[发明专利]用于结合两个基板的装置和方法

说明书

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。

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。