用于预固定衬底的方法和装置与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的方法和一种根据权利要求10的装置。

背景技术：

在文献us6563133b1和us7332410b2中公开了在室温下在没有外部力应用的情况下接合无氧化物衬底对。在此，通过等离子体处理或离子注入，通过用由硼或砷离子构成的半非晶层处理表面的方式而改质衬底表面。在常压下进行全表面接触之后，衬底对保留在低度真空氛围中。在室温下，实现大约400mj/m²的结合能。为了产生永久接合，随后还在高达400℃下进行退火步骤。衬底限于半导体，诸如si、ingaas、gaas、ge和sic。

文献ep2672509a1示出一种具有预处理单元和接合单元的集群系统。在此，应该制造在无高真空的情况下容许具有足够接合力的接合的接合表面。

文献us2006/0132544a1描述对具有胶粘层的复合膜的黏附(英文为“tacking(黏合)”)或预固定。通过激光加热胶粘剂层的部分区域且由此实现黏附。

文献us5686226使用局部施加的树脂胶粘剂来通过借助uv辐射硬化(聚合)胶粘剂而将(产品)衬底彼此黏附。

特别是，在现有技术中，衬底或衬底堆的输送已经引起很大的问题，因为一方面衬底不应受损害且另一方面衬底的可能定向不应改变。另外，应该在尽可能小的空间上进行输送。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是说明一种方法和装置，特别是用所述方法和装置，经定向的衬底的输送得以改进。另外，应该提高接合质量，且产生较少废料。此外，应该改进灵活性，且减小过程时间。

用权利要求1和10的特征解决所述任务。在从属权利要求中说明本发明的有利的改进方案。在说明书、权利要求和/或附图中说明的特征的至少两个的全部组合也落入本发明的范围内。在所说明的值范围内，在所提及的边界之内的值也应该适用作为边界值公开并且可以以任意组合来要求保护。

本发明的基本理念是处理衬底，其中在至少一个表面区域中预处理(特别是非晶化)衬底的至少一个衬底表面，且定向该衬底且接着使其在经预处理的表面区域上接触且预固定。优选地在同一、特别是在定向和接触期间不中断的真空加载的模块室(预固定模块)中进行定向和接触以及预固定。

根据本发明的一种有利的实施方式，接着接合衬底，特别是不中断模块室中的真空。在优选的高真空环境(特别是<10e^-7mbar、优选<10e^-8mbar)中，特别是在室温下，经抛光和/或经预处理的衬底表面通过在无额外压力(或至少仅很低压力)的情况下的纯接触而自发地且共价地接合。关于预处理，参考文献pct/ep2014/063303。

根据本发明的方法、由此导出的装置和由此制造的对象使用预处理效应，特别是以便将衬底对预固定在调整单元(特别是在接合室外部的定向装置)中，而在此并未使用高接触力和/或高温，如其在全表面永久接合的情况下所必需的那样。优选地，衬底仅在几个少量的点或部分面(表面区域)处预固定或暂时接合。

在后续接合步骤中(在接合模块的接合室中)才施加具有均匀表面负载的较高的力。此过程可通过额外温度输入支持。

预处理特别是在特别是能够通过闸而与预固定模块和/或接合模块分离的预处理模块中进行。在该预处理模块中，产生衬底(半导体材料、氧化物或诸如al、cu的抛光金属、玻璃、陶瓷)的非晶化衬底表面。衬底被活化，并且在两个衬底接触时能够实现高比例的微接触面接触。由此，在低温下，特别是在室温下可形成自发共价接合。接触优选地在高真空下进行。

预固定特别是通过特别是来自背对待接触的衬底表面的一侧的局部能量输入来实现。

为了实现部分面中自发接合的等效压力且预固定(黏附或“黏合”)衬底(特别是晶圆)，优选地进行能量、特别是力和/或热的局部施加。衬底局部地、特别是利用一个或多个压力模来施加，且因此局部地预固定。特别是三轴调整单元优选地仅针对部分施加的所产生的力来设计，使得所述调整单元是较不昂贵的且因此是成本更低廉的。

在所施加表面区域上产生足够强的特别是共价接合(预固定)，以便将经预固定的衬底对传送到接合室中。在那里，利用可选的加热进行整面的压力施加以便永久接合。

预固定的接合强度特别是如此强使得衬底在输送期间保持其相互定向。

对于操作、特别是自定向模块或预固定模块输送至接合模块或其他处理模块，特别是可以放弃衬底堆的两个固持侧(与衬底表面相背离的侧)上或两个固持侧之一上的容纳装置(衬底固持器或卡盘)。

在本发明的改进方案中，规定衬底表面的至少一个、优选全部具有小于20nm的平均粗糙度ra，优选地小于1nm的平均粗糙度ra。对于具有小于20nm的平均粗糙度ra的全部经抛光的表面(如特别是，铝、铜、氧化物、半导体材料和玻璃)，在调整单元中通过力的局部输入的预固定是可能的。

根据本发明的方法的一种实施方式特别是具有以下步骤：

1)特别是通过闸将衬底或衬底对引入到高真空环境中，且将所述衬底中的至少一个传送(特别是借助机械臂)到预处理模块的预处理室中，

2)预处理所述衬底中的至少一个，以便所述衬底适合于自发的室温接合，

3)传送(特别是借助机械臂)至调整装置/定向装置/预固定模块(第一模块室)，

4)在定向装置中将两个衬底彼此定向，

5)使两个衬底接触且局部施加能量、特别是一个或多个局部表面负载；由此，进行预固定使得衬底的定向相对于彼此固定。替代地，也可以整面地进行预固定，

6)将经预固定的衬底堆传送(特别是借助机械臂)到接合模块(第二模块室)中，

7)部分或(优选)整面施加接合力且可选地加热以用于连接的进一步强化，和

8)从高真空环境中提取经接合的衬底。

根据本发明的一种实施方式，在步骤5之后，必要时可以多次重复方法，以便在接合之前将另外的衬底添加至衬底堆。

根据本发明的方法优选地在可通过闸关闭的高真空、优选超高真空环境中应用。特别是可额外加载压力的模块被布置在高真空环境内。

根据本发明的一个方面，将(精密)定向与在接合中进行的高力输入和必要时高温分离。设计的优点由此产生，所述优点导致成本节省。若有可能，沿着z轴的大于1kn的力已经会使用于特别是在高真空下沿着x轴和y轴在亚μm范围内进行调整的精密机构极其昂贵。因此，例如在高真空下不容许润滑剂，且还不容许空气轴承。滚动和滑动轴承引起由于摩擦力而产生的粒子或还有高的背隙。另外，沿z轴引入高的力导致以下高的风险，即负面影响x-y定向和因此定向准确度。

另一优点是最佳生产率。因此，例如在一个设备中，可以选择预固定装置和接合模块的数目，使得确保相应工艺的最佳生产能力。特别是，在所需温度输入和相关联的加热和冷却时间下优选的是，用一个预固定单元服务多个接合模块。

本发明的另一优点是预固定单元的模块化和因此可改造性。利用在调整单元中用预固定装置所预固定/黏附的局部预接合的衬底，可通过添加根据本发明的预固定单元来改造高真空设备。

平均粗糙度或算术平均粗糙度ra描述技术表面的粗糙度。为了确定该测量值，扫描所定义的测量区段上的表面且记录粗糙表面的全部高度和深度差。在计算测量区段上的该粗糙度变化的特定积分之后，随后将该结果除以测量区段的长度。粗糙度值的范围从在具有可觉察的槽的非常粗糙表面的情况下的25μm，直至对于抛光表面的<20nm。

衬底的有利材料组合是具有抛光的或可抛光的表面的全部材料的组合，所述表面优选地具有小于20nm的平均粗糙度ra。以下材料或材料组合是优选的：

-半导体材料，特别是si、inp、gaas、半导体合金、iii-v和ii-iv化合物，

-金属，特别是cu、al，

-氧化物，特别是sio2或半导体材料的其他氧化物或具有氧化表面的半导体晶圆，

-氮化物，特别是sinx，

-玻璃，

-玻璃陶瓷，特别是微晶玻璃^®，

-陶瓷。

特别是，本发明限于抛光表面，所述抛光表面容许针对共价接合的预处理。所述抛光表面优选地为具有小于20nm的平均粗糙度ra、更优选具有小于1nm的ra(用原子力显微镜(英文为atomicforcemicroscope，afm)在2x2μm²场上测量)的表面。局部能量输入或力输入特别是大的，以便充分同等化微粗糙度，以便建立高比例的作用于衬底之间的表面分子上的结合能。在原子层面上，两个衬底的表面的平均距离越小，则附着力越大。因此，附着力取决于衬底的待接触的表面的粗糙度。

可通过等离子体处理来预处理衬底表面，其中衬底表面的微粗糙度(拓朴结构)改变。当达到最佳表面粗糙度时，可实现最大接合能。

本发明的一种实施方式或改进方案的特别是关于预处理的子方面在pct/ep2014/063303中公开，且对该公开内容进行参考。pct/ep2014/063303描述一种用于衬底的表面处理的方法和装置。pct/ep2014/063303的基本理念在于，在待接合的衬底表面处产生主要经非晶化的层。特别是在相对低的温度的情况下，衬底表面的非晶化导致更佳的接合结果。优选地同时进行用于氧化物移除的表面清洁和非晶化。pct/ep2014/063303特别是涉及一种用于永久接合两个衬底的方法，在接合之前如下面描述那样处理所述衬底中的至少一个、优选地两个。在接合过程之前，非晶化两个衬底中的两个或至少一个的表面区域、特别是接触侧(优选地整面)。通过非晶化产生纳米厚的层，在该层中待接合的表面(接触侧)的至少一个表面的原子无规则地布置。特别是在相对低的温度的情况下，所述无规则的布置导致更佳的接合结果。为了产生根据本发明的接合，特别是执行对表面(至少接触侧)的清洁，特别是用于释放氧化物。优选地，同时、还更佳通过同一处理进行清洁和非晶化。本发明的一个主要的根据本发明的方面特别是使用低能粒子(特别是离子)，其能量是相对低的，但足以引起根据本发明描述的非晶化。

从衬底表面移除氧化物有利于最佳的接合过程和具有相应高的接合强度的衬底堆。这尤其适用于所有材料，在所述所有材料的情况下含氧氛围形成不期望的、原生氧化物。这不一定适用于刻意产生的氧衬底表面(诸如氧化硅)。特别是，根据本发明，优选地至少主要、还更优选专门移除破坏性的、不必要的和/或原生的、特别是金属氧化物。优选地，在接合过程之前，很大程度上地(特别是完全)移除上述氧化物，以便不嵌入到接合界面(两个衬底的接触面)中。这样的氧化物的嵌入将导致机械不稳定和很低的接合强度。通过物理或化学方法进行氧化物的移除。在根据本发明的一种尤其优选的实施方式中，用实施预处理所用的相同预处理装置进行不期望的氧化物的移除。由此，特别是在最佳情况下，可同时执行以下各项：

●氧化物移除

●表面平滑化

●非晶化。

在根据本发明的替代实施方式中，氧化物移除未在相同设备中进行。在此，特别是必须确保在两个设备之间传送衬底时不发生衬底表面的重新氧化。

在半导体工业中，将衬底彼此连接的不同接合技术自从多年前就已使用。连接过程称为接合。在暂时接合方法与永久接合方法之间进行区分。

在暂时接合方法中，将产品衬底与载体衬底接合，使得该接合在处理之后可再次解除。借助暂时接合方法，可机械地稳定产品衬底。机械稳定化确保：产品衬底可以被操作而不弯曲、变形或折断。特别是在背薄工艺期间和之后，通过载体衬底的稳定化是必要的。背薄工艺容许将产品衬底厚度减小到几微米。

在永久接合方法中，两个衬底持续地、即永久地接合。永久接合也允许制造多层结构(两个以上衬底)。所述多层结构可由相同或不同材料构成。存在不同永久接合方法。

阳极接合的永久接合方法特别是用以将含离子的衬底永久地彼此连接。优选地，两个衬底之一是玻璃衬底。第二衬底优选地为硅衬底。在阳极接合中，沿待彼此接合的两个衬底施加电场。该电场产生于两个电极之间，所述两个电极优选地接触衬底的两个表面。电场产生玻璃衬底中的离子输送且形成两个衬底之间的空间电荷区。空间电荷区引起两个衬底的表面的强吸引，两个衬底在靠近之后彼此接触且因此形成永久连接。因此，接合过程主要基于两个表面的接触面的最大化。

另一永久接合方法是共晶接合。在共晶接合中，产生具有共晶浓度的合金，或共晶浓度在工艺、特别是热处理期间出现。通过超过共晶温度(一种温度，在该温度下共晶体的液相与固相处于平衡)，共晶体完全熔融。共晶浓度的所产生的液相将仍未液化的区域的表面湿润。在固化过程中，液相固化成共晶体且形成两个衬底之间的连接层。

另一永久接合方法是熔合接合。在熔合接合中，两个平坦的、纯衬底表面通过接触而接合。在第一步骤中，进行两个衬底的接触，其中两个衬底的固定通过范德华力而发生。该固定称为预接合或预固定(英文：pre-bond)。预接合的接合力允许建立预固定，该预固定足够强以将衬底牢固接合，使得只有在显著的力消耗的情况下，特别是通过施加剪力的相互位移才是可能的。特别是通过施加法向力，两个衬底优选地可相对容易地彼此再次分离。为了产生永久的熔合接合，衬底堆经受热处理。热处理导致形成两个衬底的表面之间的共价连接。这样的所产生的永久接合只剩下通过施加伴随衬底破坏的大力是可能的。

若接合的衬底利用功能单元(特别是微芯片、mems、传感器和led)装配，则优选地在低温(特别是小于200℃)下、优选地在室温下预固定和/或接合。优选地选择在功能单元的温度敏感界限下的温度。特别是，微芯片具有相对强的掺杂。在提高的温度下，掺杂元素具有提高的扩散能力，其可导致衬底中的掺杂物的不期望的、不利的分布。通过此措施，可最小化热应力。此外，缩短用于加热和冷却的工艺时间。另外，减小由不同材料构成、特别是还具有不同热膨胀系数的不同衬底区域的位移。

在对此的改进方案中，特别是在不使用亲氧表面、特别是金属表面的条件下，进行用于清洁且活化衬底表面的等离子体处理以便能够在低温下接合。而形成二氧化硅层的单晶硅是优选的。二氧化硅层极其适于接合。

在现有技术中，存在用于在较低温度下直接接合的多种方案。pct/ep2013/064239中的方案在于施加在接合工艺期间和/或之后在衬底材料中被去除的牺牲层。pct/ep2011/064874中的另一方案描述通过相转变建立永久连接。所提及的文献特别是涉及金属表面，其更容易经由金属键而非共价键接合。在pct/ep2014/056545中，描述硅的通过表面清洁的优化的直接接合过程。所提及的方法可与本发明组合，且就这点而言，对上述文献的公开内容进行参考。

根据本发明的一种有利实施方式，特别是相同类型的物质或材料应该彼此连接(接合)。类型相似性确保衬底表面的接触面(接合界面)处存在相同的物理和化学特性。这对于以下连接是特别重要的，应该通过所述连接传导电流，所述连接应该具有轻微的腐蚀倾向和/或相同的机械特性。相同类型的优选的物质是：

●铜-铜

●铝-铝

●钨-钨

●硅-硅

●氧化硅-氧化硅。

本发明的另一方面特别是在于充分利用不同材料(特别是金属和/或氧化物)的性能以在外部影响(特别是温度和/或压力)下连接，以便获得衬底之间的局部的(特别是局部强烈限制的)预固定。这也称为“黏合”。根据本发明的方法优选地用于具有非晶化层的衬底。在此，非晶化层可通过化学和/或物理沉积工艺施加在衬底表面上或在衬底表面上直接产生。本发明的一个特别独立的方面在于，非晶化层并非通过借助物理和/或化学工艺施加的材料产生，而是通过衬底材料的相转变来产生。由此，可完全放弃特别是不期望的或有害的材料的沉积。

在下文中，公开了根据本发明的方法步骤的其他实施方式：

衬底表面的预处理

本发明特别是涉及一种用于黏合至少两个衬底的方法，在黏合之前，如下文描述那样处理所述衬底中的至少一个、优选两个。

在接合过程之前，非晶化两个衬底或两个衬底中的至少一个的表面区域、特别是接触侧(优选地整面)。根据本发明，还可进行对特别是彼此分离且小于衬底表面的表面区域的非晶化。

通过非晶化产生几纳米厚的层，在该层中原子无规则地布置。特别是在相对低的温度的情况下，所述无规则的布置导致更佳的接合结果。

为了产生根据本发明的接合和/或预固定，特别是执行对衬底表面(至少接触侧)的清洁以便特别是释放氧化物。优选地，同时、还更优选地通过同一处理进行清洁和非晶化。

本发明的另一方面特别是使用低能粒子(特别是离子)，调节所述粒子的在撞击到衬底表面上时的能量，以便引起根据本发明描述的非晶化。

优选地执行用于从衬底表面移除氧化物的步骤。这尤其适用于其中含氧氛围形成原生氧化物的材料，但不适用于根据本发明产生的氧衬底表面，如特别是氧化硅。特别是，根据本发明、优选地至少主要、还更优选地专门移除有害、不必要的和/或原生的、特别是金属的氧化物。优选地，在接合过程之前在很大程度上(特别是完全)移除上述氧化物，以不嵌入到接合界面(两个衬底的接触面)中。这样的氧化物的嵌入将导致机械不稳定和极低的接合强度。特别是通过物理或化学方法进行氧化物的移除。在根据本发明的一种尤其优选的实施方式中，用执行衬底的预处理所用的相同预处理模块进行不期望的氧化物的移除。由此，特别是在最佳情况下，可同时执行：氧化物移除、表面平滑化和/或非晶化。在根据本发明的替代实施方式中，氧化物移除未在相同设备中进行。在此，特别是必须确保在两个设备之间传送衬底时不发生衬底表面的重新氧化。这可以通过以下方式保证，即在氧化物移除、输送和预处理直至接合期间不中断高真空。

换言之，根据本发明的理念特别是在于通过经由非晶化提高两个衬底表面之间的接合强度来实现有效的(特别是局部限制的)预固定。在此，非晶化解决多个问题：

根据本发明的非晶化特别是引起衬底表面的平坦化。平坦化因此特别是在非晶化期间发生，特别是除了在接合过程期间通过力作用而提供的平坦化之外。

另外，非晶化确保界面上的材料的较高的可移动性。由此，可更佳地补偿可能的残余粗糙度。特别是，衬底表面之间的剩余间隙可闭合。

特别是，通过非晶化产生衬底表面(接合界面)处的热力学亚稳状态。

在另一工艺步骤中(特别是在待接合的表面接触之后)，该亚稳状态导致非晶层的部分区域(反)转变为结晶状态。在理想情况下，实现对非晶层的完全转变。在非晶层的接触和随后热处理之后所得的层厚度特别是大于零。

根据本发明的另一理念特别是在于特别是通过粒子轰击产生由衬底的现有基本材料构成的非晶层。优选地，在接合衬底之前，未施加材料到待接触的衬底表面上。因为优选地仅在几个少量的点处进行对衬底的预固定，所以根据本发明的另一理念在于仅在针对预固定设置的点处执行非晶化。若在一后续工艺步骤中整面接合根据本发明通过黏合预固定的衬底，则优选完全的非晶化。

根据本发明的方法特别是允许建立两个衬底表面的完全的和/或局部的和/或整面的、特别是类型单一的接触，根据本发明非晶化所述两个衬底表面中的至少一个、优选地两个。

根据本发明的方法特别是用于建立两个、优选不同的衬底表面的完全的和/或整面的和/或类型不单一的接触。

特别是，以下材料可以以任意组合（优选分别相同的材料）彼此预固定：

●金属，特别是cu、ag、au、al、fe、ni、co、pt、w、cr、pb、ti、te、sn和/或zn，

●合金

●(具有相应掺杂的)半导体，特别是

○元素半导体，优选地si、ge、se、te、b和/或α-sn，

○化合物半导体，特别是gaas、gan、inp、inxga1-xn、insb、inas、gasb、aln、inn、gap、bete、zno、cuingase2、zns、znse、znte、cds、cdse、cdte、hg(1-x)cd(x)te、bese、hgs、alxga1-xas、gas、gase、gate、ins、inse、inte、cuinse²、cuins²、cuingas²、sic和/或sige，

●有机半导体，特别是黄烷士酮、紫环酮、alq3、紫环酮、稠四苯、喹吖啶酮、稠五苯、酞青素、聚噻吩、ptcda、meptcdi、吖啶酮和/或阴丹士林。

换言之，本发明特别是涉及一种用于特别是局部限制的直接接合的方法。在此，本发明优选地基于在接合过程或预固定之前非晶化衬底的至少一个(特别是在接触侧上布置的)表面或表面的部分区域的理念。非晶化优选地不通过在衬底表面上沉积材料（该材料在给定沉积参数下以非晶方式再升华或冷凝在衬底表面上），而是特别是通过衬底表面上的非晶层的更改、成形和/或相转变来进行。这特别是通过用粒子轰击(特别是离子轰击，最优选用低能离子轰击)引入动能而实现。

所形成的非晶层的至少部分非晶结构特别是被理解为相混合，其至少由非晶相和结晶相构成。

非晶相与总体积之间的体积比应称为非晶化程度。根据本发明，非晶化程度特别是大于10%、优选地大于25%、还更优选大于50%、最优选大于75%，极致最优选地大于99%。

优选地通过选择非晶化期间的工艺参数、温度、压力、离子能量和/或离子电流密度，而使非晶化特别是限于彼此待接合的衬底的靠近表面的区域。特别是，衬底的材料在此除了根据本发明非晶化的层之外至少主要、优选地完全保持结晶。在根据本发明的第一实施方式中，仅非晶化第一衬底的衬底表面或衬底表面的一部分。紧接在根据本发明的产生之后，衬底表面中的非晶层的厚度d特别是小于100nm、优选地小于50nm、还更优选地小于10nm、最优选地小于5nm、极致最优选地小于2nm。

根据一种根据本发明的改进方案，非晶化第一衬底的衬底表面和第二衬底的衬底表面或非晶化所述衬底表面的部分区域。在根据本发明的一个特殊实施方式中，在相同设备中、特别是同时进行对两个衬底表面的非晶化，以便在相同工艺参数下产生相同的非晶层。所产生的非晶层优选地具有相同厚度：第一衬底的第一非晶层的d1和第二衬底的第二非晶层的d2。特别是同时产生的两个非晶层的厚度的比d1/d2是0.6<d1/d2<1.4、优选地0.7<d1/d2<1.3、还更优选地0.8<d1/d2<1.2、最优选地0.9<d1/d2<1.1、极致最优选地0.99<d1/d2<1.01。

在非晶化之前、期间和之后，衬底表面或衬底表面的根据本发明处理的部分区域具有小的、但特别是不可忽略不计的粗糙度。在一个优选的实施方式中，衬底表面的或衬底表面的根据本发明处理的部分区域的粗糙度在非晶化期间降低且在非晶化之后具有最小值。该粗糙度或者作为平均粗糙度、二次粗糙度或者作为平均的粗糙深度来说明。一般而言，对于相同测量区段或测量面，平均粗糙度、二次粗糙度和平均的粗糙深度的所确定的值不同，但位于相同数量级范围内。用（专业人员已知的）测量设备之一，特别是用表面亮度仪和/或原子力显微镜(afm)进行对表面粗糙度的测量。在此，测量面特别是2μmx2μm。因此，将粗糙度的以下数值范围或者理解为平均粗糙度、二次粗糙度的值或者理解为平均的粗糙深度的值。根据本发明，在非晶化之前，衬底表面的或衬底表面的根据本发明处理的部分区域的粗糙度特别是小于20nm、优选地小于10nm、还更优选地小于8nm、最优选地小于4nm、极致最优选地小于1nm。在非晶化之后，衬底表面的或衬底表面的根据本发明处理的部分区域的粗糙度特别是小于10nm、优选地小于8nm、还更优选地小于6nm、最优选地小于4nm、极致最优选地小于1nm。

衬底的整个表面f与经清洁和/或经非晶化的表面f之间的比称为纯度r。在根据本发明的接合过程之前，纯度特别是大于0、优选地大于0.001、还更优选地大于0.01、最优选地大于0.1、极致最优选地为1。纯度r特别是也对应于经黏合的部分区域的面积f’与整个表面f的面积之间的比。

清洁和/或非晶化优选地发生在优选构造为真空室的预处理模块中。真空室可抽空到特别是小于1bar、优选地小于1mbar、还更优选地小于10^-3mbar、最优选地小于10^-5mbar、极致最优选地小于10^-8mbar。特别是，在使用离子进行非晶化之前，优选地将真空室抽真空到前述压力上，还更优选地完全抽真空。特别是，工艺室中的氧比例和特别是还有湿气比例(水含量)强烈降低，使得衬底表面的重新氧化是不可能的。

离子化工艺特别是在pct/ep2014/063303中予以描述，在此方面对该案进行参考。入射角的精确选择允许对移除速率和因此表面粗糙度的控制。特别是选择入射角，使得针对期望的结果最大化非晶化、污物(特别是氧化物)的移除和表面平滑化。最大化特别是理解为污物(特别是氧化物)的完全移除、表面的又进一步的(特别是完全的)平滑化(即粗糙度值降低到零)以及经最优非晶化的层。气体或气体混合物和参数(如粒子的动能、离子束的入射角、电流密度和处理时长)在pct/ep2014/063303中予以描述。

定向/调整和预固定/黏合

在两个衬底表面中的至少一个的预处理(非晶化和/或清洁)之后，特别是在定向模块中进行两个衬底彼此的定向。优选地，通过调整或定向设备(英文：aligner(定向器))特别是借助衬底上的定向标记来进行定向。铺设/接触衬底的时刻尤为关键，因为定向误差累加和/或不再能够容易校正。这导致相当多的废料。根据本发明，因此特别是力求小于100μm、特别是小于10μm、优选地小于1μm、以最大优选地小于100nm、最优选地小于10nm的调整准确度或偏移。

黏合特别是在相同模块(即在定向模块中)进行，在该定向模块中还发生/已发生相应衬底的定向。在一个替代实施方式中，黏合也可在单独的预固定模块中进行。借助适于将两个衬底至少局部彼此连接的预固定单元执行黏合。优选地，整个面或优选地一个(或多个)部分面加载预设的(小)力和/或能量输入来进行预固定。于是，由此产生对于预固定足够的接合强度。优选地，不通过预固定来实现衬底之间的完全的接合强度。接合强度优选地被调节成，使得衬底在输送期间固定。

根据第一实施方式，仅衬底的部分面与第二衬底接触。这特别是通过力的局部施加来实现，以便在部分面处实现用于自发接合的等效压力来预固定衬底。自发接合依赖于表面类型(材料、粗糙度等)且依赖于表面预处理(抛光、化学清洁等)。当接合波在无外部作用(诸如压力)的情况下、即自动地传播时，接合称为自发的。因此，以预给定的定向准确度固定定向，而在此未使用用于整面接合的不利的必要的高的接触力或温度。

在第二实施例中，整面地黏合，且相对于整个衬底表面通过还更低的接合力实现相应接合。接合强度特别是足以在输送期间固定衬底。在此，原则上适用：接合强度是粗糙度、非晶化程度和非晶层的厚度以及所施加的力的函数。

在一种根据本发明的实施方式中，预固定单元是能够将热局部地、特别是脉冲地引入接触面上的装置。为了产生热，可使用特别是电场、磁场或电磁辐射，优选地激光。

在本发明的改进方案中，预固定单元被构造为电极。该电极经由待彼此连接的两个衬底与反电极(特别是板或相应样品固持器的部分)电容耦合。电极优选地具有尽可能逐渐变尖的电极尖端，以便增加电场强度。电场强度特别是大于0.01v/m、优选地大于1v/m、还更优选地大于100v/m、最优选地大于10000v/m、极致最优选地大于1mv/m。在一种相当特别优选的实施方式中，电极负载有交变电压。交变电压的频率特别是大于10hz、优选地大于1000hz、还更优选地大于100000hz、最优选地大于10mhz。当衬底特别是主要由介电材料构成时，交变电压特别是适于根据本发明的点状黏合，该介电材料是对直流电压的通过电流的障碍。在至少部分存在的金属层的情况下，通过根据本发明使用交变电压进行通过所谓的集肤效应的加热。

在一个替代的改进方案中，预固定单元被构造为用于产生电磁辐射的设备，优选被构造为激光器。激光特别是具有负责衬底堆中至少一种材料的最优加热的波长。该波长优选地处于1nm与1mm之间、还更优选地在200nm与1mm之间、还更优选地在400nm与1mm之间、最优选地在600nm与1mm之间、极致最优选地在800nm与1mm之间的范围内。因此，激光优选地为红外激光。激光束的直径特别是小于10mm、优选地小于5mm、还更优选地小于2mm、最优选地小于1mm、极致最优选地小于0.5mm。激光功率特别是大于10w、优选地大于100w、还更优选地大于1000w、最优选地大于0.01mw。

在另一替代实施方式中，预固定单元具有微波源，特别是增幅管、磁控管、稳频管、返波管（carznotron）或调速管。微波源的微波由光学元件(特别是波导、还更优选地中空波导)引导(特别是聚焦)到衬底的待黏合的部位上，而优选地不加载衬底的不应黏合的部位。当用残余湿气(特别是水的单原子层)使衬底表面湿润时，使用微波源是尤其优选的。通过用微波的有针对性的局部照射，衬底表面借助水强烈加热，使得通过氧桥建立衬底表面(特别是硅和/或二氧化硅表面)的永久连接。由波导(特别是中空波导)聚焦的微波束的直径特别是小于10mm、优选地小于5mm、还更优选地小于2mm、最优选地小于1mm、极致最优选地小于0.5mm。微波源功率优选地大于10w、优选地大于100w、还更优选地大于1000w、最优选地大于0.01mw。

在另一种根据本发明的实施方式中，预固定单元构造为压力装置，该压力装置被构造成将一个或多个局部表面负载加诸于衬底上。特别是通过压力模引入表面负载。在衬底的背对接合侧的压力侧上的压力模的压力面特别是介于0.5mm²与1000mm²之间、优选地介于0.5mm²与500mm²之间、还更优选地介于1mm²与100mm²之间、最优选地介于4mm²与100mm²之间的范围内。利用压力模传送/可传送的压力特别是介于0.1n/cm²与1000n/cm²之间、优选地介于1n/cm²与600n/cm²之间、还更优选地介于1n/cm²与400n/cm²之间。通过压力模加载到衬底上的压力或力进行控制。用于预固定的部分面的大小取决于用于预固定的所定义或预设的接合强度。该接合强度(特别是对于200mm-si晶圆)大于0.1j/m²、优选地大于0.2j/m²、还更优选地大于0.5j/m²、最优选地大于1j/m²、极致最优选地大于1.5j/m²。

优选地，两个衬底固持器之一具有切口或缺口，以便压力模可直接作用于衬底上。该工艺利用压力模(优选地在衬底中心)或者替代地利用多个压力模执行。在利用一个或多个压力模加载的部分面上，产生共价接合，该共价接合足够强以将经黏合的衬底对传送到接合室中，以用于最后整面的压力加载和必要时加热衬底对。因此可针对相较于现有技术更小的所产生的预固定力来设计定向单元。对于达到(最大所需的)接合强度所需的力特别是取决于表面的质量、非晶层的厚度、非晶化程度、表面粗糙度、表面的洁净度和/或衬底的材料或材料组合。

若使用两个压力模，则所述两个压力模特别是彼此成180°的角度来布置。在另一实施例中，一个压力模定位于中心，且第二压力模定位在半径中间或半径外缘上。若使用三个压力模，则所述三个压力模优选地布置成等边三角形(彼此成120°的角度)。若使用四个压力模，则所述四个压力模定位成彼此成90°的角度。若使用至少两个压力模，则所述至少两个压力模优选地对称地布置。若至少两个压力模对称地布置，则对此附加地在中心还可使用一个压力模。优选地，压力模均匀分布地布置在衬底上。

在使用多个压力模的情况下，所述压力模可单独地循序或以群组加载力，以便最小化衬底固持器的负载。

在一种根据本发明的实施方式中，预固定模块具有恰好一个预固定单元，其适于施加特别是机械压力到衬底堆的表面上，特别是到产品衬底的表面上。预固定单元根据本发明可以是点施力单元。点施力单元优选地铸造成销状。销的尖端可具有不同形状。因此，可设想逐渐变尖的形状、倒圆的(特别是球形的)形状或矩形形状。黏合使用力的局部施加，以便实现部分面中的自发接合的等效压力且由此预固定或黏合衬底。

在本发明的改进方案中，预固定单元附加地是可加热的。特别是可以以优于5℃、优选地优于2℃、还更优选地优于1℃、最优选地优于0.1℃、极致最优选地优于0.01℃的准确度调节预固定单元的温度。预固定单元的可控制温度范围特别是介于室温与700℃之间、优选地介于室温与300℃之间、还更优选地介于室温与120℃之间、最优选地介于18℃与30℃之间、极致最优选地为室温。引入热主要导致(局部限制的)加热。

在另一种根据本发明的实施方式中，点施力单元具有可特别是尽可能精确地聚焦的激光。相干激光光通过光学器件优选地成束于位于产品衬底与载体衬底之间(即连接层中)的焦点中。由此，引起对连接层的尽可能局部限制的密集且快速的加热。激光优选地特别是通过连续的、优选地高频的开启和关闭进行脉冲。通过这样的脉冲，在很大程度上直至完全避免对环境的加热。激光特别是红外激光、可见光激光或uv光激光。

在一个尤其优选的实施方式中，预固定单元组合加热单元和/或压力单元和/或激光单元，使得热和/或机械和/或光化学负载可同时进行。根据本发明的一种优选的实施方式，在任何实施方式中，预固定单元可至少沿z轴移动。

根据另一种根据本发明的实施方式，可设想整面地黏合并且通过较小的、但对应于整个衬底表面的力来实现相应接合。在该实施方式中，预固定单元优选地是可用压力板整面地引入面负载的压力装置。所产生的预接合的特征特别是在于介于0.01j/m²与5j/m²之间、优选地大于0.1j/m²、优选地大于0.2j/m²、还更优选地大于0.5j/m²、最优选地大于1j/m²、极致最优选地大于1.5j/m²的结合强度。

本发明优选地在抛光的衬底表面的情况下应用，抛光的衬底表面实现针对共价接合的预处理。所述衬底表面通常是具有小于20nm的平均粗糙度ra、优选地具有小于10nm的ra、还更优选地具有小于2nm的ra、最优选地具有小于1nm的ra(用afm在2x2μm²场上测量)的衬底表面。平均粗糙度或算术平均粗糙度ra描述技术表面的粗糙度。为了确定该测量值，扫描所定义的测量区段上的表面且记录粗糙表面的全部高度和深度差。在计算测量区段上的该粗糙度变化的确定积分之后，最后将该结果除以测量区段的长度。

特别是进行局部的力输入，使得克服衬底表面的微粗糙度，且相对衬底的表面分子的尽可能高的比例建立结合能。特别是，由金属(如铝、铜)、氧化物、半导体材料和玻璃构成的抛光衬底表面适于通过局部的力输入进行预固定。对于一些接合类型、如特别是玻璃粉接合或共晶接合或在未抛光的金属表面或焊接连接的情况下，表面质量不足以用所公开的力范围产生自发的部分面的连接。在所述情况下，优选地在定向和接触之后附加地进行对衬底堆的机械夹箝。这特别是通过根据pct/ep2013/056620的夹箝来实现。

作为本发明的特别是独立的方面可设想，特别是当衬底配备有自发接合结构时，不使用抛光的衬底表面和/或容许省略预处理。这特别是当衬底具有类似于魔鬼贴的表面结构时是此情况。通过接触，产生表面结构的弹性变形或还有塑性变形，且在微观层面上发生衬底表面的形状配合的连接。在随后的接合步骤中，预固定可扩展到整个面上且使用高的整面的力和温度进行固定。

接合

接合特别是在单独的接合室中进行，其中接合室优选地在集群设备中一体地连接到用于预处理(特别是非晶化)的工艺室上，还更优选地在连续保持的抽真空下可从该工艺室转移至接合室中。

在另一根据本发明的步骤中，进行对经预固定/经黏合的衬底堆的接合过程以形成永久接合。接合过程特别是由力和/或温度作用构成。根据本发明的接合温度特别是小于1100℃、优选地小于400℃、还更优选地小于200℃、最优选地介于18℃与200℃之间、极致最优选地为室温。在此，接合力特别是介于0.5kn与500kn之间、优选地介于0.5kn与250kn之间、更优选地介于0.5kn与200kn之间、最优选地介于1kn与100kn之间。通过将根据本发明的接合力标准化到衬底的面积上而产生相应压力范围。对于整面接合的所力求的接合强度优选地大于1j/m²、优选地大于1.5j/m²、更优选地大于2j/m²。衬底可具有任意形状。特别是，衬底是圆形的且根据工业标准通过直径来表征。对于衬底(特别是所谓的晶圆)，优选地适用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英寸的工业常见的直径。然而，原则上，利用根据本发明的方法，可处理任何衬底、特别是半导体衬底，而与其直径无关。

根据本发明，加压力引起衬底表面在(沿衬底表面的接触面形成的)边界层处的进一步接近，只要所述衬底表面还没有通过预接合形成接触。使衬底表面越来越靠近导致气穴不断减小且最终闭合。根据本发明，在此，非晶化起决定性作用，因为通过非晶状态实现表面各向同性的静电吸引。因为衬底表面的彼此进行接触的非晶层两者都是非结晶的，所以也不必考虑延续晶格的并且匹配的接触。具有非晶层的两个衬底表面之间的接触因此导致产生新的、更大的非晶层。该过渡区变得流动式的且根据本发明特别是通过边界层的完全消失来表征。

特别是紧接在接合过程之后，衬底堆的整个完成接合的非晶层的厚度特别是小于100nm、优选地小于50nm、还更优选地小于10nm、最优选地小于5nm、极致最优选地小于2nm。接合强度特别是受以下参数影响，即

-非晶层的厚度，

-粗糙度，

-存在于边界层中的起负面作用的离子的数目，和

-接合力。

接合强度特别是随非晶层的厚度增加而增加。非晶层越厚，则无规则布置的原子的数目越大。无规则布置的原子不为长程和/或短程有序参数所决定，且通过所提及的工艺(特别是扩散和/或通过加压力的靠近)填充边界层处的气穴。由此接触面和因此接合强度增加。非晶层的平均厚度优选地大于平均粗糙度，以便足够的原子可供非晶相使用，以便闭合气穴。优选地，选择具有很小粗糙度的衬底表面，以便该衬底表面具有尽可能小的气穴。即衬底表面的粗糙度越小，则非晶层的厚度也可越小，以便获得所期望的接合结果。根据本发明，通过相应高的离子能量实现相应厚的非晶层，所述相应高的离子能量导致离子能够可尽可能深地侵入到衬底中。

接合强度也是非晶层的纯度的函数。每个嵌入的不期望的原子或离子特别是可导致不稳定，特别是接合强度的降低。因此，特别是当用于非晶化的离子在非晶化之后保留在非晶层中，则所述离子对接合强度也可具有负面影响。因此，除了相应低的离子能量之外，还力求尽可能低的电流密度和处理时长。如果将电流强度乘以处理时长，则获得每单位面积区段在处理时长内撞击在衬底表面上的离子。为了最小化该数目，可降低电流密度和/或处理时间。每单位面积撞击在衬底表面上的离子越少，则越少的离子注入到非晶层中。主要那些与待非晶化的材料不能进行结合的且仅仅作为缺陷、特别是点缺陷存在的粒子对接合强度具有负面作用。所述粒子主要包含惰性气体，但也包含分子气体。特别是，根据本发明，可设想使用气体或气体混合物，其离子负责特别是通过形成新的相而加强接合界面。一个优选的可能性是使用离子化的氮，其硝化非晶层。

类似考虑适用于全部其他类型的元素，其参与连接(特别是与非晶层的材料的金属、共价或离子结合)。为了能够降低电流密度，特别是优选已具有最小粗糙度的衬底表面。衬底表面越平滑，则根据本发明为降低粗糙度所需的离子越少且越低能。由此，能够实现降低离子能量和/或离子流和因此每单位面积离子的数目，这又导致更少数目的嵌入离子和因此更少缺陷，且最终导致增加的接合强度。

接合强度是接合力的函数，因为较高接合力导致衬底表面的较强的靠近且因此导致较好的接触面。接合力越高，则衬底表面越容易靠近彼此，且气穴因此由局部变形的区域闭合。

特别是或者在接合器中接合期间和/或之后或者在外部(特别是整合到集群中的)热处理模块中接合之后，进行特别是与非晶化工艺分离的热处理。热处理模块可以是加热板、加热塔、炉(特别是连续式加热炉)或任何其他类型的热产生装置。热处理特别是在小于500℃、优选地小于400℃、还更优选地小于300℃、最优选地小于200℃、极致最优选地小于100℃、但高于室温的温度下发生。特别是选择热处理的持续时间，使得在热处理之后，根据本发明的非晶残余层的厚度小于50nm、优选地小于25nm、还更优选地小于15nm、最优选地小于10nm、极致最优选地小于5nm。

特别是，在接合期间和/或之后和/或在热处理中，进行从非晶状态至结晶状态的相转变。在一种相当优选的根据本发明的实施方式中，选择所提及的工艺参数，使得进行非晶层至结晶相的完全转变。

根据一个有利的实施方式，选择以下材料，其具有待转变的材料在质量百分比(m%)上的纯度特别是大于95m%、优选地大于99m%、还更优选地大于99.9m%、最优选地大于99.99m%、极致最优选地大于99.999m%。通过衬底材料的高纯度来实现还更好的接合结果。

最后，从高真空中提取经接合的衬底。这例如可以经由闸门、特别是“闸式阀”进行。

利用根据本发明的方法和装置，在室温下可实现极高的接合强度(>2j/m²)。在此，可使用具有或不具精密调整(不具有调整单元)的装置。预处理模块优选地产生衬底(例如，半导体材料、氧化物或抛光金属(如al、cu)、玻璃、陶瓷)的非晶化表面。衬底特别是被活化，并且在两个衬底接触之后，能够实现高比例的微接触面接触。由此，在低温下、即使在室温下可形成自发共价接合。通过在高真空中、优选地在超高真空(<1e^-6，更佳<1e^-7mbar)中进行接触而促进所述自发接合。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节由优选实施例的下文描述以及借助附图产生。在所述附图中：

图1以上方视角示出根据本发明的装置的适于执行根据本发明的方法的实施方式的示意图，

图2示出图1中的实施方式的侧面子视图，该实施方式具有定向模块f和接合站g以及两者之间的各一个传送室b，

图3a示出示意性表明的预固定状态中的衬底堆的第一衬底的俯视图，

图3b示出接合状态中的图3a中的第一衬底的俯视图，

图4示出具有放大剖面的衬底堆的侧视图，

图5a示出具有阴影的预固定区域的衬底堆的俯视图，和

图5b示出接合的衬底堆的俯视图。

在附图中，用相同附图标记表示相同或起相同作用的特征。

具体实施方式

随后借助实施例更详细阐述本发明。其中描述的特征可单独地以及以任意组合使用。

所示出的实施例特别是基于以下理念：衬底1、2被协调且同时准自动地在选择的部位处接触，且因此通过以下方式彼此固定为衬底堆3，即两个衬底中的至少一个(优选地上衬底1)优选地与衬底堆的中心m同心地被施加压力模6，且通过所述特别是在上面的第一衬底1的中心m处的接触来预固定衬底。

在根据本发明的设备中，整合特别是以下工艺步骤：预调整、预处理(氧化物移除和/或非晶化)、定向和预固定、接合和必要时检测(计量)。该设备特别是具有拥有共同工作空间20的至少一个模块群组，该共同工作空间20相对于环境氛围可密封且特别是被设计用于高真空氛围k。特别是，模块(特别是预处理模块d、定向模块f和接合模块g)可线性地布置，而在所述模块之间分别具有一个传送室b，该传送室b具有移动装置(机器人系统)。

替代地，根据一种优选的实施方式，模块可围绕具有移动装置(机器人系统)的中心模块集群形或星形地布置。当围绕中心模块不布置其他根据本发明的模块时，星形方案是尤其有利的，其中根据本发明的模块特别是能够对接于中心模块上。移动装置优选地为特别是配备有末端执行器的工业机器人。

图1以上方视角示出示出适于执行根据本发明的方法的装置，该装置具有工作空间20中的各个模块或站。闸a用于将衬底1、2从工作空间20外部的环境压力引入至工作空间20的高真空氛围k中。在工作空间20的另一端处，闸a用于提取在模块中特别是处理为经接合的衬底堆3的衬底1、2。

在图1中通过箭头b示出载入和提取。在此，闸a确保，通过引入新的衬底1、2或通过提取经接合的衬底堆3不影响或仅最低限度影响高真空室(例如传送室b)的真空值。优选地，闸a由以下闸室构成，该闸室为了将衬底引入至室中通过至少一个阀与环境连接。利用至少一个第二阀，闸室与高真空环境连接。特别是经由传送室b中的各一个进行衬底1、2到高真空中的输送。闸a特别是配备有泵系统，其在闭合阀之后可使闸室从环境压力(大约1013mbar)下降至类似传送室b的压力。

该压力特别是小于1e^-4mbar、优选地小于1e^-5mbar、还更优选地小于1e^-6mbar、最优选地小于1e^-7mbar。在达到闸室中的目标压力之后，阀对传送室b可敞开，且衬底1、2经由特别是内建于传送室b中的机械臂从闸a传送至目标室(特别是预调整装置c)中。

作为用于实现这样的真空的泵系统，特别适合的是容积式泵，优选地干运转的螺旋、活塞或薄膜泵。对于低于1mbar至低于1e^-6mbar的范围，优选涡轮分子泵，且所谓的“低温泵(cryopumping)”用于很高的真空至低于1e^-8mbar。

衬底1、2经由机械臂9(优选地经过一个或多个传送室b)从一个工艺站/工艺模块输送至另一工艺站/工艺模块，特别是未显著改变真空水平。在图1中通过箭头a示出该过程。在一个或多个传送室b中，在整个传送期间优选地维持小于1e^-5mbar、更优选地小于1e^-6mbar、还更优选地小于1e^-7mbar、最优选地小于1e^-8mbar的真空。传送室b可经由阀14与工艺模块隔离且具有机械臂9，该机械臂9具有用于衬底1、2或衬底堆3的夹持器(未示出)。

首先在预调整装置c中预调整衬底1、2。在图1中的优选实施例中，针对两个衬底1、2的每个存在一个预调整装置c。衬底1、2特别是以并不明确已知的定向引入到高真空环境中。衬底1、2在闸a中的典型的位置公差在几毫米至几百微米的范围内。特别是，衬底1、2绕z轴(垂直轴)的旋转可为自标称值的+/-180°。借助衬底的周边(特别是，在正方形衬底的情况下的棱或在晶圆的情况下的平面或凹口)确定旋转或角位置。预调整装置c使用所述周边几何特征，以便粗略地将衬底1、2预调整到沿x轴和y轴为+/-100μm的以及绕z轴(垂直轴)为+/-0.1°的位置准确度上。

在预调整之后，衬底1、2通过一个传送室b进一步输送至预处理站d中。对于预处理站d，参考pct/ep2014/063303。预处理站d是用于对衬底表面进行等离子体预处理的模块。预处理将粒子注入到衬底1、2的衬底表面1o、2o下。特别是，在等离子体预处理的情况下，具有si的衬底表面1o通过等离子体处理在1nm至20nm的厚度范围内被非晶化。快速与接合伙伴(第二衬底2)的分子形成新化合物的高反应性分子保留在表面上。非晶化降低所需的能量(力)，以便闭合微气穴。最大数目个分子可进行接触，其中产生高的接触面比例和由此产生高接合强度。另外，预处理引起有机污物以及金属或半导体材料氧化物的移除。这是所期望的效应，以便稍后制造导电表面。

在衬底1、2在各一个预处理模块d中进行预处理之后，所述衬底1、2传送至具有整合的预固定模块的定向模块f。在到那里的途中，两个衬底1、2之一转至翻转站e中，因为衬底1、2优选地以待接合的侧(衬底表面1o、2o)向上加载到模块中。工艺站(特别是预处理模块d)优选地被设计用于从上方对待接合的衬底表面1o、2o进行处理。

对于定向模块f，优选地，上衬底1以待接合的衬底表面1o向下定向。翻转站e使衬底1旋转180°且因此为定向模块f的加载做好准备。传送优选地经由传送室b之一进行。

定向模块f在根据图1的实施方式中作为具有线性布置的工艺模块的设备中的模块来示出。定向模块f配备有用于黏合的预固定装置。因此黏合在相同模块中进行。在一种替代的实施方式中，黏合也可以发生在单独的模块中。

预固定模块优选地具有加载装置、特别是压力模6，优选地布置在中心的压力销。在定向之后，衬底1、2接触，且通过由压力模6引入局部的、中心布置的面负载，至少所述小的部分面自发地接合且固定衬底1、2的精确定向，以便所述衬底1、2直至在接合模块g中进行接合不再滑动。

在一种替代的实施方式中，例如通过多个压力模6引入多个局部的面负载。由此，多个局部部分面自发地接合且在多个部位处固定定向，且因此更佳或以每个部位更低的力消耗。

根据图2的定向模块f优选地含有具有用于加载衬底1、2且卸除经定向且经黏附的衬底堆3的阀14的两个开口。替代地，定向模块f仅含有具有用于加载和卸除的阀14的一个开口。在定向模块f中，图2示出用于将上衬底1容纳在容纳体(未示出)上的上衬底容纳装置4。在将衬底1容纳到衬底容纳装置4上的情况下，仅一个容纳面与衬底1的容纳侧接触。与容纳侧相对，布置有衬底1的经预处理(特别是经非晶化)的衬底表面1o。容纳装置4的容纳面特别是在很大程度上与所使用的衬底1的尺寸和周边轮廓相匹配。

在定向模块f中，图2示出用于将下衬底2容纳在容纳体(未示出)上的下衬底容纳装置8。在将衬底2容纳到衬底容纳装置8上的情况下，仅一个容纳面与衬底2的容纳侧接触。与容纳侧相对，布置有衬底2的经预处理(特别是经非晶化)的衬底表面2o。衬底容纳装置8的容纳面特别是在很大程度上与所使用的衬底2的尺寸和周边轮廓相匹配。

下衬底容纳装置8被布置在定向单元7上，利用该定向单元7，下衬底2在x、y和旋转方向上以及在角位置上可相对于上衬底1定向(楔形误差补偿)。

上衬底1配备有参考标记1’。上衬底特别是可构造为具有是微电子、光学、微机械或微流体部件的部分的结构的产品衬底。下衬底2也配备有参考标记2’。下衬底特别是可构造为具有是微电子、光学、微机械或微流体部件的部分的结构的产品衬底。

用于将衬底1、2或晶圆固定在相应的样品固持器上的优选实施方式是在高真空下对晶圆的静电固定或通过夹箝的机械固定。特别是，衬底容纳装置4、8或定向模块f借助定向单元7能够通过绕x轴和y轴的倾斜而以平面平行方式且以短的距离定向两个衬底1、2，以进行楔形误差补偿。这在沿x-y旋转轴定向之前或在沿z轴接触之前进行。替代地，楔形误差补偿也可通过定向单元7中的致动器进行。一般而言，设备优选地具有用于在平行定向的衬底之间进行非接触的楔形误差补偿的系统，其中特别是参考wo2012/028166a1中的公开内容。

另外，衬底容纳装置4特别是具有用于压力模6的钻孔或切口或缺口，以便用压力模6局部地加载衬底1。

优选地，通过压力模6加载衬底中心(中心m)，以便基于材料的热膨胀、通过不同温度输入而到上衬底1和下衬底2中的机械应力在很大程度避免。然而，替代于此，特别是在纯室温过程的情况下或在处理具有不存在或极低的热膨胀的材料的情况下，可设想多个压力模。

在一种替代的实施方式中，上衬底固持器4可以柔韧地实施，以便将压力模6的面负载局部地传送到衬底对上。

在根据图2的实施方式中，设置恰好一个压力模6。利用该压力模6，施加机械压力到衬底堆3的表面上，特别是到衬底1的容纳侧上。

压力模6优选地实施为具有以下能力致动器，即受控地与上衬底1的容纳侧进行接触且调节所定义的力输入。优选地，该力受控于控制装置，特别是压力或电流。还更优选地，通过称重单元调节该力，以便引入可精确重现的且校准测量的接触力。

压力模6优选地销形地铸造。销的尖端可具有不同形状。因此，可设想逐渐变细的形状、倒圆的(特别是球形的)形状或矩形形状。压力模的接触面可实施为弯曲的或平坦的。

在该根据本发明的实施方式中，用在衬底中心的致动器执行预固定。在此，所产生的力fa经由对致动器或致动器装置的控制作用于衬底1、2之间的接触面的面重心。设备优选地具有用于针对力加载的控制的力监控的传感器。

在另一实施方式中，压力模6实施为压力弹性模(例如通过弹性体层)，其将尤其均匀的压力或面负载引入到衬底堆3中。压力模6优选地可实施为圆形，具有介于0.5mm²与8000mm²之间、优选地介于0.5mm²与2000mm²之间、更优选地介于5mm²与500mm²之间的模压力面。

在预固定中，通过力的局部施加引入部分面中的自发接合的等效压力，以便预固定(黏附或“黏合”)衬底1、2。衬底1、2局部地预接合。在部分面处，优选地产生共价接合，其足够强以将经黏附的衬底对3传送到接合室g中，用于整面的力加载而接合且可选的加热。因此，必须仅针对部分面的所产生的力设计定向模块f。

上衬底容纳装置4可以透明地实施或具有用于位置检测构件5的附加的凹陷或缺口。如果上衬底容纳装置4透明地实施，则由uv和/或ir透明的材料制造确定的或全部的组成部分。所述材料的光学透明度特别是大于0%、优选地大于20%、更优选地大于50%、最优选地大于80%，极致最优选地大于95%。

此外，上衬底容纳装置4可含有用于受控的z移动的致动装置。一方面，为了用机械臂9加载衬底1、2且接着调节针对调整的最优距离。另一方面，为了在完成定向之后使衬底1、2接触。在一种替代的实施方式中，z移动可由定向单元7实施。

位置检测构件5可包括特别是用于检测参考标记1’、2’在至少两个点处相对于x轴和y轴的位置的显微镜。替代地，位置检测构件5可布置在衬底对3下方，作为定向单元7的部分或在定向单元7旁边。在另一实施方式中，位置检测构件5布置在衬底旁边，大约在上衬底1和下衬底2的接触面的平面中。该实施例使可经由检测棱而检测衬底1、2的位置。

图2中的定向单元7能够实现，将位置检测构件5的信号转变为下衬底2的调整移动。相应于用于上衬底1的衬底容纳装置4，其可实施为高真空下的静电容纳装置(英文“chuck(卡盘)”)或实施为机械容纳装置。此外，在下衬底容纳装置8中，在另一实施方式中，纯重力也可足以引起定向和接触。

定向单元7具有至少三个移动轴：x轴、y轴和绕z轴的旋转。可选地，在另一实施方式中，z轴也可为具有如在上衬底容纳装置4中描述的功能的定向单元7的部分。此外，可以设置绕x轴和y轴的受控的倾斜可能性，以便在调整过程之前平面平行地定向衬底1、2(楔形误差补偿)。

根据一种有利的实施方式，位置检测构件5通过检测相对位置且将其转发给控制单元而负责衬底1、2的精确定向。这引起衬底1、2彼此的定向。以小于100μm、优选地小于10μm、还更优选地小于1μm、最优选地小于100nm、最最优选地小于10nm的不准确度(英文misalignment(未对准))手动地或优选地自动地进行定向。

在下文中，借助实施方式描述用压力模的定向和预固定(黏合)的流程：

1)敞开载入阀14，

2)将第一衬底1传送到衬底容纳装置4上且将第一衬底1固定在第一衬底容纳装置4上，

3)将第二衬底2传送到第二衬底容纳装置8上且将第二衬底2固定在第二衬底容纳装置8上，

4)经由定向单元7中的致动器对衬底1、2进行平行定向，

5)调节衬底1、2之间的距离(调整间隙)。调整间隙特别是小于100μm、优选地小于50μm、还更优选地小于30μm。

6)借助用位置检测构件5基于参考标记1’、2’的位置检测而经由定向单元7中的致动器定向衬底1、2；第二衬底2优选地相对于第一衬底1定向。参考标记1’、2’彼此重合或移动至预先给定的相对位置中，

7)用低接触力使衬底1、2的待接合的衬底表面1o、2o整面接触；特别是，接触力介于0.1n与500n之间、优选地介于0.5n与100n之间、更优选地介于1n与50n之间、最优选地介于1n与10n之间，

8)通过压力模6将力加载在具有介于1mm与100mm之间、优选地介于1mm与50mm之间、更优选地介于3mm与20mm之间的直径的特别是中心的部分面上；特别是，力介于0.1n与5kn之间、优选地介于0.5n与1kn之间、更优选地介于1n与500n之间、最优选地介于10n与50n之间；局部高压力引起局部共价接合且相对于彼此接触地固定衬底1、2(形成经定向的衬底堆3)，

9)从上衬底固持器4移除衬底堆3，

10)用机械臂9(例如经由载入销)从下衬底固持器8卸除衬底堆3，

11)经由阀14将衬底堆3传送至接合站g且对衬底堆3进行接合。

图3a示出衬底堆3的第二衬底2的俯视图，其中可见在定向之后通过压力模6对衬底堆3执行加压的局部面15。该面对应于衬底堆3上的预固定(经黏合)区15。

经由传送室b再次进行衬底堆3在具有预固定装置的调整装置f和接合站g之间的传送。根据图2的接合站g能够实现，将部分面的预固定转变为整面的接合。在此，特别是施加高的且均匀的面负载。优选地，该力介于0.5kn与500kn之间、优选地介于0.5kn与250kn之间、更优选地介于0.5kn与200kn之间、最优选地介于1kn与100kn之间。附加地，可增加温度。在此，接合温度优选地介于18℃与1100℃之间、优选地介于18℃与450℃之间、更优选地介于18℃与200℃之间、最优选地在室温下。尽管低温仍很高的接合强度通过预处理效应实现且视为优点。cmos电路不应加热高于450℃，优选地不高于200℃。优选地在低温(优选地室温)下进行特殊应用(诸如对具有极其不同的热膨胀的两种半导体材料(例如，si与gaas)的接合)，以便避免后续的机械应力和弯曲。

接合站g的压力模11与力致动器12连接且将均匀的面负载引入到衬底堆3中。为了面负载的均匀分布，可构建可延展(可变形)层，诸如柔韧的石墨、橡胶和/或硅树脂垫。

力致动器12的优选的力范围介于0.5kn与500kn之间、优选地介于0.5kn与250kn之间、更优选地介于0.5kn与200kn之间、最优选地介于1kn与100kn之间。力致动器12特别是可为气动缸、液压缸、电动心轴驱动装置或曲杆驱动装置(未示出)。有利的实施方式含有用于调节力、特别是以便使力按编程地增加、使其保持恒定，且稍后又使其下降的测量构件。设备优选地具有用于力监控的传感器。

预固定的衬底堆3特别是经由载入销(未示出)传递到衬底容纳装置13上。在固持装置中，衬底容纳装置13优选地具有拥有加载销的升降机构，以便将衬底堆3容纳且铺设在固持装置上，或从固持装置上提起所铺设的衬底堆3。在此，借助位于样品固持器中的销（pin）提高衬底堆3，使得特别是构造为机械臂的机械夹持器(paddle)可在衬底堆下方或侧面移动，且例如用销的向上移动取出衬底堆。衬底容纳装置13可纯粹通过重力进行。在一种有利的实施方式中，晶圆堆3通过静电固定固定在衬底容纳装置13上。该静电固定可确保在接合工艺结束时，在解除接触力的情况下，经接合的衬底堆3保留在优选下衬底容纳装置13上。可选地，衬底容纳装置13具有加热装置(未示出)或加热和/或冷却装置。

在下文中，描述接合站g中最后的接合步骤的优选流程：

1)经由阀14(特别是通过载入销)将经预固定的衬底堆3传送到下衬底容纳装置13上，

2)特别是经由静电固持装置将衬底堆3固定在衬底容纳装置13上，

3)经由力致动器12和压力模11引入接合力，

4)可选地：通过特别是对称和双侧加热装置进行加热，

5)维持接合力和可选地维持温度(衬底表面1o、2o之间的全部微气穴通过所引入的均匀力闭合，由此形成整个衬底面上的共价接合)，

6)可选地冷却，

7)解除接合力，

8)特别是通过载入销从衬底容纳装置13上卸除衬底堆3，

9)通过阀14且经由机械臂9(传送室b)传送经接合的衬底堆3。

在一种根据本发明的优选的实施方式中，阀14或闸门是用于传送衬底1、2或衬底堆3的闸阀，特别是超高真空闸阀。

在预固定之后以及在接合之后，接合衬底的定向准确度优选地小于100μm、优选地小于10μm、更优选地小于5μm、最优选地小于2μm、极致最优选地小于1μm、还更优选地<100nm。

最后整面接合的所力求的接合强度优选地大于1j/m²、优选地大于1.5j/m²、更优选地大于2j/m²。

实际待接合的区域并不始终对应于衬底1、2的整个面。如图3b和图4中所示，接合面取决于衬底1、2的结构。在根据图3b的实施方式中，围绕衬底堆3的每个结构或组件(英文device)的密封框形成接合面17。该方法应用于mems。图3b示出经接合的区16。

图4示出根据图3a中的割线h-h的横截面图。根据图4的经接合衬底堆3的横截面图示出特别是经接合的区16(密封框)、实际的接合面17、产品衬底1、2的结构18(英文device)和非接合的结构间空间19。

本发明的尤其有利的接合工艺是：

-气密密封的高真空接合(永久密封衬底气穴中的高真空)

-导电的接合连接

-光学透明的接合连接

在三维(3d)整合微电子器件的情况下，优选整面接合，特别是在二氧化硅(sio2)面之间，或在所谓的混合接合的情况下，同时也与铜(cu)和sio2优选整面接合。在该实施例中，接合面对应于整个衬底面。

图5a示出衬底堆3的下产品衬底2的俯视图，其中可见在定向之后在衬底堆3上通过压力模执行加压的局部面15。该面对应于衬底堆上的经预接合(经黏合)的区15。

图5b示出在整面接合之后产生的实际接合面17。

附图标记列表

1、2衬底

1o、2o衬底表面

1’、2’参考标记

3衬底堆

4第一衬底容纳装置

5位置检测构件

6压力模

7定向单元

8第二衬底容纳装置

9机械臂

10传送室

11压力模

12力致动器

13衬底容纳装置

14(载入)阀

15经预固定(经黏合)的区

16经接合的区

17接合面

18结构

19结构间空间

20工作空间

a未显著改变真空的传送步骤

b从环境压力或向环境压力的传送

c力向量

d经接合的面

k高真空环境

a闸

b传送室

c预调整装置

d预处理站

e翻转站

f具有预固定装置的定向模块

g接合站

m衬底或衬底堆的中心