CN101495311A - 高温阳极键合装置 - Google Patents

Abstract

一种阳极键合装置，包括：第一键合板机构，其可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；第二键合板机构，其可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；压力机构，其可操作地联接到第一和第二键合板机构并可操作以将第一和第二键合板机构朝向彼此推压以实现第一和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力；控制单元，其可操作以对第一和第二键合板机构以及压力机构产生控制信号以提供足以实现第一片材和所述第二片材之间阳极键合的加热、电压、压力曲线。

Description

高温阳极键合装置

相关申请的交叉引用

本申请要求由Raymond C.Cady于2006年4月21日提交的题为“”的待审查美国临时专利申请序列号第60/793976的优先权，其全部内容以参见的方式纳入本文。

背景技术

本发明涉及一种用于使用阳极键合技术制造例如绝缘体上的半导体(SOI)结构的装置。

迄今为止，绝缘体上的半导体结构上最常用的半导体材料是硅，且对这种结构采用缩写“SOI”。SOI技术对于薄膜晶体管、太阳能电池和诸如有源矩阵显示器之类的显示器的高性能而言越来越重要。

为了便于说明，以下讨论有时称为SOI结构，但是对该特定类型的结构的参考是便于解释本发明而不是意指且不应诠释为以任何方式限制本发明的范围。缩写SOI在此总地用于指绝缘体上的半导体结构，包括但不限于绝缘体上的硅结构。类似地，缩写SOG通常用于指玻璃上的半导体结构，包括但不限于玻璃上的硅结构。术语SOG还往往包括玻璃陶瓷上的半导体结构，包括但不限于玻璃陶瓷上的硅结构。缩写SOI包含SOG结构。

SOI结构可包括绝缘材料上基本上单晶硅的薄层(大致0.1-0.3微米厚)。实现SOI结构的各种方式包括：(i)将单晶硅晶片键合到其上已生长有SiO₂氧化层的另一硅晶片；(ii)用离子注入方法在硅晶片上形成埋入的氧化层；(iii)用离子注入方法将薄硅层与硅施主晶片分离(剥落)并将薄硅层键合到另一硅晶片。

美国专利第5,374,564号揭示一种使用热处理获得基层上的单晶硅膜的工艺。具有平坦面的半导体施主晶片经受以下步骤：(i)通过离子对晶片表面的轰击注入形成一层气体微泡，气体微泡限定构成施主晶片的质量的下部区域和构成相对薄剥离层的上部区域；(ii)用至少一个坚硬材料层构成的刚性材料接触晶片的平坦表面；以及(iii)对晶片和刚性材料的组件热处理的第三阶段，热处理的温度在进行离子轰击并足以在微泡内形成压力效应和在薄膜和衬底质量之间分离的温度以上。特别是，该工艺一般不对玻璃或玻璃陶瓷衬底起作用，因为需要高得多的温度来键合某些玻璃和玻璃陶瓷衬底。

美国专利申请第2004/0229444号揭示了一种生产SOG结构的工艺，其全部内容以参见的方式纳入本文。步骤包括：(i)将硅施主晶片表面暴露于氢离子注入以形成具有键合表面的剥离层；(ii)使硅施主晶片的键合表面与玻璃衬底接触；(iii)对硅施主晶片和玻璃衬底施加压力、温度和电压以促进其间的键合；以及(iv)将结构冷却到常温以便于玻璃衬底和硅剥离层与硅施主晶片分离。

由美国专利申请第2004/0229444号所揭示的工艺产生的SOG结构可包括例如玻璃衬底和键合到其上的半导体层。半导体层的具体材料是基本上单晶材料的形式。词语“基本上”用于描述半导体层以考虑半导体材料通常包含至少内在地或故意加上的一些内部瑕疵或表面瑕疵，诸如晶格缺陷或一些晶粒边界。词语“基本上”还反映某些掺杂物可扭曲或以其它方式影响大块半导体的晶体结构。

为了讨论目的，可假设本文讨论的半导体层由硅制成。但是，应当理解，半导体材料可以是基于硅的半导体或任何其它类型的半导体，诸如III-V、II-IV、II-IV-V等级别的半导体。这些材料的实例包括：硅(Si)、锗化硅(SiGe)、硅碳(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、GaP和InP。玻璃衬底可由氧化玻璃或氧化玻璃陶瓷制成。尽管没有要求，本文所述的SOG结构可包括氧化玻璃或玻璃陶瓷。例如，玻璃衬底可由包含碱土离子的玻璃衬底制成，诸如由康宁股份公司玻璃成分第1737号和康宁股份公司玻璃成分第EAGLE 2000^TM号制成的衬底。这些玻璃材料尤其用于液晶显示器的生产。

本发明人还发现薄玻璃半导体层(例如硅)和某些衬底(诸如某些玻璃或玻璃陶瓷衬底)之间的高质量阳极键合要求仔细控制多个工艺变量。这些变量包括以下的一个或多个：温度(具体是接近和/或超过1000℃的高温)、压力(半导体层和衬底之间的)、电压(产生电解)、空气状态(例如真空或非真空)；冷却曲线(以产生剥离)、机械分离增强(例如辅助剥离)等。用于将半导体层阳极键合到剥离或剥离陶瓷衬底的常规技术没有充分解决以上工艺变量。例如，常规阳极键合工艺的温度限制为约600℃。

因此，本领域需要可通过控制以上一个或多个工艺参数改进阳极键合工艺的装置。

发明内容

根据本发明的一个或多个实施例，阳极键合装置包括：第一键合板机构，其可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

第二键合板机构，其可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；压力机构，其可操作地联接到第一和第二键合板机构并可操作以将第一和第二键合板机构朝向彼此推压来实现第一和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力；控制单元，其可操作以对第一和第二键合板机构以及压力机构产生控制信号以提供足来实现第一片材和所述第二片材之间阳极键合的加热、电压、压力曲线。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置包括：第一键合板机构，其可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热和电压中的至少一种；第二键合板机构，其可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热和电压中的至少一种；以及升高和压力机构，所述升高和压力机构可操作地联接到第一键合板机构并可操作以将第一和第二键合板机构朝向彼此推压来实现第一和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力以辅助其阳极键合。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置包括：第一键合板装置和第二键合板装置，第一键合板装置可操作以与第一片材配合、且第二键合板装置可操作以与第二片材配合，第一和第二键合板机构各包括支承表面，各支承表面限定用于与第一和第二片材中相应一个配合的支承表面；以及打开和关闭机构，其可操作地联接到所述第二键合板机构并可操作以：(i)当在关闭定向时，辅助将上部键合板机构相对于下部键合板机构保持在位，从而使下部键合板机构朝向上部键合板机构的运动实现第一片材和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力；以及(ii)提供双运动打开曲线，其中第一运动将第二键合板机构与第一键合板机构沿基本上垂直于其相应承载平面的方向分离，且第二运动使第二键合板机构远离第一键合板机构倾斜，从而使第二键合板机构的承载平面相对于第一键合板机构的承载平面倾斜。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置包括：第一键合板机构，其可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；第二键合板机构，其可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；以及间隔机构，其包括多个可移动垫片组件，间隔机构联接到第一键合板机构，并可操作以朝向第一和第二片材并在第一和第二片材之间移动以防止第一和第二片材的圆周边缘彼此接触。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置(用于将第一和第二片材阳极键合在一起)包括：基底，其包括间隔开的第一和第二表面；热绝缘体，其由基底的第二表面支承并可操作以阻止热量传递到基底；加热盘，其直接或间接联接到绝缘体并可操作以接通电源产生热量；以及散热器，其直接或间接联接到加热盘并可操作以至少从加热盘通导热量，并赋予第一片材以电压，其中赋予第一片材的热量和电压与相应的加热和电压曲线一致以辅助第一和第二片材的阳极键合。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置(用于将第一和第二片材阳极键合在一起)包括：基底，其包括间隔开的第一和第二表面；加热盘，其直接或间接联接到基底并可操作以接通电源产生热量，其中加热盘包括多个加热区域，这些区域可操作以提供边缘损失温度补偿特征，其中赋予第一片材的热量与加热曲线一致以辅助第一和第二片材的阳极键合。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置(用于将第一和第二片材阳极键合在一起)包括：加热盘，其包括间隔开的第一和第二表面并可操作以接通电源产生热量；散热器，其直接或间接联接到加热盘的第二表面并可操作以至少从加热盘通导热量并赋予第一片材以电压；以及至少一个冷却通道，其与加热盘的第一表面热连通、并可操作以运载冷却流体来通过散热器和加热盘从第一片材去除热量，其中赋予第一片材的热量和电压与相应的加热和电压曲线一致以辅助第一和第二片材的阳极键合，且赋予第一片材的冷却与冷却曲线一致以辅助已键合到第二片材的剥离层从第一片材分离。

根据本发明的一个或多个其它实施例，阳极键合装置(用于将第一和第二片材阳极键合在一起)包括：基底，其包括间隔开的第一和第二表面和穿过其中的孔；加热盘，其由基底支承并与基底热绝缘并可操作以接通电源产生热量，该加热盘包括穿过其中的孔；散热器，其直接或间接联接到加热盘并可操作以至少从加热盘通导热量并赋予第一片材以键合电压，该散热器包括穿过其中的孔；以及预载柱塞，其具有延伸穿过基底的孔的电极、加热盘和散热器，该电极可操作以在与散热器接触时电连接到第一片材。

对本领域的技术人员来说在将在发明的次说明书与附图结合时本发明的其它方面、特征和优点等将会变得显而易见。

附图说明

为了对本发明的各方面进行说明，示出目前较佳的、在附图中所示的形式，但是应当理解，本发明并不限于所示出的精确设置和方法。

图1是部分封闭构造的本发明的键合装置的实施例的立体图；

图2是图1的键合装置呈打开构造的正视图；

图3是图1的键合装置呈部分关闭构造的正视图；

图4A是图1的键合装置呈关闭构造的正视图；

图4B是图1的键合装置呈关闭构造的侧视图；

图5是图1的键合装置的部分分解立体图；

图6是适用于图1的键合装置的、升高和压力机构的实施例(和/或一个或多个其它实施例)的立体图；

图7是适用于图1的键合装置的、打开和关闭机构的实施例(和/或一个或多个其它实施例)的立体图；

图8A是适用于图1的键合装置的、上部(或下部)键合板机构的实施例(和/或一个或多个其它实施例)的立体图；

图8B是沿线8B-8B截取的、图8A的键合板机构的剖视图；

图9A是适用于图8A的键合装置的、上部(或下部)键合板机构的加热构件或其它实施例的立体图；

图9B是适用于图8A的键合装置的、上部(或下部)键合板机构的替代性加热构件或其它实施例的立体图；

图10是图8A的键合板机构的分解立体图；

图11A是图8A的键合板机构的俯视图；

图11B是沿线11B-11B截取的、图11A的键合板机构的剖视图；

图11C是沿线11C-11C截取的、图11A的键合板机构的剖视图；

图12A是适用于图8A的键合板机构的预载柱塞(和/或一个或多个其它实施例)的侧视图；

图12B是沿线12B-12B截取的、图12A的预载柱塞的剖视图；

图13是适用于图1的键合装置的、上部和下部键合板机构(和/或一个或多个其它实施例)的剖视图；

图14是适用于图1的键合装置的间隔机构的实施例(和/或一个或多个其它实施例)的立体图；

图15是适用于图8A的键合板机构的预载安装固定件中热电偶(和/或一个或多个其它实施例)的分解图；

图16是适用于图1的键合装置的、上部(或下部)键合板机构的替代性实施例(和/或一个或多个其它实施例)的立体图；

图17是图16的键合板机构的分解分解图；

图18是适用于图16的键合板机构的加热盘(和/或一个或多个其它实施例)的分解图；

图19是图16的键合板机构的剖视图；

图20是适用于图1的键合装置的、上部(或下部)键合板机构的替代性实施例(和/或一个或多个其它实施例)的剖视图；

图21是图20的键合板机构的分解立体图；

图22是图1的键合装置设置在大气控制腔内的侧视图；

图23是示出可使用图1的键合装置制造的SOG装置的结构的方框图；

图24-26是示出可使用图1的键合装置形成和/或运行的中间结构的方框图；

图27是示出可使用图1的键合装置形成的最终SOG装置的结构的方框图；

图28是适用于微结构压纹应用的、图1的键合装置的方框图。

具体实施方式

参照附图，其中相同的标号标示相同的构件，图1中示出根据本发明的一个或多个实施例的键合装置10的立体图。在该实施例中，键合装置是一种能够在常规键合温度以上，例如在600℃以上和接近和/或超过1000℃的温度下将SOI结构片材阳极键合的整合处理***。(应当注意，键合装置10也能够在常规温度下阳极键合。)为了说明(而非限制)，在此将SOI结构描述为键合装置10在其上进行操作的适当工件(例如，生产SOI结构时)。还为了讨论(而非限制)，下文所述的作为工件的特定SOI结构是这样形成的SOG结构：将半导体施主晶片(诸如硅晶片)键合到玻璃(或玻璃陶瓷)衬底并将硅层从硅施主晶片剥离从而使其保持键合到玻璃衬底。

键合装置10包括以下部件：升高和压力机构100、打开和关闭机构200、间隔机构300、上部键合板机构400和下部键合板机构500。这些主要部件彼此耦合且由基板12和支承框14支承该组合。可包括一个或多个闭环控制环路的控制单元(未示出)可操作以控制(例如通过计算机程序)以下将更详细讨论的键合装置10的各构件。

尽管键合装置10的操作和某些具体键合工艺将在本文中稍后更详细地描述，现将给出这种操作的简介。在图1中，键合装置10是关闭定向，由此上部键合板机构400封闭地叠在下部键合板机构500上。如图2所示，上部键合板机构400可操作以向上并远离下部键合板机构500转动而允许要键合到一起的两片材(例如硅施主晶片和玻璃衬底)***装置10。同样，为了讨论，假设硅施主晶片包括键合到玻璃衬底并稍后与硅施主晶片分离的剥离层。

在该实例中，假设在键合工艺中，硅施主晶片与上部键合板机构400接触，同时玻璃衬底与下部键合板机构500接触。例如，玻璃衬底可设置在下部键合板机构500下部，且硅施主晶片可设置在玻璃衬底顶上从而将处在与上部键合板机构400接触(当装置10关闭时)的位置。(但是应当理解，该定向可以倒转而不偏离本发明的各实施例的范围。)在替代实施例中，当上部键合板机构400处于打开位置时，硅施主晶片可通过例如夹持机构、卡合机构、真空等耦合到上部键合板机构400。

一般而言，上部键合板机构400可操作以对硅施主晶片提供可控制加热、电压和冷却中的至少一种，而下部键合板机构500可操作以对玻璃衬底提供可控制加热、电压和冷却中的至少一种。升高和压力机构100可操作地联接到上部和下部键合板机构400、500、并可操作以将第一和第二键合板机构400、500朝向彼此推压来实现硅施主晶片沿其相应表面(即界面)抵靠玻璃衬底的可控制压力。该控制单元可操作以对上部和下部键合板机构400、500以及压力机构100产生控制信号来提供足以实现硅施主晶片和玻璃衬底之间阳极键合的加热、电压、压力曲线。该控制单元还可操作以对上部和/或下部键合板机构400、500产生控制信号而对其主动冷却并便于键合后剥离层从硅施主晶片分离。

如图2所示，在上部键合板机构400向上并远离下部键合板机构500转动之后，将硅施主晶片和玻璃衬底***其间，上部键合板机构400可操作以向下转动(通过打开和关闭机构200)从而使上部和下部键合板机构400、500分隔开。因此，当硅施主晶片设置在玻璃衬底顶部时，上部键合板机构400会与硅施主晶片分开。或者，如果硅施主晶片耦合到上部键合板机构400(例如，通过上述夹持、卡合、真空等)，硅施主晶片和玻璃衬底会分开。如果采用后一种方法，则通过控制地激发相应的上部和下部键合板机构400、500来将硅施主晶片和玻璃衬底分离加热到特定温度(可接近和/或超过1000℃)。如果采用前一种方法，则可在键合装置10完全关闭之后进行分离加热。

如图4A和4B所示，硅施主晶片和玻璃衬底可在升高和压力机构100的可控制致动下彼此接触。升高和压力机构100可将下部键合板机构500(以及玻璃衬底)升高到可实现硅施主晶片和玻璃衬底之间可控制加热和压力的位置。硅施主晶片和玻璃衬底还经受由相应上部和下部键合板机构400、500施加的约1750伏直流的电势差。在可控制时段施加压力、温差和电压差。此后，电压变到零且使硅施主晶片和玻璃衬底能够冷却(可包括主动冷却)，其至少起动剥离层与硅施主晶片的分离。尽管看起来不太可信，如果剥离层和硅施主晶片之间的分离不是完全由冷却过程完成，则可使用一个或多个机械或其它机构来辅助该剥离过程。

现将描述键合装置10的相应构件的更详细的探讨。图5是键合装置10的局部分解立体图。由此，可易于辨别升高和压力机构100、打开和关闭机构200、间隔机构300、上部键合板机构400和下部键合板机构500的具体部件。

还参照图6，现将讨论升高和压力机构100的实施例。升高和压力机构100联接到下部键合板机构500、并可操作以将上部和下部键合板机构400、500朝向彼此推压来实现硅施主晶片和玻璃衬底沿其相应表面彼此抵靠的可控制压力。在该实施例中，升高和压力机构100可操作以使下部键合板机构500能够进行两种基本运动：(i)下部键合板机构500将剥离衬底朝向上部键合板机构400竖直移动以达到上部和下部键合板机构400、500的最初预载位置(且因此玻璃衬底和硅施主晶片的最初运载位置)的预载运动；以及(ii)玻璃衬底以受控的压力压抵硅施主晶片的压力加载运动(这可能还使玻璃衬底和硅施主晶片自对准以实现基本上均匀的压力分布)。

升高和压力机构100包括基底102、第一致动器104、第二致动器106和下部座架108。基部102包括上表面110和下表面112。第一致动器104可联接到基底102的下表面112，而第二致动器106可联接到基底102的上表面110。下部座架108联接到第二致动器106从而使第二致动器106***在基底102和下部座架108之间。

基底102可相对于多个引导柱114、116、118滑动。(尽管示出三个引导柱，但也可采用较少数量或较多数量的引导柱。)例如，基底102可包括相应的引导轴衬120、122、124(其中轴衬124不可见)，由此相应的引导柱114、116、118同轴地设置在相应引导轴衬120、122、124内，从而使引导柱114、115、118可在引导轴衬120、122、124内纵向滑动。相应引导柱114、116、118可通过固定件130锚定到键合装置10的基板12上。

根据一个或多个实施例，第一致动器104的致动可实现上述预载运动，在上述预载运动中下部键合板机构500通过下部座架108朝向上部键合板机构400运动以达到上部和下部键合板机构400、500的初始预载位置(且因此达到玻璃衬底和硅施主晶片的初始预载位置)。该预载运动可以是下部键合板机构500朝向上部键合板机构400的粗略(coarse)平移。第一致动器104和第二致动器106可与下部键合板机构500轴向对准安装，从而使第一致动器104的致动赋予第二致动器106和下部键合板机构500的粗略平移。

更具体地说，第一致动器104可包括可操作以使第一致动器104向上和向下运动的轴104A。轴104A可通过任何适当的装置驱动，诸如机电式螺线管、液压活塞设置等。第一致动器104的向上和向下运动可引起基底102的相应运动，由此当引导柱114、116、118在引导衬底120、122、124内滑动时，通过引导柱114、116、118保持基底102的平面定向。基底102的运动导致第二致动器106、下部座架108和下部键合板机构500的相应运动。第一致动器104通过轴104A的运动可以受到机械、电动和/或液压限制，从而控制下部键合板机构500的预载运动。如图6所示，可通过将相应固定件130和引导轴衬120、122、124之间的距离D与图3所示的基本上为零或其间的其余距离相比较来测量有限运动。

升高和压力机构100的第二致动器106可操作以在下部键合板机构500上施加可控制的力(例如与上述粗略运动相比的精细运动)，其中可控制力基本上垂直于下部键合板机构500的承载表面(即，与玻璃衬底接触的表面)。当上部键合板机构400的承载表面平行于下部键合板机构500的承载表面时，升高和压力机构100的第二致动器106确保没有(或最小)侧向力施加在硅施主晶片和玻璃衬底之间，该侧向力可能引起刮擦或对阳极键合质量的其它损坏。

第二致动器106可以是波纹管致动器，其可操作以相应波纹管的内部流体压力(例如液压或气压)向上和向下移动下部座架108。第二致动器106可独立控制(相对于第一致动器104)以实现玻璃衬底压抵硅施主晶片的上述压力加载运动。可采用第二致动器106通过控制单元的仔细控制(例如波纹管内压力的控制)来建立玻璃衬底和硅施主晶片之间的适当压力(psi)以进行阳极键合。此外，在第二致动器106中采用波纹管使下部座架108、下部键合板机构500和玻璃衬底能够漂浮或相对于上部键合板机构400(以及硅施主晶片)自对准。

升高和压力机构100还可包括多个座架构件，诸如联接到下部座架108的向上的柱140。安装构件140可操作以如该说明书中稍后将更详细讨论的那样与间隔机构300配合并保持该间隔机构。

如图5所清楚示出的那样，升高和压力机构100还可包括联接到下部座架108和/或下部键合板机构500的位置传感器150。位置传感器150可操作以对控制机构提供输出信号指示下部键合板机构500已移动到什么程度。例如，位置传感器150的输出信号可提供是否发生下部键合板机构500的上述粗略位移(朝向上部键合板机构400)的指示。这可提供何时起动加热、预载压力和籽晶(seed)电压应用等的指示。位置传感器150的输出信号可附加或替代地提供下部键合板机构500的速度和/或加速度的指示。本领域的技术人员会理解下部键合板机构500的位置、速度、加速度等可通过控制单元基于位置传感器的输出信号得到的一个或多个位置测量和时间基数来计算下部键合板机构500的位置、速度、加速度等。例如，可使用线性压差变换器(LVDT)来进行位置感测，其作为变压器的可移动芯的函数的可变幅输出信号。

还参照图7，现将讨论打开和关闭机构200的实施例。在该实施例中，打开和关闭机构200包括升高组件202、致动器组件204、倾斜组件206和安装板208。打开和关闭机构200联接到上部键合板机构400(图7中未示出，见图1和5)并可操作以：(i)当在关闭定向时，辅助将上部键合板机构400相对于下部键合板机构500保持在位，从而使下部键合板机构500朝向上部键合板机构400的运动达到硅施主晶片抵靠玻璃衬底的受控压力；以及(ii)提供双运动打开曲线，其中第一运动将上部键合板机构400与下部键合板机构500沿基本上垂直于其相应承载平面的方向分离，且第二运动将上部键合板机构400远离下部键合板机构500倾斜，从而使上部键合板机构400的承载平面相对于下部键合板机构500的承载平面倾斜。

对于双运动打开曲线，升高组件202、致动器组件204、倾斜组件206和安装板208协作以实现两种基本运动：(i)安装板208相对于基板12的竖直运动；以及(ii)使安装板208能够相对于基板12向上转动的倾斜运动。注意，上部键合板机构400可操作以联接到安装板208，安装板208的转动就允许有将硅施主晶片和玻璃衬底***位于上部和下部键合板机构400、500之间的键合装置10的通路(如上所述)。安装板208(以及上部键合板机构400)的竖直运动允许就基本有上完全垂直的上部和下部键合板机构400、500之间进行最初分离运动。这就能够分离而不会有否则就会损坏SOG结构的侧向刮擦。以下将更详细地讨论这些特征。

升高组件202包括基部210、引导轴212和引导轴衬214。基部210可操作以直接或间接连接到基板12、并提供从其开始升高和倾斜运动的刚性基准。引导轴212可操作地联接到基底210、并朝向倾斜组件206和安装板208竖直延伸。引导轴衬214可操作以滑动地与引导轴212配合。如以下将更详细讨论的那样，引导轴衬214相对于引导轴212的滑动引起安装板208的竖直运动和旋转运动。引导轴衬214包括可操作以能够机械连结到致动器组件204的固定板216。

致动器组件204可操作以对引导轴衬214的固定板216施加竖直力，从而可实现引导轴衬214的受控滑动，再实现安装板208的升高和倾斜运动。在一实施例中，致动器组件204可包括千斤顶230，诸如达夫-诺顿(Duff-Norton)千斤顶、连结到千斤顶230的轴232以及连接到引导轴衬214的固定板216的联接构件234。在一个或多个实施例中，达夫-诺顿千斤顶230可操作从而使轴236上施加的转动力引起轴232的竖直运动并引起引导轴衬214的竖直运动。可通过控制单元诸如通过采用电动机来转动轴236来控制千斤顶230的致动。

安装板208可包括可操作以与上部键合板机构400配合的第一端240以及可操作地联接到倾斜组件206的第二端242。在该实施例中，倾斜组件206包括将安装板208联接到升高组件202的铰接板250(以下将更详细地讨论)。倾斜组件206可包括第一和第二止挡臂252、254以及铰接板250到安装板208的枢转连杆258。止挡臂252、254在其第一端联接到基板12并在其第二端联接到安装板208。止挡臂252、254可在第一端转动地联接到基板12，从而阻止其竖直运动(相对于基板12)但使第二端能够围绕第一端作枢转运动。止挡臂252、254各包括可操作以接纳从安装板208的第二端242侧向延伸的相应辊子或柱244的狭槽256。

安装板208通过枢转连杆258可操作地联接到铰接板250。更具体地说，铰接板250包括至少部分延伸到安装板208的孔245内的块体260。枢转连杆258使安装板208能够围绕枢转连杆258旋转或枢转。孔245的大小和形状可设置成使得块体260可在孔245内旋转而没有干涉。

响应于千斤顶230的致动(例如通过对轴236施加转动力)，轴232可升高/降低引导轴衬214。在所示定向中，引导轴衬214响应于上述致动而升高，由此赋予铰接板250以竖直运动(向上)。响应时，铰接板250通过块体260和枢转连杆258对安装板208施加竖直力。特别是，安装板208通过块体260移动，其移动方式使得在升高运动期间上部和下部键合板机构400、500的支承表面基本上在上部键合板机构400的整个全部有限行程上保持平行。

通过铰接板250施加到安装板208的竖直力使安装板208的辊子或销244在相应止挡臂252、254的相应狭槽256内向上移动。因此安装板208会竖直升高离开基板12，同时保持与其基本上平行的关系。对有限行程会继续竖直向上运动(或升高)，同时保持相对于基板12的基本上平行关系，即直到安装板208的辊子或销244与狭槽256内的上部极限配合为止。当辊子或销244达到该极限时，由块体260施加在安装板208上的继续向上的力使安装板208的第一端240响应于围绕枢转连杆258的转动而向上倾斜。(允许止挡臂242、254围绕其第一端轻微枢转运动是考虑到安装板208会响应于围绕枢转连杆258的枢转而侧向运动。)可通过位于相应止挡臂252、254端部的止挡件257来调节安装板208倾斜的程度。例如，止挡件257可包括螺纹杆和螺母，其中螺纹杆可通过改变其量值而转动到相关狭槽256内或转出狭槽。狭槽256的可用长度内的调节允许改变辊子或销244的可允许行程和安装板208的倾斜程度。

致动器组件204的反向导致安装板208向下倾斜到其相对于基板12基本上平行的定向，接着是安装板208相对于基板12保持基本上平行的竖直向下运动。可通过铰接板250的一个或多个止挡件259调节安装板208的平行定向。例如，止挡件259可包括可拧入或拧出铰接板250的螺栓以提供安装板208的可调节静止位置。

安装板208的第一端240还较佳地包括可操作以配合和联接升高和压力机构100的引导柱114、116、118的上端114A、116A、118A(见图6)。例如，可使用可手工操纵的螺栓来实施锁定件246。当安装板208下降到如图4A、4B所示的位置时，锁定件246确保硅施主晶片和上部键合板机构400上向上的压力可被安装板208抵消而不会在升高组件202、致动器组件204或倾斜组件206上施加多余的力。

安装板208的第一端240还包括各种导线、电缆和管道可穿过的多个孔，如下文将更详细描述的那样。

现参照图8A和8B，其提供关于上部键合板机构400的其它细节。图8A是上部键合板机构400的立体图，而图8B是其剖视图。由于键合装置10的对称性，应当注意上部键合板机构400的功能和/或结构细节可方便地应用到下部键合板机构500(如下将讨论的那样)。

上部键合板机构400的主要部件包括基底402、绝缘体404、背板406、加热盘408以及散热器410。上部键合板机构400的主要功能包括加热硅施主晶片、向硅施主晶片提供压力、对硅施主晶片提供电压以及冷却硅施主晶片。

加热功能源于加热盘408并可操作以提供低于或高于600℃并可接近或超过1,000℃的温度。上部键合板机构400的该实施例也可操作以提供基本上跨越整个硅施主晶片上受控设置点的+/-0.5％范围内的均匀加热。

由上部键合板机构400施加到硅施主晶片上的压力基本上通过散热器410均匀地分布在晶片上，其通过玻璃衬底提供向上压力的反作用力(通过下部键合板机构500赋予)。这导致硅施主晶片和玻璃衬底界面处适于阳极键合的压力曲线。通过控制由下部键合板机构500施加的向上压力(例如在控制单元的控制下)，压力曲线可至少包括约1磅/平方英寸(psi)至100psi之间的峰值压力。相信约10至50psi之间的较低压力(例如约20psi)是有利的，因为它们较不易于使硅施主晶片或玻璃衬底破裂。

如上所述，硅施主晶片和玻璃衬底经受由相应上部和下部键合板机构400、500施加的约1750伏直流的电势差。应当注意，该电势差可通过以下步骤来实现：(i)对硅施主晶片和玻璃衬底之一施加电势(同时另一个接地)；或者(ii)对硅施主晶片和玻璃衬底两者施加相应电势(诸如对硅施主晶片施加正电势，对玻璃衬底施加负电势)。因此，上部键合板机构400能够对硅施主晶片施加电势(而不是接地)是可选特征。如果通过上部键合板机构400对硅施主晶片键合电势(而不是接地)，该电势可通过散热器410基本上均匀地分布在晶片的整个表面上。

尽管本发明并不受到任何操作理论的限制，应当注意，在键合电压、温度、时间和材料性能之间可能有总体关系。例如，当键合电压增加时，温度、时间和/或传导离子量(例如玻璃衬底的)可增加到至少趋向相同的键合结果。当温度、时间和/或传导离子量独立可变时，还保持该关系。硅施主晶片和玻璃衬底之间的键合电势范围在约100伏直流(或更低)至约2000伏直流(或更高)并可使用峰值、平均值、RMS或其它测量惯例。对于某种类型的玻璃衬底，约1000伏直流至约2000伏直流范围的键合电压是适合的。

如果需要硅施主晶片的主动冷却，则可通过使用受控流体流过上部键合板机构400来实现。上部键合板机构400的这些和其它特征将在下文详细讨论。

上部键合板机构400的基底402是基本上圆柱形构造并限定用于接纳绝缘体404的内部体积。例如，基底402可由可加工玻璃陶瓷(例如MACOR)，其提供结构整体性以及抗高温性。也可另外或替代地采用其它适当的材料来形成基底402。绝缘体404可操作以限制或阻止热从加热盘408流入基底402(以及键合装置10的其它部分)。例如，绝缘体404可由诸如40％致密熔融石英之类的陶瓷泡沫绝缘材料制成。也可另外或替代地采用其它适当的绝缘材料。因为加热盘408可操作以达到600℃或更高的温度，诸如达到或超过1,000℃，所以绝缘体404应当提供显著的绝热性能。应当注意，允许显著的热流入衬底402的不充分绝缘会具有关于键合装置10的其它部分的正确操作方面的灾难性后果。此外，基底402和加热盘408之间相对高度的绝缘确保上部键合板机构400的相对低的热惯性，这有助于实现快速热循环能力。

背板406通过绝缘体404与基底402绝热。背板406可操作以提供至少一个冷却通道420，当要求主动降低SOG结构的温度、具体是硅施主晶片的温度时，冷却流体可流过该通道。例如，背板406可由热压氮化硼(HNB)制成以承受高温和相对快速的温度变化(当冷却流体引入通道420时的情况下)。也可另外或替代地采用其它适当的材料来形成背板406。至少一个入口管422可操作以将冷却流体引入通道420，同时至少一个出口管424(图8b中不可见，但可参见图11B，如下文将讨论的那样)可操作以从通道420去除冷却流体。可采用热交换器(未示出)以在将冷却流体再引入入口管422之前将冷却流体冷却。

可通过使用控制单元控制通过通道420的冷却流体的温度和流率来实现主动冷却。例如，可主动控制(例如通过控制单元)上部键合板机构400的冷却曲线来提供不同的冷却速率和对硅施主晶片的不同冷却水平(例如停驻)中的至少一个。相信分别对硅施主晶片和玻璃衬底提供不同的冷却曲线便于更好地将剥离层与硅施主晶片分离。特别是，上部键合板机构400的主动冷却特征是可选的，因为硅施主晶片和玻璃衬底之间的不同冷却曲线可分别通过借助于下部键合板机构500(如下文将更详细讨论的那样)的玻璃衬底的主动冷却来实现。

帽环426(见图8B)可操作以将绝缘体404在基底402内保持在位并提供其中可设置加热盘408的凹槽。帽环426可由可加工玻璃陶瓷(诸如上述MACOR)制成。

加热盘408可操作以响应于电激励(电压和电流)而产生热量，同时还提供电绝缘性能使得施加到硅施主晶片的电压不施加到背板406或基底402上。实际上，应当限制施加到硅施主晶片上的相对高的电势。因此，加热盘408可由呈现基本上电绝缘性和基本上导热性的材料制成。一种这样适当的材料是热解氮化硼(PBN)。

参照图9A和9B，示出适于实施加热盘408的加热盘涉及的两个实例。图9A是第一加热盘408A的立体图，而图9B是替代性第二加热盘408B的立体图。当要求基本上均匀的加热时，加热盘408A、408B可包括热边缘损失补偿，从而可将加热盘408A、408B的外部比其中心部分更冷的趋势加以控制。在所示实施例中，可使用两个加热区域来实现加热盘408A、408B的热边缘损失补偿，一个基本上位于中心且另一个是围绕中心区域的圆环形式。可使用相应加热构件来实施加热区域。

图9A的加热盘408A包括两个分开的加热构件409A和409B，而加热构件409B基本上位于中心且加热构件409A是围绕加热构件409B的环形圈的形式。各加热构件409A、409B包括相应电源可连接的一对端子411A、411B。相应电源对加热盘408A的加热构件409A和409B的电压和电流激励可分别由控制单元控制，从而可分别调整两加热区域的相应温度并可实现热边缘损失的补偿。

加热构件409A和409b可由热解石墨(PG)、THERMAFOIL等。THERMAFOIL材料是具有加热性能的薄的柔性材料，其包括层叠在柔性绝缘层之间的蚀刻箔耐用构件。尽管THERMAFOIL在真空环境中可具有较好的可靠性，但在此也考虑非真空环境(其可包括一种或多种氧化剂，诸如空气环境)。在非真空环境中，加热构件409A和409B可由因科镍合金制成，其包括具有良好抗腐蚀和热阻性能的高强度奥氏体镍-铬-铁合金。

在一个或多个实施例中，加热构件409A和409B可竖直偏移以辅助热边缘损失补偿。例如，中心区域的加热构件409B可朝向加热盘408A的底侧定位，而环形区域的加热构件409可设置在加热盘408A的上侧或朝向该上侧设置。与加热盘408A中心处的加热构件409B和硅施主晶片之间的热阻相比，这降低加热盘408A圆周处的加热构件409A与硅施主晶片之间的热阻。可通过例如将间隔件(未示出)、例如片材***加热构件409A、409B之间来实现偏移特征。这还可允许端子411B侧向引出而不是如图9A所示向下。

图9B的加热盘408B包括一体形成的邻近的加热构件，该加热构件就像具有分开的加热构件409C、409D那样运行。具体地说，用于形成加热构件的耐用材料的宽度(和/或厚度)根据其在加热盘408B内的位置而变化。例如，圆周位置处的加热构件409C的宽度小于中心位置处的加热构件409D的宽度。改变加热构件的宽度会根据位置改变加热构件的热阻(且因此改变热性能)。通过根据到加热盘408B的中心区域的位置来改变一体式加热构件的热阻，仅需要单独的电压和电流激励就能实现热边缘损失补偿。实际上，由于改变区域409C和409D的加热构件的热阻，一体式加热构件会对激励电压和电流作出不同响应(加热)。

与加热构件构造无关，加热构件的热阻可在10-20欧姆(例如约15欧姆)数量级。为了实现约600℃至1000℃的上述加热程度，可跨越加热构件施加约200伏(AC)的电压，这引起约3250瓦RMS数量级的热耗散。

在一个或多个实施例中，至少部分由于材料和构造的选择，加热盘408呈现相对低的热惯性。使用上述材料和构造细节，加热盘尺寸可约2mm厚。相对低的厚度(与现有技术加热构件)有助于较低的热质量和热惯性，这有助于实现快速热循环能力。

散热器410与加热盘408热连通并可操作以对加热盘408呈现的加热曲线进行整合，使得热量更均匀地赋予硅施主晶片。散热器410是导电和导热的，因为其直接与硅施主晶片接触并促进加热晶片和对其施加上述高电压。

在可用于实施散热器410的材料中，导电石墨是理想的，诸如THERMAFOIL。在非真空大气(例如空气)中，散热器410可由可在氧化环境中呈现更好可靠性的其它材料制成，诸如非氧化电-热传导件、具有非氧化涂层(诸如无电镀镍、铂、钼、钽等)的铜、具有非氧化涂层(诸如无电镀镍、铂、钼、钽等)的THERMOFOIL、具有金属涂层(诸如无电镀镍、铂、钼、钽等)的金刚砂(可以有或没有涂层)KEVLAR。

在一个或多个实施例中，也至少部分由于材料和构造的选择，散热器410也呈现相对低的热惯性。使用上述材料和构造细节，散热器410的尺寸可约0.5-6mm厚。

加热盘408和散热器410的相对低的厚度与绝缘体404和上述其它材料选项所呈现的高绝缘性能结合有助于上部键合板机构400的非常低的热质量和热惯性。因此，上部键合板机构400可在约2分钟内从室温将片材加热到约1000℃，并在约10分钟或更短时间内将其冷却到室温。这与现有技术衬底加热器形成对比，现有技术用约半小时至1小时将片材从室温加热到仅约600℃，并可用约20分钟将片材冷却到室温。

控制单元可操作以对上部键合板机构400编程以遵从任何所要求的加热或冷却斜面并在任何所要求的处理温度停驻。

如图8A所示，上部键合板机构400可包括在键合过程中(例如以赋予晶片以预充电压)能够通达硅施主晶片的孔450。稍后在该说明书中将更详细讨论该可选特征。

图10示出上部键合板机构400(不包括基底402和绝缘体404)的分解图。如分解图所示，上部键合板机构400是包括支承环430、垫圈432、背板406、垫圈434、加热盘408和散热器410的多层组件。支承环430提供对背板406和对垫圈432的支承。背板406夹在垫圈432和垫圈434之间，这些垫圈的作用在于防止冷却流体在流过通道420时泄漏。在可制成垫圈432、434的材料中，GRAFOIL环材料是理想的，因为其具有适当的密封和热阻特性。加热盘408叠在垫圈434上且散热器410设置在加热盘408上方。上部键合板机构400的相应层可用螺栓彼此联接。

在一个或多个实施例中，背板406可包括单个连续的通道420或多个分开单通道420。如图10所示，背板406包括两个分开的通道420，其各通过相应入口406A、406B接纳冷却流体并通过共用出口406C排出冷却流体。双冷却通道120确保跨越散热器(且因此硅施主晶片)的更均匀的冷却。

特别是，散热器410包括从散热器410的圆周边缘径向向外延伸的多个鳍片436。鳍片436提供用于将散热器410保持在位的圆周表面并提供到高压电源的连接。如图8B所清楚示出的那样，鳍片436与相应的保持夹440配合并防止散热器410移动。较佳的是，保持夹440由可加工玻璃陶瓷(例如MACOR)制成，从而它们可提供电绝缘和良好的结构整体性。

如上所述，上部键合板机构400可可选地包括孔450，孔450通过基底402、绝缘体404、加热盘408和散热器410上分开的孔450形成。孔450可位于中心，从而可形成到硅施主晶片的中心区域(例如其中心)的通路。通过孔450提供到硅施主晶片的通路的用途将在下文中更详细地讨论。

现参照图11A、11B和11C，其示出上部键合板机构400的其它结构和功能方面。图11B和11C是分别通过线11B-11B和11C-11C截取的剖视图。如图11C所清楚示出的那样，激励电压和电流可通过端子452施加到加热盘408，端子延伸穿过基底402、绝缘体404和背板406。端子452的数量将取决于在加热盘408中采用多少个加热构件和怎样形成加热构件。如上所述，在一个或多个实施例中，可采用两个加热构件，其激励电压和电流可分别通过控制单元进行控制，从而可紧密地调节两加热区域的温度。或者，加热构件可整合(使用可变热阻)成可采用单个激励电压进行温度调节和边缘损失补偿。

如图11B所清楚示出的那样，相应流体联接件460可连接到入口管422和出口管424以允许流体源(未示出)连接到上部键合板机构400。特别是，入口管422和出口管424从基底402延伸得足够远以穿过安装板208上的孔。

如图11B和11C所清楚示出的那样，相对高的电势(例如与较热电压相比)可通过高压端子453施加到散热器410，端子延伸穿过基底402、绝缘体404、背板406和加热盘408。如上所述，采用施加到散热器410的电压(可在约1000至2000伏直流之间)来辅助将硅施主晶片键合到玻璃衬底上。

尽管未示出，但上部键合板机构400还可包括穿过基底402、绝缘体404、加热盘408到达散热器410的一个或多个真空管道。如果采用的话，当管道放置抵靠散热器时，真空管道允许将真空应用到硅施主晶片，从而使当上部键合板机构400处于向上转动(打开)位置时晶片会联接到散热器410，如图2所示。使用常规真空源(未示出)可实现真空应用，真空源由键合装置10的操作员通过控制单元或人工进行控制。

如上所述，上部键合板机构400可可选地包括在键合过程中能够通达硅施主晶片的孔450。当采用孔450时，其较佳使用方法能够在施加键合电压之前将预载压力和/或籽晶电压施加到硅施主晶片上。预载压力和籽晶电压的目的是在施加键合电压之前起动硅施主晶片和玻璃衬底之间界面的局部区域的阳极键合，这就便于跨越界面的基本上整个区域的阳极键合。籽晶电压可能与键合电压是相同或不同的大小，但是相信较低或相等的电压是较佳的，例如约750-1000伏直流。孔450可位于中心，从而使硅施主晶片和玻璃衬底之间界面中心区域处或附近进行初始阳极键合。

现参照图12A、12B和13，其示出用于实现上述预载压力和籽晶电压功能的适当装置。图12A示出可操作以与上部键合板机构400配合并延伸穿过其孔450以与硅施主晶片机械连通或电连通的预载柱塞470的侧视图。图12B图12A的预载柱塞470的剖视图，而图13是预载柱塞470联接到上部键合板机构400的、上部和下部键合板机构400、500的剖视图。预载柱塞470包括具有近端474和远端476的壳体472。电端子478设置在壳体474的近端并形成用于连接实现预载电势的电压源的装置。柱塞480部分设置在壳体472内并延伸穿过壳体472的远端476。柱塞480可以伸缩方式在壳体472内滑动。柱塞480在一端包括止挡件482以防止柱塞480完全穿过远端476并与壳体472脱开。电极484同轴设置在柱塞480内，而电极484的末端486延伸超过柱塞480的端部。(如下文将更详细讨论的那样，末端486与硅施主晶片配合。)

第一压缩弹簧488机械和电联接到电极484和端子478，从而使柱塞480的可滑动运动不会干扰端子478和电极484之间的电连接。第一压缩弹簧488还将电极484(以及柱塞480)向前推压或偏置使得止挡件482与壳体472配合。第一压缩弹簧490还将电极480(以及柱塞480)向前推压或偏置使得止挡件482与壳体472配合。电极484和柱塞480上的轴向力被相应的压缩弹簧488、490吸收，从而使电极484的末端486朝向硅施主晶片偏置并保持与硅施主晶片的电连接。因此，电极484将籽晶电压传递到硅施主晶片。在一个或多个实施例中，电极484可在柱塞480内滑动，从而使柱塞480本身也朝向硅施主晶片偏置并将预载压力(单独或与电极484结合)施加到硅施主晶片上。

在较佳实施例中，电极484的末端486延伸到上部键合板机构400的散热器410的下方，从而当升高和压力机构100将下部键合板机构500朝向上部键合板机构粗略地移动时与硅施主晶片接触(即如图4A-4B所示在键合装置10完全关闭之前)。因此，在施加完全压力、温度和电压之前，预载压力和籽晶电压的施加可起动硅施主晶片和玻璃衬底的阳极键合。

与对硅施主晶片和玻璃衬底施加键合电压相类似，可通过以下步骤实现籽晶电势：(i)对硅施主晶片和玻璃衬底之一施加电势(同时另一个接地)；或者(ii)对硅施主晶片和玻璃衬底两者施加相应电势。因此，即使需要在硅施主晶片和玻璃衬底之间界面的局部区域开始键合，上部键合板机构400赋予硅施主晶片籽晶电势的能力仍是可选特征。实际上，如本说明书稍后将讨论的那样，籽晶电势可通过下部键合板机构500施加到玻璃衬底上(尽管硅施主晶片接地)。

尽管可如上所述施加预载压力和籽晶电压，但需要限制硅施主晶片和玻璃衬底的接触面积，同时施加预载压力和籽晶电压来限制允许在其上预键合的面积。在该方面，可与上述预载柱塞470结合起来使用间隔机构300。一般而言，间隔机构300联接到下部键合板机构500(见图1和5)并可操作以在其中心区域实现预键合时防止硅施主晶片和玻璃衬底的圆周边缘彼此接触。在实现预键合之后，间隔机构300允许硅施主晶片和玻璃衬底彼此接触(包括其圆周边缘)以进行完全键合程序。

现参照图14，该图是间隔机构300的立体图。间隔机构300可操作以机械辅助保持硅施主晶片和玻璃衬底的圆周区域在施加预载压力和籽晶电压时彼此远离。在一个或多个实施例中，间隔机构300可操作以提供硅施主晶片和玻璃衬底之间的对称(多位置)垫片作用。

间隔机构300是基本上环形构造并包括安装环302、旋转环304和多个垫片组件306。安装环302是包括中心孔308和圆周边缘310的基本上环形的构造。多个安装构件(诸如孔)312设置在圆周边缘320周围并与安装构件140为互补结构，安装构件140可以是方向向上的柱140(见图1、5和6)。安装构件140和312的大小、形状和位置使安装环302可联接到升高和压力机构100的下部座架108。在所示实施例中，安装环302不能相对于升高和压力机构100的下部座架108转动。

旋转环304也是基本上环形的构造并还限定中心孔308。旋转环304可转动地联接到安装环302，且因此可相对于安装环302和升高和压力机构100的下部座架108转动。旋转环304包括设置在其圆周边缘处的多个凸轮320(例如凸轮狭槽)，其可包括用于每个垫片组件306的一个这种凸轮320。凸轮320A之一是齿轮凸轮，包括多个齿，多个齿的节距与升高和压力机构100的步进电动机144的齿轮142对应(见图6)。当步进电动机144转动齿轮142时，旋转环304相对于安装环302和升高和压力机构100的下部座架108转动。控制单元可提供对步进电动机144的驱动激励以实现旋转环304的精确旋转运动。

各垫片组件306可包括联接到滑动块332的垫片330。垫片330的尺寸和形状设置成配合在硅施主晶片和玻璃衬底之间并将两者分开。该垫片可操作以实现相对于间隔机构300的中心区域(且因此相对于硅施主晶片和玻璃衬底之间界面的中心区域)向内和向外运动。通过滑动块332和安装环302之间的可滑动配合来实现该径向运动。例如，各垫片组件可包括与相应的一个或多个销36可滑动配合的一个或多个引导轴衬334。销336可从安装环302的圆周边缘310径向延伸，从而使引导轴衬334沿销336的滑动导致滑动块332和垫片330的上述径向运动。

各滑动块332还包括凸轮引导件(不可见)，诸如与相应凸轮狭槽320配合的辊子或柱。旋转环304的旋转(通过步进电动机144的致动)将径向力施加到相应滑动块332上，从而使它们以受控方式沿柱336滑动(通过引导轴衬334)。因此，所有垫片330以对称运动移动，这就防止了硅施主晶片和玻璃衬底之间的任何不均匀摩擦负载。应当注意，可使用诸如气压缸、直线电动机、螺线管装置之类的其它致动装置来实现旋转环304的转动。

垫片330较佳地是电绝缘的，从而使SOG的电势不能联接到安装环302和键合装置10的其它部分。例如，滑动块332可由陶瓷材料制成。安装环302和旋转环304可设置在下部键合板机构500的高热区域下方，这就可保护它们免受过量热输入。

如图11A所清楚示出的那样，上部键合板机构400可包括一个或多个其它孔以能够通达加热盘408。例如，第一孔454可允许热电偶***穿过该组件而使其可与加热盘408热配合并向控制单元提供温度反馈信号(其允许加热盘408和硅施主晶片的紧密温度调节)。应当注意，孔454从图11A所示的上部键合板机构的后部延伸且因此用虚线示出。也可包括第二孔456(也从后部)以提供到加热盘408的另外通路来进行进一步热调节。特别是，第一孔454设置在加热盘408的中心加热构件的区域内，而第二孔456设置在加热盘408的环形加热构件处或附近。这就允许对相应中心和环形加热构件进行激励信号的独立反馈和控制(除非它们制成一体)，由此能够补偿热边缘效应以及总体温度调节。

图15是可采用来延伸穿过孔454、456并与加热盘408配合的热电偶组件494的立体图。热电偶组件494包括标准热电偶塞495、弹簧组件496和探针498。探针498被弹簧组件496可操作地向前推压，从而偏置抵靠加热盘408，由此确保其间适当的导热性。

现将描述下部键合板机构500的一个或多个实施例的结构细节。下部键合板机构500的主要功能是与这些上部键合板机构400互补，即加热玻璃衬底、对玻璃衬底提供压力、对玻璃衬底提供电势以及冷却玻璃衬底。

根据一个或多个实施例，下部键合板机构500可包括上述上部键合板机构400的各实施例的任何数量的特征。例如，在图13所示的实施例中，上部和下部键合板机构400、500基本上相同，除了上部键合板机构400采用孔450和预载柱塞470而下部键合板机构500没有以外。

下部键合板机构500的加热功能可操作以提供低于或高于600℃的温度，该温度可接近或超过1,000℃。下部键合板机构500的该实施例还可操作以提供基本上跨越整个玻璃衬底上受控设置点的+/-0.5％范围内的均匀加热。电势(约1,750伏直流)可通过下部键合板机构500可选地施加到玻璃衬底，并可在衬底的整个表面上基本上均匀地分布。下部键合板机构500的替代实施例可使用受控的流体流来提供对玻璃衬底的主动冷却。

尽管图16-21中所示的下部键合板机构500的实施例包含与上述上部键合板机构400类似的特征，但下部键合板机构500还可包括某些不同的特征。图16是下部键合板机构500的立体图，而图17是其分解图。下部键合板机构500的主要部件包括基底502、绝缘体504、加热盘508以及散热器510。这些构件设置在壳体506内、联接到壳体506或由该壳体支承，壳体可由例如不锈钢制成。

基底502联接到壳体506的下部，由此形成限定用于接纳绝缘体504的内部体积的基本上圆柱形的结构。例如但非限制，基底502可由可机加工陶瓷材料(例如Cotronics 902可机加工的水合硅酸铝)制成，其提供结构整体性以及抗高温能力。绝缘体504可操作以限制或阻止热从加热盘508流入基底502、壳体506以及键合装置10的其它部分。例如而非限制，绝缘体504可由诸如40％致密熔融石英之类的陶瓷泡沫绝缘材料制成。绝缘体504的温度绝缘特性应可防止热量从加热盘508流入基底502(和其它部件)并提供下部键合板机构500的相对低的热惯性(为快速热循环能力)。

可使用诸如Cotronics RESBOND 905之类的陶瓷粘合剂来将加热盘508和绝缘体504键合在一起。

加热盘508可操作以响应于电激励(电压和电流)而产生热量，同时还提供电绝缘性能使得直接或间接施加到玻璃衬底的任何电势电压不施加到基底502或壳体上。因此，加热盘508可由呈现基本上电绝缘性和基本上导热性的材料制成。

参照图18，加热盘508可由夹在两层(或多层)电绝缘层508B之间的热敏层508A形成。例如而非限制，热敏层508A可由THERMAFOIL滚压石墨形成、而电绝缘层508B可由熔融石英形成。可使用诸如Cotronics RESBOND905(具有低的热膨胀特性)之类的陶瓷粘合剂将热敏层508A和电绝缘层508B键合在一起。

当需要基本上均匀加热时，加热盘508可包括热边缘损失补偿。在该实施例中，加热盘508可包括两个加热区域，一个基本上位于中心、而另一个是围绕中心区域的环形圈的形式。可使用热敏层508A来形成加热区域。例如，当材料从层508A的中心向外螺旋时可通过改变热阻材料的相应宽度来形成相应加热区域。这根据从层508A的中心到材料的径向距离来产生材料的各不同的热阻(且因此产生不同的加热性能)。这允许使用单独的电压和电流激励来实现热边缘损失补偿，因为加热构件由于热阻根据径向位置的不同而对激励电压和电流作出不同的响应(加热)。

通过电源(未示出)来提供并通过控制单元来控制对热敏层508A的电压和电流激励以实现温度调节(其可采用上述反馈控制)。控制单元可操作以对下部键合板机构500编程以遵从任何所要求的加热或冷却斜率并在任何所要求的处理温度处停驻。端子552(图16-17)和端子508C(图18)允许从电源到热敏层508A的电连接。

散热器510与加热盘508热连通并可操作以对加热盘508呈现的加热曲线进行整合，从而使热量更均匀地赋予玻璃衬底。散热器510是导电和导热的，因为其直接与玻璃衬底接触并促进加热衬底并可选地对其施加键合电压。同样，对硅施主晶片和玻璃衬底施加键合电压可通过以下步骤来实现：(i)对硅施主晶片和玻璃衬底之一施加电势(同时另一个接地)；或者(ii)对硅施主晶片和玻璃衬底两者施加相应电势。因此，下部键合板机构500能够对玻璃衬底施加电势(而不是接地)是可选特征。如果键合电势(而不是接地)可通过下部键合板机构500可选地施加到玻璃衬底，则该电势可在衬底的整个表面上基本上均匀分布，并可在约1750伏直流范围内。

在可用于实施散热器510的材料中，导电石墨是理想的，诸如THERMAFOIL。端子553允许从高压电源(未示出)到散热器510的电连接。控制单元可操作以编制从高压电源得到所要求电压(诸如1750伏直流)的电压电平。

现还参照图19，其示出下部键合板机构500的其它结构和功能方面。如图所示，下部键合板机构500可包括在键合过程中能够通达玻璃衬底的孔550，例如以赋予衬底以预载压力和/或籽晶电压。应当注意，不一定要采用该可选特征，而是可提供如下所述的有利操作。当采用孔550时，其较佳使用方法能够在施加键合电压之前将预载压力和/或籽晶电压施加到玻璃衬底上。如以上关于上部键合板机构400所讨论那样，预载压力和籽晶电压用来在施加键合电压之前起动硅施主晶片和玻璃衬底之间界面的局部区域的阳极键合，这就便于跨越界面的基本上整个区域的阳极键合。籽晶电压可能与键合电压是相同或不同的大小，但是相信较低或相等的电压是较佳的，例如约750-1000伏直流。

例如，可采用预载柱塞570来实现上述预充电功能。预载柱塞570可以是基本上与参照图12A-12B以上讨论的预载柱塞470结构相同。预载柱塞570可操作以与下部键合板机构500配合并延伸穿过其孔550以与玻璃衬底电连通和机械连通。预载柱塞570的电极584与玻璃衬底配合以至少赋予籽晶电压。预载柱塞570的柱塞围绕电极584同轴设置并可单独(或与电极584结合)施加预载压力。

下部键合板机构500可包括一个或多个其它孔以允许热电偶***穿过该组件从而使其可与加热盘508热配合并向控制单元(其允许加热盘508和玻璃衬底的紧密温度调节)提供温度反馈信号。用于热电偶(和热电偶本身)的孔的结构和位置可基本上与以上关于上部键合板机构400所讨论的相同。

现参照图20-21，其示出在下部键合板机构的一个或多个其它实施例中所采用的替代功能。图20是采用主动冷却特征的下部键合板机构500A的剖视图。图21是图20的下部键合板机构500a的分解图。在该实施例中，下部键合板机构500A的绝缘体504A包括一个或多个冷却通道，当要求降低SOG结构的温度、具体是玻璃衬底的温度时，冷却流体可流过该通道。例如，冷却通道520可从绝缘体504A的中心朝向其圆周边缘螺旋形延伸。可在绝缘体504A的表面上加工通道520。入口管522可操作以将冷却流体引入通道520，而出口管524可操作以将冷却流体从通道520移出。可采用热交换器(未示出)以在将冷却流体再引入入口管522之前将冷却流体冷却。可通过使用控制单元控制通过通道520的冷却流体的温度和流率来实现主动冷却。如图13所清楚示出的那样，可将适当的流体联接件560连接到入口管522和出口管524以允许流体源(未示出)连接到下部键合板机构500。

参照图22，键合装置10可设置在空气室内以提供对键合环境空气条件的控制，诸如真空、气氛(诸如氢气、氮气等)和其它条件。特别是，键合装置10可在非真空空气中运行(例如，可包括一种或多种氧化剂的气体)而不会损坏其各种部件，尤其是键合板机构400、500。

现将参照图23-27描述键合装置10的关于运行的其它细节。图23示出最终SOG结构600，而图24-27示出使用键合装置10的一个或多个实施例来生产其中间结构。参照图24，在将材料引入键合装置10之前，通过抛光、清洗等以产生适于键合到玻璃或玻璃陶瓷衬底602的相对平坦和均匀注入表面621而制备施主半导体晶片620的注入表面621(图23)。为了讨论，半导体晶片620可以是基本上单晶硅晶片，尽管如以上讨论那样也可采用任何其它适当的半导体导电材料。

通过使注入表面621经受离子注入工艺以在施主半导体晶片620的注入表面下方形成限定剥离层622的弱化区域而形成剥离层622。例如，注入表面621可经受氢离子注入或诸如硼、氦等之类其它稀土离子。可对施主半导体晶片620进行处理以降低例如注入表面621上的氢离子浓度。例如，可洗涤和清洗施主半导体晶片620，且剥离层622的注入施主表面621可经受轻度氧化。轻度氧化处理可包括在氧等离子体内的处理、臭氧处理、用过氧化氢、过氧化氢和氨水、过氧化氢和酸处理或这些工艺的结合。预期在这些处理过程中，氢终止表面基氧化成羟基，这又形成硅晶体亲水表面。可在用于氧等离子的室温和用于氨水或酸处现的25-150℃之间的温度下进行该处理。可进行玻璃衬底602(以及剥离层622)的适当的表面清洗。

假设键合装置10是初始定向，由此上部键合板机构400向上转动(如图2所示)，施主半导体晶片620和玻璃衬底602***键合装置10。在该实例中，假设玻璃衬底602向下放置并通过重力保持到下部键合板机构500且施主半导体晶片620放置在玻璃衬底602顶上。当在施主半导体晶片620的中心区域施加预载压力和籽晶电压以开始键合时，可在施主半导体晶片620放置到玻璃衬底602顶部之前触发间隔机构300。如参照图6和14所讨论的那样，步进电动机144可转动齿轮142，从而使旋转环304可相对于安装环302转动，由此驱动垫片330叠放在玻璃衬底602的圆周部分上。然后可将施主半导体晶片620放置在垫片330顶部，从而使垫片330***在施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间。因此，施主半导体晶片620和玻璃衬底602通过垫片330的厚度间隔开。

接下来，上部键合板机构400可操作以向下转动(通过打开和关闭机构200)，从而使上部和下部键合板机构400、500沿平行定向间隔开。更具体地说，如以上参照图7所讨论的那样，通过操纵轴236致动千斤顶230，这导致降低轴232、引导轴衬214和铰接板250。铰接板250的降低使安装板208围绕枢转连杆258枢转，从而使安装板208和上部键合板机构400向下倾斜直到安装板208与铰接板250的止挡件259配合为止。在此时，上部键合板机构400相对于下部键合板机构500基本上平行定向。铰接板250的连续向下运动导致锁定件246与升高和压力机构100的引导柱114、116、118的端部114A、116A、118A配合(图6)。然后操作者可将锁定件246配合到升高和压力机构100的引导柱114、116、118内。锁定件246确保施主半导体晶片620和上部键合板机构400上的向上压力可被安装板208抵消而不会对升高和压力机构400施加过多的力。

然后升高和压力机构100可赋予下部键合板机构500(以及玻璃衬底602和施主半导体晶片620)朝向上部键合板机构400的粗略平移。由于预载柱塞470的电极484在上部键合板机构400的散热器410下方延伸，当升高和压力机构100将下部键合板机构500朝向上部键合板机构400粗略移动时，电极与施主半导体晶片620接触。由于间隔机构300的垫片330防止施主半导体晶片620的圆周边缘和玻璃衬底602彼此接触，预载柱塞470会倾向于使施主半导体晶片620弯曲从而使其中心部分与玻璃衬底602接触。因此，在施加完全压力、温度和电压之前，预载压力和籽晶电压的施加可起动施主半导体晶片620和玻璃衬底602的阳极键合。

施主半导体晶片620和玻璃衬底602的中心部分的初始键合之后，可指令间隔机构300抽出垫片330。控制单元可指令步进电动机144转动齿轮142，从而使旋转环304可相对于安装环302转动，由此从施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间抽出垫片330。垫片330以对称运动移动，这就防止了施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间的任何不均匀摩擦负载。有利的是，如果在真空中发生键合过程，则在施主半导体晶片620和玻璃衬底602的中心部分键合之后抽出垫片330可使任何气体能够从施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间抽空。因此，可降低气体(例如空气)阻碍施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间正确键合的可能性。

参照图25，使用上述键合装置10可使用阳极(电解)工艺来使玻璃衬底和施主半导体晶片620直接接触并使它们经受温度、电压和压力而将玻璃衬底602可键合到剥离层622。键合装置10可在计算机程序(在控制单元的处理器上运行)的控制下运行来实现所要求的阳极键合。因此，可以相向到计算机程序使键合装置10的各种机构以本文所讨论的方式运行而实现阳极键合。

施主半导体晶片620的剥离层和玻璃衬底602在不同温度梯度下被加热。玻璃衬底602(通过下部键合板机构500)可被加热到比施主半导体晶片620和剥离层622(通过上部键合板机构400)高的温度。例如，玻璃衬底602和施主半导体晶片620(和剥离层622)之间的温差在任何地方可在约6℃至约200℃或更高之间。对于具有与施主半导体晶片620的热膨胀系数匹配(诸如与硅的CTE匹配)的热膨胀系数的玻璃来说该温差是理想的，因为其便于随后剥离层622由于热应力而与半导体晶片620分离。玻璃衬底602和施主半导体晶片620可被加热到玻璃衬底602的应变点的约+/-650℃内的温度。

还对中间组件施加机械压力。该压力范围可以是：在约1至约100磅/平方英寸(psi)之间、在约6至约50psi之间、或约20psi。尽管能够施加例如100psi或100psi以上的较高压力，但应当慎重使用这种压力，因为它们可能造成玻璃衬底602的破裂。如参照4A、4B和6所讨论的那样，施主半导体晶片620和玻璃衬底602可在升高和压力机构100的可控制致动下彼此接触。升高和压力机构100的第二致动器106可将下部座架108、下部键合板机构500以及玻璃衬底602升高到可实现施主半导体晶片620和玻璃衬底602之间可控制加热和压力的位置。

还跨越中间组件施加电压，例如使施主半导体晶片602处于正电势且玻璃衬底602处于较低电势。施加电势使玻璃衬底602中的碱或碱土离子从半导体/玻璃界面移离并还进入玻璃衬底602。这实现两个功能：(i)形成碱或碱土离子自由界面；以及(ii)玻璃衬底602变得非常有活性并坚固地键合到施主半导体晶片620的剥离层622，并在相对低的温度下加热。

在可控制时段(例如约6小时或更短)施加压力、温差和电压差。此后，高电平电势变到零且使施主半导体晶片620和玻璃衬底602能够冷却到至少起动剥离层622与施主半导体晶片620的分离。冷却过程可包括主动冷却，由此将冷却流体引入上部和下部键合板机构400、500中的一个或两个。在一个或多个实施例中，主动冷却曲线可包括以不同的曲线(例如冷却速率、停驻和/或温度的高低)来冷却施主半导体晶片620和玻璃衬底602来影响剥离过程的程度和质量。

如图26所示，在分离后，形成的结构可包括玻璃衬底602和键合到其上的半导体材料的剥离层622。为了形成该结构，锁定件246与引导柱114、116、118脱开并致动千斤顶230(例如通过对轴236施加转动力)，从而使轴232可升高引导轴衬214，且铰接板250通过锁定件260和枢转连杆258对安装板208施加竖直力(图6-7)。因此上部键合板机构400会竖直升高离开下部键合板机构500，同时保持与其基本上平行的关系。安装板208上连续向上的力使上部键合板机构400响应于围绕枢转连杆258的转动而向上倾斜。然后可将SOG的中间结构从键合装置10中抽出。

可通过变薄和/或抛光技术，例如通过本领域已知的CMP或其它技术将任何不想要的或粗略的半导体材料从表面623去除以实现如图27所示的玻璃衬底602上的半导体层604。

应当注意，可再使用施主半导体晶片620来继续生产其它SOG结构600。

根据本发明的一个或多个其它实施例，可采用键合装置10来在，诸如玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷等的衬底上压纹出微结构。在诸如玻璃之类的衬底上生产复制图案的常规方法采用加色法(例如使用UV固化聚合物)或扣除法(例如化学蚀刻、活性离子蚀刻)。这些常规方法并不是在每种应用中都是理想的；事实上，聚合物结构是通用的，但可能不具有所要求的材料特性，且蚀刻方法可生产精细结构但通常非常慢且成本较高。但是根据本发明的多个方面之一，将图案从仿形工具通过加热压印/压纹到衬底上。仿形工具由基本上刚性的材料构成且熔点在衬底的熔点以上。将工具和/或衬底加热到衬底流入工具的微结构的温度水平。此后，将这些部件冷却和分离。

在一个或多个实施例中，键合装置10可适于迅速加热工具和/或衬底(例如玻璃)，并能有高的生产量。键合装置10的上述主动冷却特征、受控压缩特征、真空氛围等也增加生产量。

参照图28，键合装置10可操作以接纳具有设置在其至少一个表面上微结构701(例如纳米级)的工具700。工具700上的微结构是要求压纹到衬底702上的那些微结构的反像。例如，工具700可联接到下部键合板机构500，且衬底702(例如玻璃衬底)可放置到工具700顶上。或者，衬底702可联接到下部键合板机构500，且工具700可放置到衬底702顶上。在又一替代实施例中，工具700可夹持或以其它方式固定到上部键合板机构400。相应的GRAFOIL垫圈704A、704B可***在上部/下部键合板机构400、500和衬底702/工具700之间。

然后可关闭键合装置10(如上所述)并将温度加热到玻璃衬底702的Tg以上。因此，图案或结构从工具700转印到玻璃衬底702。可在来自上述键合装置10的受控压力特征的高压下进行复制工艺。或者，可采用重力或大气压来促进玻璃衬底702流到工具700的微结构710内。

工具700可由在温度升高到衬底702的流动温度或以上(诸如玻璃衬底的Tg)时结构不会改变的材料制成。例如，可采用熔融石英来形成工具700。微结构701可通过活性离子蚀刻(RIE)而形成在工具700上。也可采用工具700和/或衬底702诸如钻石涂层之类的表面处理。

尽管在此参照特定实施例对本发明进行了描述，但应当理解，这些实施例仅是对本发明原理和应用的说明。因此，应当理解，可对说明性实施例作出多种改型、且可设想出其它设置而不偏离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (42)

1.一种阳极键合装置，包括：

第一键合板机构，所述第一键合板机构可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

第二键合板机构，所述第二键合板机构可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

压力机构，所述压力机构可操作地联接到所述第一和第二键合板机构并可操作以将所述第一和第二键合板机构朝向彼此推压来实现所述第一和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力；

控制单元，所述控制单元可操作以对所述第一和第二键合板机构以及压力机构产生控制信号来提供足以实现所述第一片材和所述第二片材之间阳极键合的加热、电压、压力曲线。

2.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述第一片材是玻璃衬底和玻璃陶瓷衬底中的至少一种，且所述第二片材是施主半导体晶片。

3.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述加热曲线至少包括所述第一和第二片材中至少一个的高于约600℃的峰值温度。

4.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述加热曲线至少包括所述第一和第二片材中至少一个的约600℃至1000℃之间的峰值温度。

5.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述加热曲线至少包括所述第一和第二片材中至少一个的高于约1000℃的峰值温度。

6.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述电压曲线至少包括所述第一和第二片材中至少一个的约100伏直流至约2000伏直流之间的峰值电压。

7.如权利要求6所述的阳极键合装置，其特征在于，以下中的至少一个：

所述电压曲线至少包括所述第一片材和所述第二片材之间约1000伏直流至约2000伏直流的峰值压差；

所述第一片材和所述第二片材之一处于接地电势；以及

通过对所述第一片材和所述第二片材之一施加正电势和对所述第一片材和所述第二片材中的另一个施加负电势来实现所述峰值压差。

8.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述压力曲线至少包括所述第一和第二片材之间约1磅/平方英寸(psi)至100psi之间的峰值压力。

9.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述压力曲线至少包括所述第一和第二片材之间约20psi的峰值压力。

10.如权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述控制单元可操作以对所述第一键合板机构和所述第二键合板机构中的至少一个产生控制信号，以对所述第一片材和所述第二片材提供足以促进剥离层与已键合到所述第一片材和所述第二片材中的另一个的所述第一片材和所述第二片材之一的分离的主动冷却曲线。

11.如权利要求10所述的阳极键合装置，其特征在于，所述冷却曲线提供对所述第一和第二片材的不同冷却速率和不同冷却水平中的至少一种。

12.一种阳极键合装置，包括：

第一键合板机构，所述第一键合板机构可操作以与第一片材配合并对其提供受控加热和电压中的至少一种；

第二键合板机构，所述第二键合板机构可操作以与第二片材配合并对其提供受控加热和电压中的至少一种；以及

升高和压力机构，所述升高和压力机构可操作地联接到所述第一键合板机构、并可操作以将所述第一和第二键合板机构朝向彼此推压以实现所述第一和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力以辅助其阳极键合。

13.如权利要求12所述的阳极键合装置，其特征在于：

所述第一和第二键合板机构各包括支承表面，各支承表面限定用于与所述第一片材和所述第二片材中相应一个配合的支承平面；以及

所述升高和压力机构可操作以在所述第一键合板机构上施加可控制力，所述可控制力基本上垂直于其所述支承平面。

14.如权利要求13所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高和压力机构包括波纹管致动器，所述波纹管致动器可操作以响应提供给所述致动器的流体压力的变化来施加所述可控制力。

15.如权利要求14所述的阳极键合装置，其特征在于，所述流体是气体。

16.如权利要求13所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高和压力机构可操作以提供：

赋予所述第一键合板机构以粗略位移以将所述第一键合板机构朝向所述第二键合板机构移动的第一致动器功能；以及

对所述第一键合板机构施加所述可控制力的第二致动器功能。

17.如权利要求16所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高和压力机构包括活塞驱动致动器，所述活塞驱动致动器可操作以提供所述第一致动器功能。

18.如权利要求16所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高和压力机构包括波纹管致动器，所述波纹管致动器可操作以提供所述第二致动器功能。

19.如权利要求16所述的阳极键合装置，其特征在于，所述第一致动器功能致使所述第一和第二片材沿其相应表面初始接触。

20.如权利要求16所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高和压力机构包括：第一和第二致动器，所述第一和第二致动器可操作以分别提供所述第一和第二致动器功能，其中所述第一和第二致动器与所述第一键合板机构轴向对齐。

21.如权利要求20所述的阳极键合装置，其特征在于，所述第一和第二致动器设置成所述第一致动器的致动赋予所述第二致动器和所述第一键合板机构两者以所述粗略位移。

22.如权利要求21所述的阳极键合装置，其特征在于，所述第二致动器的致动不会赋予所述第一致动器任何位移。

23.一种阳极键合装置，包括：

第一键合板装置和第二键合板装置，所述第一键合板装置可操作以与第一片材配合、且所述第二键合板装置可操作以与第二片材配合，所述第一和第二键合板机构各包括支承表面，各支承表面限定用于与所述第一和第二片材中相应一个配合的支承表面；以及

打开和关闭机构，所述打开和关闭机构可操作地联接到所述第二键合板机构并可操作以：

(i)在关闭定向时辅助实现所述第一片材和第二片材沿其相应表面抵靠彼此的受控压力；以及

(ii)提供双运动打开曲线，其中第一运动将所述第二键合板机构与所述第一键合板机构沿基本上垂直于其相应支承平面的方向分开，且第二运动将所述第二键合板机构倾斜远离所述第一键合板机构，使得所述第二键合板机构的所述支承平面相对于所述第一键合板机构的所述支承平面倾斜。

24.如权利要求23所述的阳极键合装置，其特征在于，所述第一和第二键合板机构的所述支承平面在所述第二键合板机构的基本上所有的所述第一打开运动过程中都保持基本平行。

25.如权利要求23所述的阳极键合装置，其特征在于，所述打开和关闭机构包括：

升高组件，所述升高组件可操作以沿基本上垂直于所述第一键合板机构的所述支承平面的方向延伸和收缩；以及

安装板，所述安装板具有第一和第二端，所述第二键合板机构朝向所述安装板的第一端设置，且所述安装板在所述第一和第二端中间的位置枢转地联接到所述升高组件。

26.如权利要求25所述的阳极键合装置，其特征在于：

所述打开和关闭机构包括沿基本上平行于所述升高组件的定向延伸并在其第一端与所述安装板的所述第二端可滑动地配合的一个或多个止挡臂；以及

所述止挡臂允许在第一运动期间所述升高组件延伸有限行程时所述安装板的所述第二端运动，使得所述第二键合板机构沿基本上垂直于其相应支承平面的方向分开远离所述第一键合板机构。

27.如权利要求26所述的阳极键合装置，其特征在于，一个或多个止挡臂可操作以阻止所述安装板的所述第二端运动超过所述有限行程，使得所述升高组件的连续延伸在所述安装板的所述第二端处产生围绕所述安装板和所述升高组件的枢转联接的杠杆作用。

28.如权利要求27所述的阳极键合装置，其特征在于，所述安装板的所述第二端处的所述杠杆作用使所述第二键合板机构远离所述第一键合板机构倾斜。

29.如权利要求27所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高组件从所述第一和第二键合板机构的所述打开定向缩回使所述第二键合板机构通过所述安装板的所述第二端处的所述杠杆作用朝向所述第一键合板机构倾斜。

30.如权利要求29所述的阳极键合装置，其特征在于，所述升高组件的缩回可操作以使所述安装板的所述第二端实现所述有限行程的运动，使得所述升高组件的继续缩回从而使所述第二键合板机构沿基本上垂直于其相应支承平面的方向分开远离所述第一键合板机构。

31.一种阳极键合装置，包括：

第一键合板机构，所述第一键合板机构可操作以与所述第一片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

第二键合板机构，所述第二键合板机构可操作以与所述第二片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

间隔机构，所述间隔机构包括多个可移动垫片组件，所述间隔机构联接到所述第一键合板机构，并可操作以朝向所述第一和第二片材并在所述第一和第二片材之间对称地移动所述垫片组件以防止所述第一和第二片材的圆周边缘彼此接触。

32.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述第一片材是玻璃衬底和玻璃陶瓷衬底中的至少一种，且所述第二片材是施主半导体晶片。

33.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述间隔机构是基本上环形的构造并包括：

安装环，所述安装环固定地联接到所述第一键合板机构；以及

旋转环，所述旋转环旋转地联接到所述安装环，

其中所述多个垫片组件可滑动地联接到所述安装环，从而使它们可响应于所述旋转环的向前和向后转动而同步地移动到所述第一和第二片材之间的空间或移出所述空间。

34.如权利要求33所述的装置，其特征在于：

所述旋转环包括设置在其圆周边缘处的一个或多个凸轮；

所述相应垫片组件各包括与所述旋转环的所述一个或多个凸轮配合的一个或多个凸轮引导件，从而使所述旋转环转动时所述垫片组件同步地移入所述第一片材和第二片材之间的空间和/或移出所述空间。

35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述旋转环对于每个垫片组件包括一个凸轮狭槽，各凸轮狭槽螺旋形远离所述间隔机构的中心。

36.如权利要求31所述的装置，其特征在于：

所述第一和第二键合板机构各包括支承表面，各支承表面限定用于与所述第一片材和所述第二片材中相应一个配合的支承平面；以及

所述间隔机构可操作从而使所述垫片组件基本上平行于至少所述第一键合板机构的所述支承表面移动以***所述第一和第二片材之间或移出所述第一和第二片材之间。

37.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述间隔机构可操作以将所述垫片组件在所述第一和第二片材之间移动，从而能够仅在所述第一和第二片材的中心区域进行键合。

38.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述间隔机构可操作以在所述第一和第二片材在中心区域实现键合之后将所述垫片组件从所述第一和第二片材之间移出。

39.如权利要求37所述的装置，其特征在于，还包括至少一个预载柱塞，所述预载柱塞至少具有延伸穿过所述第一键合板机构的孔的电极，所述电极可操作以电连接到所述第一片材。

40.如权利要求39所述的装置，其特征在于，所述预载柱塞可操作以偏置抵靠所述第一片材并将所述第一片材移动抵靠在所述第二片材的中心区域的所述第二片材上。

41.如权利要求40所述的装置，其特征在于，所述预载柱塞可操作以对所述第一片材提供籽晶电压以在所述第一片材的中心区域产生所述第一和第二片材之间的键合。

42.一种装置，包括：

第一键合板机构，所述第一键合板机构可操作以与片材配合并对其提供受控加热、电压和冷却中的至少一种；

第二键合板机构，所述第二键合板机构可操作以与压纹工具配合并提供受控加热、电压和冷却中的至少一种，所述压纹工具上具有微结构；

压力机构，所述压力机构可操作地联接到所述第一和第二键合板机构并可操作以将所述第一和第二键合板机构朝向彼此推压来实现所述压纹工具抵靠所述片材沿其相应表面的受控压力；

控制单元，所述控制单元可操作以对所述第一和第二键合板机构以及压力机构产生控制信号来提供足以引起所述片材流入所述压纹工具的所述微结构的加热曲线。

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