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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Metallschicht, die in einen Träger eingebettet ist, insbesondere ein Verfahren zur Bearbeitung eines Bauelements mit einer Sandwich-Struktur, in die eine Metallschicht eingebettet ist, wie z. B. ein Verfahren zur Bearbeitung eines durch anodisches Bonden zusammengesetzten Bauelements mit einer metallischen Bondelektrodenschicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauelement mit einem Träger und einer in dem Träger eingebetteten Metallschicht, insbesondere ein mit dem genannten Verfahren hergestelltes Bauelement. Anwendungen der Erfindung sind bei der Herstellung von Werkzeugen zur Halterung oder Bewegung von Werkstücken unter der Wirkung elektrischer Felder oder von Widerstandsheizelementen oder bei der Markierung oder Mustererzeugung an Glas-Bauelementen gegeben.
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Es ist allgemein bekannt, dass dünne Metallschichten (funktionale Metallschichten), die auf der Oberfläche von elektrisch isolierenden Substraten, wie z. B. auf Glassubstraten gebildet sind, zahlreiche, verschiedenartige Funktionen erfüllen können. Dünne Metallschichten bilden z. B. transparente Elektroden zur Erzeugung elektrischer Felder in der Umgebung des Substrats, Widerstandselemente für eine elektrische Widerstandsheizung oder visuell wahrnehmbare Oberflächenmodifizierungen des Substrats bereitgestellt. Für eine Anpassung der Metallschicht auf dem Substrat an die jeweilige Funktion sind zahlreiche Verfahren zur Bearbeitung der Metallschicht, wie z. B. ein gezieltes Entfernen von Bereichen der Metallschicht, insbesondere durch Ablation oder Ätzen, bekannt.
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Die herkömmlichen Anwendungen dünner Metallschichten haben generell den Nachteil, dass eine Metallschicht auf einer Substratoberfläche durch Umgebungseinflüsse in störender Weise beeinträchtigt werden kann. Um dies zu verhindern, muss eine schützende Deckschicht auf der Metallschicht gebildet werden, was erst nach der Bearbeitung der Metallschicht für deren Anpassung an die jeweilige Funktion erfolgen kann und einen zusätzlichen, möglicherweise unerwünschten Verfahrensaufwand darstellt.
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Eine Anwendung dünner Metallschichten ist beispielsweise bei Werkzeugen für die Handhabung von Werkstücken unter der Wirkung elektrischer Felder, insbesondere bei Werkzeugen für die Handhabung von Wafern in der Halbleiterindustrie gegeben. Ein Haltelement (sog. elektrostatischer Clamp) für einen Wafer umfasst ein Bauteil in Form einer ebenen Platte, auf dem mindestens zwei Elektroden angeordnet sind. Bei Beaufschlagung der Elektroden mit einer Hochspannung wird in der Umgebung des elektrostatischen Clamps ein elektrisches Feld erzeugt, unter dessen Wirkung ein Wafer an den Clamp angezogen wird. Für die Dauer des Anliegens der Hochspannung kann der Wafer mit dem Clamp z. B. in einer Beschichtungsanlage zwischen verschiedenen Arbeitsstationen bewegt werden. Bei einem herkömmlichen elektrostatischen Clamp werden die Elektroden durch die Abscheidung einer Metallschicht auf der Oberfläche eines Trägers, eine nachträgliche Strukturierung der Metallschicht und eine Abdeckung der strukturierten Metallschicht durch eine isolierende Deckschicht gebildet. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner Komplexität, insbesondere bei der Anwendung mit Trägern, die aus anodisch gebondeten Glas-Trägerelementen bestehen, von Nachteil.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Metallschicht, insbesondere zur Bearbeitung einer Metallschicht bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die gezielte Anpassung der Metallschicht an eine vorbestimmte Funktion, wie z. B. die Einstellung einer vorbestimmten Form und/oder Flächengröße der Metallschicht, vereinfacht und/oder ein Schutz der Metallschicht gegenüber Umwelteinflüssen verbessert werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein verbessertes Bauelement mit einer Metallschicht bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Bauelemente überwunden werden, die eine Metallschicht tragen. Das Bauelement soll insbesondere für eine zuverlässige und reproduzierbare Anpassung der Metallschicht an die jeweilige Funktion geeignet sein und/oder einen zuverlässigen Schutz der Metallschicht gewährleisten. Insbesondere sollen mit der Erfindung neue Anwendungen funktionaler Metallschichten bereitgestellt werden.
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Die genannten Aufgaben werden durch ein Verfahren bzw. ein Bauelement mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung einer Metallschicht bereitgestellt, die in einen Träger eingebettet ist, wobei die Metallschicht derart erhitzt wird, dass die Metallschicht in einem Teilbereich in mindestens einen Isolatorabschnitt umgewandelt wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass Metallschichten, die einer Temperaturerhöhung unterzogen werden, selbst im eingebetteten Zustand im Träger einer chemischen Reaktion unterzogen werden, die in der Bildung des sich über die Dicke der Metallschicht erstreckenden Isolatorabschnittes resultiert. Die Erhitzung der Metallschicht umfasst eine lokal begrenzte Temperaturerhöhung mindestens eines Teilbereiches der eingebetteten Metallschicht, so dass gemäß der Erfindung die Metallschicht in dem mindestens einen Teilbereich in einen elektrischen Isolator umgewandelt wird. Das Material des Isolatorabschnitts, z. B. ein Metalloxid, ist vorteilhafterweise weiter fest mit dem Einbettungsmaterial des Trägers verbunden.
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Vorteilhafterweise wird mit der Erfindung ein einfach ausführbares Verfahren bereitgestellt, mit dem die Form und/oder Größe einer elektrisch leitfähigen Metallschicht im Inneren eines Trägers verändert wird, um die Metallschicht gezielt für eine vorbestimmte Funktion, z. B. als Elektrode oder Widerstandselement, anzupassen. Alternativ kann die Bearbeitung der Metallschicht mit dem Ziel erfolgen, den mindestens einen Isolatorabschnitt mit einer vorbestimmten Form zu bilden. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich die optischen, visuell wahrnehmbaren Eigenschaften des mindestens einen Isolatorabschnittes von denen der Metallschicht unterscheiden. Während eine Metallschicht z. B. hoch reflektierend ist, kann der mindestens eine Isolatorabschnitt z. B. absorbierend (insbesondere dunkel oder schwarz), transparent oder opak sein. Diese Eigenschaft ermöglicht, durch die Bearbeitung der Metallschicht im Träger ein vorbestimmtes, visuell wahrnehmbares Muster, wie z. B. ein Bild oder grafische Zeichen, insbesondere Schrift, zu erzeugen. Gemäß einer weiteren Alternative kann der mindestens eine Isolatorabschnitt gebildet werden, um einen Teil der Metallschicht, z. B. einen fehlerhaften Teil einer Elektrode, von der übrigen Metallschicht elektrisch zu isolieren.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Bauelement bereitgestellt, welches einen Träger aus einem festen Material und eine Metallschicht umfasst, die in dem Träger eingebettet ist. Die Metallschicht ist in einem Teilbereich in mindestens einen Isolatorabschnitt umgewandelt. Der mindestens eine Isolatorabschnitt ist in den Träger eingebettet und an die Metallschicht angrenzend angeordnet und durch eine wärmeinduzierte Umwandlung der Metallschicht gebildet.
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Die Ausführung der Erfindung ist vorteilhafterweise nicht auf bestimmte Materialien oder Dimensionen der Metallschicht beschränkt. Mit dem Begriff ”Metallschicht” wird jede Schicht einer elektrisch leitfähigen Substanz bezeichnet, die aus einem Metall besteht oder ein Metall enthält. Die Erfindung wird vorzugsweise an einer Metall-Dünnschicht ausgeführt, da in diesem Fall die Umwandlung der Metallschicht in den Isolatorabschnitt über die gesamte Dicke der Metallschicht erleichtert wird. Hierzu weist die Metallschicht bevorzugt eine Dicke auf, die geringer als 0,5 μm, besonders bevorzugt geringer als 0,25 μm beträgt. Um die Funktion der Metallschicht im Träger, z. B. als Elektrode oder als Heizwiderstand, zu gewährleisten, besitzt die Metallschicht vorzugsweise eine Dicke, die mindestens 100 nm, bevorzugt mindestens 250 nm beträgt. Mit dem Begriff ”Träger” wird jedes feste und hochschmelzende Material (Schmelzpunkt oberhalb von 500°C) bezeichnet, welches unempfindlich gegenüber der kurzzeitigen Temperaturerhöhung zur Umwandlung der Metallschicht in den mindestens einen Isolatorabschnitt und vorzugsweise elektrisch isolierend ist. Der Träger kann einstückig aus einem einzigen Material oder mehrteilig, insbesondere mehrschichtig aus Trägerelementen gebildet sein, die alle aus einem gemeinsamen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Die Metallschicht ist in den Träger eingebettet, d. h. im Träger so angeordnet, dass die Metallschicht entlang ihrer flächenhaften Ausdehnung beidseitig vom Träger begrenzt wird. Die Tiefe der Einbettung im Träger, insbesondere die Dicke der Trägerelemente, ist vorzugsweise mindestens 100 μm, und/oder vorzugsweise höchstens 10 mm, insbesondere höchstens 5 mm. Der Träger hat vorzugsweise ebenfalls eine flächenhafte Ausdehnung, z. B. die Gestalt einer ebenen oder gekrümmten Platte.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Metallschicht unter Verwendung von Laserstrahlung lokal erhitzt, um die Metallschicht am Ort der Bestrahlung mit der Laserstrahlung in einen Isolator umzuwandeln. Um mindestens einen Isolatorabschnitt mit einer linien- oder flächenhaften Ausdehnung zu erhalten, kann die Bestrahlung entlang der gewünschten Linie oder Fläche des mindestens einen Isolatorabschnitts wiederholt werden. Die Erhitzung der Metallschicht unter Verwendung von Laserstrahlung hat die folgenden Vorteile.
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Erstens kann die Temperaturerhöhung auf die Metallschicht beschränkt werden. Hierzu wird vorzugsweise Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet, die von der Metallschicht absorbiert wird und bei der der Träger transparent ist. Typischerweise ist die Wellenlänge der Laserstrahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich gewählt, während der Träger zumindest auf der Seite, von der die Laserstrahlung auf die Metallschicht gerichtet wird, für Laserstrahlung der gewählten Wellenlänge transparent ist. Zweitens ermöglicht die Laserstrahlung eine lokale Erhitzung der Metallschicht. Die Umwandlung der Metallschicht in den Isolatorabschnitt ist jeweils auf den Bestrahlungsort beschränkt und ohne störende Schädigung des Einbettungsmaterials möglich, so dass die umgebenden Materialien des Trägers und der angrenzenden Metallschicht nahezu unbeeinflusst bleiben. Unerwünschte Veränderungen des Trägers, wie z. B. thermisch induzierte Verbiegungen, können vermieden werden. Des Weiteren ermöglicht die lokal wirkende Laserstrahlung eine Bearbeitung der Metallschicht mit einer hohen Ortsauflösung. Dies ist insbesondere für die Strukturierung von Elektroden von Vorteil. Drittens bietet die Laserstrahlung die Möglichkeit, den mindestens einen Bestrahlungsort auf der Metallschicht einfach einzustellen oder zu verändern. So ist zur Bildung eines linien- oder flächenhaften Isolatorabschnittes vorgesehen, den Lichtweg der Laserstrahlung und den Träger mit der Metallschicht relativ zueinander zu bewegen, um die Metallschicht entlang einer Linie oder Fläche in den mindestens einen Isolatorabschnitt umzuwandeln. Der Lichtweg der Laserstrahlung kann unter Verwendung einer beweglichen Umlenkoptik relativ zum Träger bewegt werden, oder der Träger kann durch einen mechanischen Antrieb relativ zum Lichtweg der Laserstrahlung bewegt werden.
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Die Laserstrahlung kann auf die Metallschicht fokussiert werden. Die fokussierte Bestrahlung kann Vorteile in Bezug auf die Einstellung einer besonders hohen Umwandlungstemperatur und die Bildung des Isolatorabschnitts mit einer hohen Ortsauflösung haben. Alternativ kann eine unfokussierte Bestrahlung vorgesehen sein. Wenn die Intensität der Laserstrahlung zur Erzielung der gewünschten Umwandlungstemperatur ausreichend hoch ist, kann in diesem Fall ein im Vergleich zur fokussierten Bestrahlung größerer Isolatorabschnitt gebildet werden. Um einen streifenförmigen Isolatorabschnitt mit einer bestimmten Streifenbreite zu bilden, kann durch die Defokussierung ein Bestrahlungsfeld mit einem Durchmesser gleich der gewünschten Bestrahlungsbreite erzeugt werden.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die Bearbeitung einer einzigen Metallschicht beschränkt, die in den Träger eingebettet ist. Der Träger kann vielmehr eine Sandwich-Struktur aufweisen, in die zwei oder mehr Metallschichten übereinander und durch schichtförmige Trägerelemente getrennt angeordnet sind. Die Metallschichten können selektiv bearbeitet werden, z. B. um komplexe räumliche Elektrodenanordnungen zu bilden. Die selektive Bearbeitung ist z. B. durch eine gezielte Fokussierung der Laserstrahlung auf eine bestimmte Schichttiefe im Träger und/oder durch eine Verwendung von Metallen möglich, die in verschiedenen Spektralbereichen absorbieren.
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Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass der Abschnitt der Metallschicht, der durch die Temperaturerhöhung umgewandelt wird, elektrisch isolierend ist. Metall in der Metallschicht wird durch die Temperaturerhöhung, insbesondere unter der Wirkung der Laserstrahlung, zumindest teilweise oxidiert, um den Isolatorabschnitt zu bilden. Der für die Oxidation erforderliche Sauerstoff kann in der Metallschicht enthalten sein. Vorzugsweise umfasst jedoch auch der Träger, in den die Metallschicht eingebettet ist, ein Material, das Sauerstoff enthält, wie z. B. eine anorganische Oxidverbindung. Vorteilhafterweise wird damit die Bereitstellung von Sauerstoff für die Umwandlung der Metallschicht erleichtert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Träger zwei elektrisch isolierende Trägerelemente, zwischen denen die Metallschicht angeordnet ist. Mindestens eines der Trägerelemente ist vorzugsweise transparent, so dass durch das transparente Trägerelement die Laserstrahlung auf die Metallschicht gerichtet werden kann. Für zahlreiche Anwendungen der Erfindung, z. B. in einem elektrostatischen Clamp, in einer elektrischen Heizeinrichtung oder zur Erzeugung eines visuell wahrnehmbaren Musters, ist mindestens eines der Trägerelemente ein Glas-Trägerelement, z. B. aus AF-Glas oder BE-Glas (geschützte Bezeichnungen). Das zweite Trägerelement kann ebenfalls aus Glas oder z. B. aus einer Keramik bestehen.
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Zur Bildung eines mechanisch stabilen Trägers und zur zuverlässigen Einbettung der Metallschicht im Träger sind die Trägerelemente vorzugsweise durch Bonden (insbesondere anodisches Bonden) oder durch eine Hochtemperaturklebung (Glasfrit) verbunden. Gemäß bevorzugten Varianten der Erfindung ist die Metallschicht aus Chrom (Cr), Titan (Ti) und/oder Aluminium (Al) gebildet. Die Metallschicht kann z. B. eine Bondelektrode, insbesondere eine Cr-Bondelektrode, zwischen gebondeten Trägerelementen umfassen, die den Träger bilden. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine Bondelektrode zum anodischen Bonden von Glas- und/oder Keramik-Trägerelementen zusätzlich zur Bildung von mindestens einer strukturierten Metallschicht in einem Bauelement zu verwenden, das die gebondeten Trägerelemente enthält.
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Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Varianten, den mindestens einen Isolatorabschnitt in der Metallschicht bereitzustellen. Beispielsweise kann der mindestens eine Isolatorabschnitt die Metallschicht in mindestens zwei getrennte Metallschichtabschnitte unterteilen. Diese Variante der Erfindung ist insbesondere für die Herstellung eines elektrostatischen Clamps von Vorteil, der zwei flächige Elektroden enthält, die zur Beaufschlagung mit einer Hochspannung vorgesehen sind. Des Weiteren kann der mindestens eine Isolatorabschnitt im Träger eine vorbestimmte Anordnung von Elektroden mit frei wählbarer Geometrie bilden. Eine Elektrodenanordnung kann z. B. Elektrodenflächen und/oder Elektrodenstreifen, insbesondere gerade oder gekrümmte Elektrodenstreifen, umfassen. Beispielsweise kann eine Elektrodenanordnung zwei Elektroden mit kammförmigen, ineinandergreifenden Elektrodenstreifen umfassen. Eine derartige Elektrodenanordnung kann bei Beaufschlagung mit elektrischen Wechselfeldern als berührungs freier elektrischer Antrieb (Linearantrieb) verwendet werden.
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Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Bearbeitung der Metallschicht erfolgt, um deren Eigenschaften z. B. als Elektrode anzupassen. Alternativ kann bei bestimmten Anwendungen der Erfindung die Bereitstellung des mindestens einen Isolatorabschnittes mit einer vorbestimmten Form von Interesse sein. Der mindestens eine Isolatorabschnitt bildet z. B. eine dunkle, teiltransparente Schicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in den Träger ein Muster eingeschrieben werden, um z. B. einen dekorativen Effekt zu erzielen oder ein Bauelement zu markieren.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Anwendung umfasst das erfindungsgemäße Bauteil ein Halteelement einer elektrostatischen Halteeinrichtung (elektrostatischer Clamp). Der elektrostatische Clamp umfasst vorzugsweise zwei Glas-Trägerelemente, die den Träger bilden und zwischen denen die Metallschicht eingebettet ist. Die Metallschicht ist z. B. eine Bondelektrodenschicht (Bondelektrode), die zum Verbinden der Glas-Trägerelemente durch anodisches Bonden vorgesehen ist. Zur Bildung des elektrostatischen Clamps ist die Metallschicht in mindestens zwei flächige Elektroden unterteilt, die durch den mindestens einen, erfindungsgemäß herstellten Isolatorabschnitt voneinander getrennt sind.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Anwendung umfasst das erfindungsgemäße Bauelement eine Antriebseinrichtung, die zur Bewegung eines Werkstücks unter der Wirkung elektrischer Wechselfelder (Wanderfelder, Linearantrieb) eingerichtet ist. Besonders bevorzugt wird auch in diesem Fall der Träger durch zwei anodisch gebondete Glas-Trägerelemente gebildet, wobei die zum Bonden vorgesehene Metallschicht erfindungsgemäß in eine Elektrodenanordnung aus mindestens zwei Elektroden mit einer Vielzahl von Elektrodenflächen und/oder Elektrodenstreifen umgewandelt ist.
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Gemäß einer dritten Anwendung umfasst das erfindungsgemäße Bauelement vorzugsweise mindestens einen elektrischen Widerstand, insbesondere mindestens einen elektrischen Heizwiderstand. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Größe der Metallschicht und damit deren elektrischen Flächenwiderstand einzustellen.
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Schließlich umfasst das erfindungsgemäße Bauteil gemäß einer weiteren Anwendung der Erfindung ein Glasbauteil, in dem der mindestens eine erfindungsgemäß herstellte Isolatorabschnitt ein visuell wahrnehmbares Muster für Dekorations- und/oder Markierungszwecke bildet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1: eine schematische Illustration einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitung einer Metallschicht;
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2: eine schematische Draufsicht auf ein elektrostatisches Clamp, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;
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3: eine schematische Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung für einen berührungslosen Antrieb, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;
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4: eine schematische Draufsicht auf einen elektrischen Heizwiderstand, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist; und
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5: eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bauelement, in dem der mindestens eine Isolatorabschnitt ein visuell wahrnehmbares Muster bildet.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Bauelements gemäß der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf die Bearbeitung einer Metallschicht beschrieben, die eine Bondelektrodenschicht in einem durch anodisches Bonden aus zwei Trägerelementen gefügten Träger ist. Das Verfahren zur Herstellung des Trägers durch anodisches Bonden wird im Einzelnen nicht beschrieben, da dieses an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es wird betont, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf die Bearbeitung einer Bondelektrodenschicht in einem durch Bonden hergestellten Träger beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung auch bei der Bearbeitung von Metallschichten angewendet werden, die in anderen Trägern eingebettet sind, die z. B. aus zwei miteinander verklebten Trägerelementen bestehen. Des Weiteren wird beispielhaft auf die Umwandlung der Metallschicht unter Verwendung von Laserstrahlung Bezug genommen. Alternativ kann eine lokal begrenzte Erhitzung z. B. durch eine maskierte Wärmestrahlung vorgesehen sein.
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1 illustriert in schematischer Schnittansicht einen Träger 2 mit einer eingebetteten Metallschicht 1, die unter der Wirkung von Laserstrahlung 4 in einen Isolatorabschnitt 3 umgewandelt wird. Der Träger 2 umfasst zwei Trägerelemente 5, 6, von denen das untere Trägerelement eine isolierende Keramik oder ein Glas umfasst und eine Dicke von z. B. 15 mm aufweist. Das obere Trägerelement 6 besteht z. B. aus AF-Glas (geschützte Bezeichnung) mit einer Dicke von 0,1 mm. Die Metallschicht 1 besteht z. B. aus Cr mit einer Dicke von 250 nm.
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Zur Umwandlung der Metallschicht 1 in den Isolatorabschnitt 3 wird die Laserstrahlung 4 (z. B. λ = 355 nm) defokussiert auf die Metallschicht 1 gerichtet. Die defokussierte Laserstrahlung 4 hat auf der Metallschicht 1 einen Strahldurchmesser, der vom Grad der Defokussierung abhängt und in einem konkreten Ausführungsbeispiel z. B. 0,1 mm beträgt. Alternativ kann eine fokussierte Bestrahlung vorgesehen sein, deren Strahlungsfeld auf der Metallschicht 1 in einem konkreten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser kleiner oder gleich 40 μm, z. B. 10 μm hat.
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Durch eine Bewegung der Laserstrahlung 4 relativ zum Träger 2 wird die Metallschicht 1 entlang eines vorbestimmten Linien- oder Streifenverlaufs in den Isolatorabschnitt 3 umgewandelt. Die Bewegung erfolgt z. B. mit einer Geschwindigkeit (Schreibgeschwindigkeit) von 7,5 mm/s. Die Breite des Streifens ist gleich dem Strahldurchmesser auf der Metallschicht 1. Um einen streifenförmigen Isolatorabschnitt 3 mit einer Breite von z. B. 140 μm zu bilden, erfolgt die fokussierte Bestrahlung mit einem Strahldurchmesser von 40 μm z. B. entlang von zehn einander überlappend-versetzten Linien.
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Wenn der Isolatorabschnitt 3 mit einer vorbestimmten Breite erzeugt werden soll und die Intensität der Laserstrahlung 4 im Strahlungsfeld mit einem Durchmesser gleich dieser Breite nicht ausreichen würde, um eine genügend hohe Umwandlungstemperatur einzustellen, kann eine wiederholte, jeweils versetzte Bestrahlung mit einem Strahldurchmesser, der geringer als die Streifenbreite ist, vorgesehen sein. Um flächenhafte Isolatorabschnitte zu erzeugen, kann die Metallschicht 1 entsprechend entlang einem Bestrahlungsverlauf linienförmig bestrahlt werden, bis die gewünschte Fläche vollständig in den Isolatorabschnitt umgewandelt ist. Zur Erzeugung eines Isolatorabschnitt in Gestalt einer Kreisfläche ist z. B. eine Bestrahlung vorgesehen, bei der die Metallschicht 1 entlang konzentrischer Kreise in den Isolator umgewandelt wird.
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Die Wahl der Leistung der Laserstrahlung und der Defokussierung auf der Metallschicht 1 wird so gewählt, dass in der Metallschicht 1 die gewünschte Umwandlungstemperatur erzielt wird. Die Umwandlungstemperatur hängt von dem Metall in der Metallschicht 1, der Dicke der Metallschicht 1 und der Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Metallschicht 1 und/oder im umgebenden Material des Trägers 2 ab und liegt z. B. im Bereich von 1000°C bis 3000°C. Es ist nicht zwingend erforderlich, die Umwandlungstemperatur zu kennen. Vielmehr ist es zur Ausführung der Erfindung ausreichend, die Laserstrahlung 4 (Intensität und/oder Strahldurchmesser auf der Metallschicht 1) so einzustellen, dass die gewünschte Umwandlung der Metallschicht 1 erfolgt. Diese Einstellung kann vom Fachmann durch einfache Versuche oder aus einer Abschätzung der Temperatur einer die Laserstrahlung absorbierenden Metallschicht auf einer freien Oberfläche eines Trägers realisiert werden. Dabei ist die Bearbeitungsleistung z. B. gleich einer Verdampfungs- und/oder Abtragsleistung des Metalls an der Atmosphäre.
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2 illustriert schematisch eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Bauelements gemäß der Erfindung, das einen elektrostatischen Clamp 10 (elektrostatisches Halteelement 10) bildet. Das Bauelement umfasst einen Träger 2, der, wie in 1 dargestellt, aus zwei Trägerelementen durch anodisches Bonden zusammengesetzt ist und in den eine Metallschicht 1 eingebettet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in der Metallschicht 1 ein Isolatorabschnitt 3 in Gestalt eines Kreisringes 3.1 mit einem im Kreisring 3.1 quer verlaufenden Streifen 3.2 gebildet. Dadurch wird die Metallschicht 1 in zwei Elektroden 1.1, 1.2 jeweils in Gestalt einer Halbkreisfläche und eine Ringelektrode 1.3 unterteilt. Der Durchmesser des Trägers 2 beträgt z. B. 33 cm. Die Breite des Isolatorabschnitts 3 entlang des Kreisrings 3.1 und entlang des Streifens 3.2 beträgt z. B. 140 μm oder 250 μm. Die Breite der Ringelektrode 1.3 beträgt z. B. 2 cm.
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Die Elektroden 1.1, 1.2 und 1.3 sind vollständig vom oberen Glas-Trägerelement (z. B. Trägerelement 6 in 1) bedeckt, so dass sie elektrisch von der Umgebung isoliert sind. Des Weiteren sind die Elektroden 1.1, 1.2 und 1.3 relativ zueinander durch den Isolatorabschnitt 3 isoliert. Zur Kontaktierung der Elektroden 1.1, 1.2 und 1.3 sind in dem oberen Glas-Trägerelement Kontaktlöcher 7.1, 7.2 und 7.3 gebildet, durch die eine elektrische Verbindung der Elektroden 1.1, 1.2 und 1.3 mit einer Spannungsversorgung 20 erfolgt. Die Kontaktlöcher 7.1, 7.2 und 7.3, die z. B. einen Durchmesser von 3 mm haben, werden z. B. durch Ätzen des oberen Glas-Trägerelements mit Flusssäure (HF) gebildet. Das Ätzen der Kontaktlöcher 7.1, 7.2 und 7.3 erfolgt unter Verwendung einer Folienmaskierung. Die Metallschicht 1 dient beim Ätzen als Ätzstopp. Alternativ zum Ätzen können die Kontaktlöcher 7.1, 7.2 und 7.3 im oberen Trägerelement mechanisch durch Bohren oder Schleifen vor dem Bonden erzeugt werden. Die Spannungsversorgung 20 umfasst eine Hochspannungsquelle, die eingerichtet ist, die Elektroden 1.1 und 1.2 mit einer positiven bzw. negativen Hochspannung, z. B. +/–4 kV, zu beaufschlagen und die Ringelektrode 1.3 mit Massepotential zu verbinden.
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Der elektrostatische Clamp 10 umfasst für die Anwendung zum Transport von Werkstücken, z. B. Halbleiter-Wafern, des Weiteren eine Halteeinrichtung und/oder eine Antriebseinrichtung, die als solche wie bei herkömmlichen elektrostatischen Clamps gebildet und in 2 nicht dargestellt sind. Der elektrostatische Clamp 10 kann abweichend von 2 mit anderen Elektrodenformen oder mit weiteren Teilelektroden ausgestattet sein.
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3 illustriert in schematischer Draufsicht ein weiteres Bauelement, das eine Antriebseinrichtung 11 zur Bewegung eines Werkstücks unter der Wirkung wandernder elektrischer Felder bildet. In diesem Fall ist der Träger 2 ebenfalls, wie in 1 dargestellt, aus zwei Trägerelementen durch anodisches Bonden über eine zwischenliegende Bondelektrodenschicht hergestellt. Die Bondelektrodenschicht bildet die Metallschicht 1, die für die Ausführungsform gemäß 3 in eine Elektrodenanordnung mit zwei kammförmigen Elektroden 1.4, 1.5 strukturiert ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Isolatorbereich 3 gebildet, der sich aus einem mäanderförmigen Streifen und einem rechteckigen Streifenrahmen zusammensetzt.
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Jede der Elektroden 1.4, 1.5 der Elektrodenanordnung wird über ein Kontaktloch 7.1, 7.2 im oberen Trägerelement kontaktiert und mit einer Spannungsversorgung (nicht dargestellt) verbunden. Die kammförmigen Elektroden 1.4, 1.5 sind mit ineinandergreifenden streifenförmigen Elektrodenfingern gebildet und können mit elektrischen Wechselspannungen jeweils entgegengesetzter Polarität beaufschlagt werden. Im Ergebnis können mit den Elektroden 1.4, 1.5 an das Bauelement 11 angrenzend wandernde elektrische Felder erzeugt werden, unter deren Wirkung ein Werkstück, wie z. B. ein Halbleiter-Wafer, auf einem Gasbett bewegt werden kann.
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Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf das illustrierte Layout der Elektrodenanordnung beschränkt, sondern in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung, z. B. in Abhängigkeit von der gewünschten Ausrichtung der Feldwirkung abwandelbar.
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4 illustriert ein weiteres Bauelement in Gestalt eines Heizwiderstandes 12, in dem eine Metallschicht 1 zur Bildung eines vorbestimmten elektrischen Widerstandwertes strukturiert ist. Der Träger 2 des Heizwiderstandes 12 umfasst, wie in 1 dargestellt, zwei Trägerelemente, die durch anodisches Bonden verbunden sind, wobei die Bondelektrodenschicht die Metallschicht 1 bereitstellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Isolatorabschnitt 3 so geformt, dass eine mäanderförmige Elektrode 1.6 gebildet wird. Durch die Einstellung der Breite des Isolatorabschnitts 3 kann der Flächenwiderstand der Elektrode 1.6 und damit z. B. eine Heizleistung eines Heizwiderstands 12 eingestellt werden (Trimmen des Widerstandes).
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Schließlich illustriert 5 die Erzeugung eines visuell wahrnehmbaren Musters in einer Anzeigeeinrichtung 13 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Träger 2 der Anzeigeeinrichtung 13 ist die Metallschicht 1 eingebettet. Die Metallschicht 1 ist spiegelnd reflektierend. Durch die lokal begrenzte Temperaturerhöhung der Metallschicht 1 werden mehrere Isolatorabschnitte 3 gebildet, in denen das Metall der Metallschicht 1 in ein stark absorbierendes, z. B. schwarzes Muster umgewandelt ist.
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Die in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
