sauerstoffatomen zu bilden, der Schritt des Entfernens von Wassermolekülen zum Stärken der Bindung und der Schritt des Verbindens getrennt werden und nicht nacheinander folgend ausgeführt werden. Dieses erweitert die Auswahlmöglichkeiten beim Ver binden vorzugehen, abhängig von den zu verbindenden Produk ten.

5. Ausführungsform

Als eine Einrichtung zum Bewirken von Hydroxidgruppenad sorption wird, mit Bezug auf Fig. 8, Wasserdampf aus einem Behälter 43 mit reinem Wasser direkt in eine Ionenquelle 21 eingeführt, und wird durch Anwenden einer angemessenen Energie (ca. 50-1000 V Spannung) darauf ionisiert, so daß Hydroxidgruppen chemisch an die Oberflächen der Körper adsorbiert werden. Nach der chemischen Adsorption können die Körper in Kontakt gebracht werden und durch den Kon takthalter 12 in der Unterdruckkammer 11 auf verschiedene Weisen, wie in den anderen Ausführungsformen, verbunden werden. Wenn es weiterhin für die Körper annehmbar ist, erhitzt zu werden, können die Körper in der Unterdruckkam mer 11 auf eine angemessene Temperatur erwärmt werden, nachdem sie miteinander in Kontakt gebracht wurden, so daß überschüssige Wassermoleküle, welche an der Bindungsgrenz fläche existieren, entfernt werden können, um den Kontakt zu verbessern und den Kontaktbereich zu vergrößern.

In dieser Ausführungsform wird zusätzlich zu dem Wasser dampf ein Inertgas, wie z. B. Argon, bei einem angemessenen Partialdruck in die Ionisierungsquelle 21 durch eine Inert gas-Zuführeinrichtung 23 eingeführt, so daß Reinigen der Oberflächen der Körper 13 und 14 und Adsorption von Hydroxidgruppen gleichzeitig durchgeführt werden können, um die Wirksamkeit der Hydroxidgruppenadsorption zu verbes sern. Weiterhin kann, wenn die zu verbindenden Körper 13 und 14 isolierende Materialien, wie z. B. Keramiken sind, ein Glühfaden neben der Ionenausgangsöffnung der Ionen quelle 21 gezündet werden, so daß Ionen durch Elektronen, welche von dem Glühfaden emittiert werden, neutralisiert werden können (sogenannter Neutralisierungsmechanismus), um die Effizienz der Hydroxidgruppenadsorption zu verbessern.

6. Ausführungsform

Alternativ können, nachdem Hydroxidgruppen wie in der oben beschriebenen Weise an die Körper 13 und 14 adsorbiert wur den, die Körper 13 und 14 aus der Unterdruckkammer 11 ent fernt werden und mittels einer Ausrüstung oder Spannvor richtung (jig), wie in Fig. 9A gezeigt, miteinander in Kon takt gebracht werden, und die Körper 13 und 14 können in diesem Kontaktstadium in einer Wärmebehandlungskammer 70 bei einer angemessenen Temperatur für eine vorbestimmte Zeitperiode erwärmt werden, so daß Wassermoleküle, welche an die Bindungsoberflächen adsorbiert waren, entfernt wer den und der Kontakt wird somit verbessert. Diese Wärmebe handlungskammer 70 kann eine Unterdruckkammer 11 sein und das Entfernen der Wassermoleküle von der Bindungsgrenzflä che kann durch irgendein anderes Verfahren durchgeführt werden.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen Aluminium und Sili zium als Materialien der zu verbindenden Körper 13 und 14 benutzt werden, können die Materialien, welche verbunden werden sollen, irgendwelche Materialien sein, die Hydroxid gruppen adsorbieren können. Die Materialien, welche verbun den werden sollen, können irgendwelche Materialien sein, welche eine Affinität zu Sauerstoffatomen haben oder welche eine Oxidschicht an ihrer Oberfläche bilden können.

Wenn weiterhin ein Körper eines harten Materials versehent lich zerbrochen wird, und wenn die gespaltenen Teile (zerbrochene Körper) nicht plastisch deformiert wurden, können die gespaltenen Teile durch die vorliegende Erfin dung direkt verbunden werden, um den Körper zu reparieren, solange wie die zerbrochenen Oberflächen der gespaltenen Teile sich entsprechende komplementäre Oberflächenstruktu ren haben und in engen Kontakt gebracht werden können. Somit kann die vorliegende Erfindung als eine Reparatur technik benutzt werden.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen die Hydroxidgruppen an beide Oberflächen der zu verbindenden Körper 13 und 14 adsorbiert wurden, können Hydroxidgruppen nur an die Ober fläche von einem Körper adsorbiert werden und die Oberflä che des anderen Körpers kann, wenn nötig, nur gereinigt werden, ohne Hydroxidgruppen zu adsorbieren, welches in manchen Fällen dazu ausreicht, das Direktverbinden durch die vorliegende Erfindung zu erreichen.

Das Adsorbieren der Hydroxidgruppen kann im Rahmen der vor liegenden Erfindung nicht nur durch ein elektromagnetisches Feld erreicht werden, sondern ebenfalls durch andere Mit tel, wie z. B. ein Magnetfeld oder Ultraschallwellen. Das Ausmaß des Unterdrucks kann niedriger sein, bis ca. atmo sphärischen Druck (negativer Druck), solange wie es die Vorrichtung erlaubt, die Oberflächen der Körper durch An wendung eines Ionenstrahls oder dergleichen zu reinigen, und eine Adsorption von nur Hydroxidgruppen an die Oberflä chen der Körper und Verbinden unter solch einem Druck, wäh rend eine Verunreinigung vermieden wird, möglich ist. Der Mechanismus zum In-Kontakt-Bringen der Körper kann ein anderer sein, als die oben diskutierten, einschließlich von automatisierten Mechanismen.

Claims

1. Verfahren zum Direktverbinden von zwei Körpern (13, 14) aus wenigstens einem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
einen ersten Schritt des Vorbereitens zweier Körper (13, 14) mit Oberflächen, welche komplementär zueinan der sind und welche miteinander in engen Kontakt treten können, und des Reinigens der Oberflächen der Körper (13, 14) in einer Unterdruckatmosphäre;
einen zweiten Schritt, in dem bewirkt wird, daß die gereinigte Oberfläche wenigstens eines Körpers (13, 14) chemisch Hydroxidgruppen adsorbiert; und
einen dritten Schritt des miteinander In-Kontakt-Brin gens der Oberflächen der Körper (13, 14) und des Ver bindens der Körper (13, 14) mittels Wasserstoffbrücken zwischen den Hydroxidgruppen auf der Oberfläche wenig stens eines Körpers (13, 14) und Sauerstoffatomen, wel che auf der Oberfläche des anderen Körpers (13, 14) vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt durch Ionenätzen oder Zerstäubungs ätzen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der zweite Schritt umfaßt:
einen vierten Schritt des Sprühens von Wassermolekülen auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) unter Unterdruck, um zu bewirken, daß Wassermoleküle und Hydroxidgruppen an wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) adsorbieren; und
einen fünften Schritt, in welchem Energie auf wenig stens eine Oberfläche der Körper (13, 14) angewendet wird, wobei die Energie nur so hoch wie nötig ist, um die Wassermoleküle von wenigstens einer Oberfläche der Körper (13, 14) zu entfernen, so daß Hydroxidgruppen auf wenigstens einer Oberfläche der Körper (13, 14) zurückbleiben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt durch Anwenden von Plasmastrahlen (36) oder Mikrowellen auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt durch Anwenden von Radiofrequenzwel len oder Gleichspannung auf wenigstens einen Körper (13, 14) durchgeführt wird, um so die Wassermoleküle von wenigsten einer Oberfläche der Körper (13, 14) durch die Wirkung eines elektromagnetischen Feldes, welches durch die Radiofrequenzwellen oder die Gleich spannung erzeugt wurde, derart zu zersetzen und zu ent fernen, daß die Hydroxidgruppen auf wenigstens einer Oberfläche der Körper (13, 14) zurückbleiben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt umfaßt:
Bilden eines Plasmastrahls (36), umfassend Ionen aus einem Inertgas, um Plasma zu bilden, und wenigstens ein wasserstoffhaltiges reaktives Gas; und
Anwenden des Plasmastrahls (36) auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14), um zu bewirken, daß wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) Hydroxidgruppen adsorbiert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt umfaßt:
Anwenden von Radiofrequenzwellen oder eines Gleich stroms auf Wassermoleküle, um die Wassermoleküle durch ein dadurch erzeugtes elektromagnetisches Feld oder eine Plasmaenergie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde, zu Hydroxidgruppen zu zersetzen, und Sprühen der gebildeten Hydroxidgruppen auf wenig stens eine Oberfläche der Körper (13, 14), um die gebildeten Hydroxidgruppen durch wenigstens eine Ober fläche der Körper (13, 14) zu adsorbieren.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten und dritten Schritte umfassen:
Anwenden von Wassermolekülen auf wenigstens eine Ober fläche der Körper (13, 14) unter Unterdruck, um zu bewirken, daß die Wassermoleküle an wenigstens einer Oberfläche der Körper (13, 14) adsorbiert werden; dann
Miteinander In-Kontakt-Bringen der Oberflächen der Kör per (13, 14) mit den Wassermolekülen, die zwischen den Oberflächen der Körper (13, 14) vorhanden sind; und dann
Anwenden einer Radiofrequenz oder eines Gleichstroms auf die Körper (13, 14), um die Wassermoleküle von den Oberflächen der Körper (13, 14) durch die Wirkung eines dadurch erzeugten elektromagnetischen Feldes zu entfer nen, um dadurch die Körper (13, 14) zu verbinden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (13, 14) Oberflächen haben, welche vorausgehend hochglanzpoliert wurden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (13, 14) Oberflächen haben, welche ohne plastische Deformation von einem Körper (13, 14) abgespalten sind, und welche komplemen tär zueinander sind und miteinander in engen Kontakt treten können.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt umfaßt:
Einführen von Wasserdampf in die Unterdruckatmosphäre, Ionisieren des Wasserdampfs und Sprühen des ionisierten Wasserdampfs auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14), um dadurch zu bewirken, daß die Hydroxidgrup pen an wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) adsorbiert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schritt umfaßt:
Miteinander In-Kontakt-Bringen der Oberflächen der Kör per (13, 14), mittels einer Kontaktierausrüstung, nach dem zweiten Schritt; und
Erwärmen der Körper (13, 14) in einer Wärmebehandlungs kammer (70) bei einer vorbestimmten Temperatur für eine vorbestimmte Zeitperiode, um Wassermoleküle, welche zwischen den sich berührenden Oberflächen der Körper (13, 14) vorhanden sind, zu entfernen.

13. Vorrichtung zum Direktverbinden von zwei Körpern (13, 14) aus wenigstens einem Material, umfassend:
eine Unterdruckkammer (11);
eine erste Einrichtung (12; 12′; 60) zum Halten von zwei Körpern (13, 14), welche verbunden werden sollen, während die Oberflächen der Körper (13, 14) exponiert sind, und zum miteinander In-Kontakt-Bringen, in einem nachfolgenden Schritt, der Oberflächen der Körper (13, 14) in der Unterdruckkammer (11);
eine zweite Einrichtung, um zu bewirken, daß die Ober flächen der Körper (13, 14) in der Unterdruckkammer (11) Hydroxidgruppen adsorbieren; und
eine dritte Einrichtung zum Bedienen der ersten Ein richtung (12; 12′; 60), um die Oberflächen der Körper (13, 14) in der Unterdruckkammer (11) miteinander in Kontakt zu bringen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:
eine Einrichtung zum Sprühen von Wassermolekülen auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14); und
eine Einrichtung zum Anwenden eines Strahls von Inert gasplasma, welches durch Mikrowellen erzeugt wurde, auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14).

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:
eine Einrichtung (31) zum Erzeugen von Plasma aus einem Inertgas und Anwenden eines Strahls des erzeugten Plas mas auf wenigstens eine der Oberflächen der Körper (13, 14); und
eine Einrichtung (34, 35) zum Einführen von wenigstens einem reaktiven Gas, einschließlich Wasserstoff, zu der plasmaerzeugenden Einrichtung (31), um den Plasmastrahl (36) zu erzeugen, welcher Ionen wenigstens eines Gases umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:
eine Einrichtung zum Sprühen von Wassermolekülen auf wenigstens eine der Oberflächen der Körper (13, 14); und
eine Einrichtung zum Anwenden von Radiofrequenzwellen oder eines Gleichstroms auf die Sprüheinrichtung für die Wassermoleküle, um so die Wassermoleküle durch ein elektromagnetisches Feld der Radiofrequenzwellen oder des Gleichstroms oder durch eine Plasmaenergie, welche durch das elektromagnetische Feld erzeugt wurde, zu Hydroxidgruppen zu zersetzen, und zum Sprühen der gebildeten Hydroxidgruppen aus einer Düse (41) der Sprüheinrichtung, auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14).

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:
eine Einrichtung zum Sprühen von Wassermolekülen auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14); und
eine Einrichtung, um Radiofrequenzwellen oder Gleich strom durch die erste Einrichtung auf die Körper (13, 14) anzuwenden, um so die Wassermoleküle auf wenigstens einer Oberfläche der Körper (13, 14) zu zersetzen und zu entfernen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:
ein Behälter (43) mit reinem Wasser, aus dem Wasser dampf in die Unterdruckkammer (11) eingeführt wird; und
eine Einrichtung zum Ionisieren des Wasserdampfs und Sprühen des ionisierten Wasserdampfs auf wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14), so daß Hydroxid gruppen an wenigstens eine Oberfläche der Körper (13, 14) adsorbiert werden.