DE102020100848B4 - Verfahren zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats mittels Laserstrahlung - Google Patents
Verfahren zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats mittels Laserstrahlung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020100848B4 DE102020100848B4 DE102020100848.1A DE102020100848A DE102020100848B4 DE 102020100848 B4 DE102020100848 B4 DE 102020100848B4 DE 102020100848 A DE102020100848 A DE 102020100848A DE 102020100848 B4 DE102020100848 B4 DE 102020100848B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glass substrate
- changed
- modifications
- laser radiation
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 15
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 8
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
- C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
- C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
- B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
- C03C21/005—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to introduce in the glass such metals or metallic ions as Ag, Cu
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/54—Glass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
Verfahren zur Mikrostrukturierung eines insbesondere plattenförmigen Glassubstrats (1) mittels Laserstrahlung (2) durch Einbringen einseitiger Ausnehmungen (3) in das Glassubstrat (1), bei dem der Fokus der Laserstrahlung (2) eine räumliche Strahlformung entlang einer Strahlachse erfährt und bei dem mittels der Laserstrahlung (2) entlang der Strahlachse Modifikationen (4) in dem Glassubstrat (1) erzeugt werden, sodass anschließend die Ausnehmungen (3) durch die Einwirkung eines ätzenden Mediums durch einen anisotropen Materialabtrag in dem jeweiligen Bereich der Modifikationen (4) in dem Glassubstrat (1) erzeugt werden, wobei die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) vor der Einwirkung eines ätzenden Mediums partiell verändert wird,dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) vor dem Einbringen der Modifikationen (4) in das Glassubstrat (1) partiell verändert und so zumindest ein Bereich (5) veränderter Eigenschaften geschaffen wird, in dem die Modifikationswirkung unterbunden oder stark verzögert wird, oder die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) nach dem Einbringen der Modifikationen (4) in das Glassubstrat (1) verändert wird, sodass der Materialabtrag in dem Ätzbad aufgrund der geänderten Zusammensetzung entsprechend beschleunigt oder verzögert stattfindet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mikrostrukturierung eines insbesondere plattenförmigen Glassubstrats mittels Laserstrahlung durch Einbringen einseitiger Ausnehmungen als Sackloch ohne eine Durchbrechung in das Glassubstrat oder zur Reduzierung der Materialstärke des Glassubstrats und zur Materialschwächung, bei dem der Fokus der Laserstrahlung eine räumliche Strahlformung entlang einer Strahlachse der Laserstrahlung erfährt und bei dem mittels der Laserstrahlung entlang der Strahlachse Modifikationen in dem Glassubstrat erzeugt werden, sodass anschließend die Mikrostrukturen oder Ausnehmungen durch die Einwirkung eines ätzenden Mediums und durch sukzessives Aufätzen infolge des anisotropen Materialabtrags in dem jeweiligen Bereich der Modifikationen in dem Glassubstrat erzeugt werden, wobei die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats vor der Einwirkung eines ätzenden Mediums partiell verändert wird.
- Aus der
US 2016 / 0 362 331 A1 ist die Behandlung von Glassubstraten mittels Ätzlösungen bekannt. Hierzu wird ein gepulster Laserstrahl auf das Glassubstrat gerichtet und es werden Pilotlöcher in dem Glassubstrat erzeugt. Das Glassubstrat wird dann einer Ätzbehandlung zur Erzeugung von Durchgangslöchern sowie einem Verfestigungsprozess, wie beispielsweise einem lonenaustauschverfahren, unterzogen. Der Ionenaustauschprozess erzeugt eine Druckspannung an den Oberflächen des Glassubstrats. - Aus der
DE 35 25 661 C2 ist ein lonenaustauschverfahren bekannt, bei dem die Oberfläche eines Substrats mit einem flüssigen Medium in Berührung gebracht wird. An das Substrat wird ein elektrisches Feld angelegt, welches das Einwandern der Ionen aus dem flüssigen Medium in das Substrat und das Auswandern der Ionen aus dem Substrat unterstützt. - Bei dem beispielsweise aus der
WO 2014/161534 A2 bekannten laserinduzierten Tiefenätzen wird ein transparentes Material, beispielsweise eine Glasplatte, mittels eines Laserpulses oder einer Pulsfolge über einen länglichen Bereich entlang der Strahlachse, häufig über die gesamte Dicke des transparenten Materials, modifiziert und dieses anschließend in einem nasschemischen Ätzbad anisotrop geätzt. - Aus der
WO 2016/041544 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen einer Ausnehmung, beispielsweise ein Sackloch, in ein plattenförmiges Glassubstrat mittels Laserstrahlung bekannt, wobei es aufgrund der Einwirkung eines ätzenden Mediums durch sukzessives Aufätzen zu einem anisotropen Materialabtrag in den modifizierten Bereichen des Glassubstrats kommt. - Ferner offenbart die
DE 10 2010 004 442 B4 ein optisches Bauelement zur Lichtwellenleitung mit einem in einem Glassubstrat integrierten Wellenleitermuster, das durch insbesondere feldunterstützte Ionendiffusion ausgebildet wird. Die Lichtwellenleiter sind vorzugsweise als Multimode-Wellenleiter erzeugt. - Ferner betrifft die
DE 35 25 661 C2 ein Verfahren, um auf einfache Weise einen feldunterstützten Ionenaustausch in einem Glassubstratmaterial, beispielsweise aus anorganischem Glas oder aus anorganischen kristallinen Feststoffen, durchzuführen. - Als nachteilig erweist sich bei den laserinduzierten Ätzverfahren allerdings, dass die Ätzwirkung grundsätzlich in den modifizierten Bereichen über die gesamten Materialstärke des Glassubstrats homogen verläuft, was insbesondere die Herstellung von Durchgangslöchern begünstigt. Hiervon abweichende Strukturen, beispielsweise zur Herstellung von Sacklöchern oder sonstigen einseitigen Ausnehmungen, erfordern hingegen zusätzliche Maßnahmen zur Steuerung des Ätzangriffs auf den gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise durch ein Ätzresist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, bedarfsweise einen steuerbaren, insbesondere inhomogenen Ätzprozess in den modifizierten Bereichen zu erreichen. Insbesondere soll so beispielsweise die Ätztiefe problemlos einstellbar sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats vor der Einwirkung eines ätzenden Mediums partiell verändert wird und so zumindest ein Bereich veränderter Eigenschaften und ein Bereich unveränderter Eigenschaften des Glassubstrats geschaffen wird, indem die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats vor dem Einbringen der Modifikationen partiell verändert und so zumindest ein Bereich veränderter Eigenschaften geschaffen wird, in dem die Modifikationswirkung unterbunden oder stark verzögert wird, oder die chemische Zusammensetzung nach dem Einbringen der Modifikationen in das Glassubstrat verändert wird, sodass der Materialabtrag in dem Ätzbad aufgrund der geänderten Zusammensetzung entsprechend beschleunigt oder verzögert stattfindet. Die durch die veränderte Zusammensetzung bewirkten und somit in diesem Bereich abweichenden chemischen oder physikalischen Eigenschaften führen dementsprechend zu abweichenden Modifikationen. Infolgedessen ist auch die Ätzrate bei der nachfolgenden Einwirkung des ätzenden Mediums und der Materialabtrag entsprechend verändert. Aufgrund der zweistufigen Natur des LIDE-Prozesses, der vor allem zur Mikrostrukturierung von Glassubstraten eingesetzt wird, kann die veränderte Ätzrate genutzt werden, um bestimmte Strukturen zu erzeugen, die bisher nicht oder nur mit sehr großem Aufwand hergestellt werden konnten. Die Tiefe der Modifikationen und somit der Ätzabtrag kann durch die veränderten Eigenschaften beispielsweise so gesteuert werden, dass die entstehenden Ausnehmungen lediglich bis zu einer gemeinsamen Ebene erzeugt werden, also durch eine ebene Fläche des Glassubstrats begrenzt werden und die insbesondere nicht wie beim Stand der Technik durch eine Aneinanderreihung von kegelförmigen Vertiefungen gebildet sind. Selbstverständlich können so auch durch mehrere Bereiche mit jeweils abweichenden Eigenschaften bestimmte Konturen erzeugt werden. Beispielsweise können solche Bereiche zusammenhängend, aneinandergrenzend oder voneinander beabstandet in das Glassubstrat eingebracht werden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die beim LIDE-Verfahren prinzipiell entlang der Strahlachse innerhalb des Glassubstrats zwischen den Außenflächen durchgehend entstehenden Modifikationen durch die Veränderung der chemischen Zusammensetzung oder deren physikalischen Eigenschaften an der Ebene des Bereichs mit den veränderten Eigenschaften gestoppt, zumindest aber derart verzögert werden, dass eine weitergehende Modifikation und damit ein nachfolgender Ätzangriff in diesem Bereich praktisch nicht auftritt. Insbesondere können auf diese Weise auch solche Bereiche geschaffen werden, die von einer unerwünschten Modifikation ausgeschlossen werden, wobei diese Bereiche bedarfsweise auch lediglich partiell in der Haupterstreckungsebene des Glassubstrats erzeugt werden können und sich insbesondere nicht zwingend über die gesamte Fläche erstrecken.
- Indem die Zusammensetzung des Glassubstrats nach dem Einbringen der Modifikationen verändert wird, sodass der Materialabtrag in dem Ätzbad aufgrund der geänderten Zusammensetzung entsprechend beschleunigt oder verzögert stattfindet, können auch solche Änderungen der Zusammensetzung des Glassubstrats vorgenommen werden, die anderenfalls zu einer Veränderung oder einer Beeinträchtigung der Modifikationen auch in den nicht von der Änderung der Zusammensetzung des Glassubstrats betroffenen Bereichen führen und daher den Prozess in unerwünschter Weise beeinflussen würden.
- Dadurch, dass die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats vor dem Einbringen der Modifikationen in das Glassubstrat partiell verändert wird, wird die entlang der Strahlachse in das Glassubstrat einwirkende Laserstrahlung und die damit verbundenen Modifikationen an der Ebene der geänderten chemischen Zusammensetzung des Glassubstrats unterbrochen.
- Dabei wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens nicht etwa die Durchlässigkeit des Glassubstrats für das Licht mit der Wellenlänge des Laserstrahls entlang der Strahlachse unterbrochen, sondern lediglich die aufgrund der Laserstrahlung entstehenden Modifikationen vermieden oder der Entstehung zumindest wesentlich verzögert. Hierzu durchdringt die Laserstrahlung entlang der Strahlachse sowohl zumindest einen Bereich veränderter Eigenschaften als auch zumindest einen Bereich unveränderter Eigenschaften des Glassubstrats.
- Die Änderung der Zusammensetzung kann mittels an sich bekannter chemischer oder physikalischer Verfahren vorgenommen werden. Eine besonders Erfolg versprechende Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats durch Eindiffundieren von Ionen verändert wird, wobei die Ionen durch Diffusion oder Ionenaustausch bis zur gewünschten Schichtdicke bzw. Tiefe des Glassubstrats in die Glasoberfläche eindringen. Hierzu können beispielsweise Silberionen mit physikalischen oder chemischen Verfahren in das Glassubstrat eingebracht werden. Eine physikalische Methode zum nachträglichen Einbringen von Silberionen in das Glassubstrat ist die Ionenimplantation. So lassen sich durch ein elektrisches Feld beschleunigte Silberionen in oberflächennahe Glasbereiche implantieren. Bei geeigneter Durchführung können dabei Silberpartikel gebildet werden. Chemisch werden dabei Alkaliionen des Glassubstrats durch andere Ionen, beispielsweise Silberionen, ausgetauscht. Bei entsprechender Prozessführung kann sich der Ionenaustausch bis tief in das Innere des Glassubstrats erstrecken. Beispielsweise kann unter oxidierenden Bedingungen metallisches Silber direkt auf die Außenfläche des Glassubstrats aufgetragen werden, wobei oxidiertes Silber während des Ionenaustauschs in das Glas einwandert. Eine Modifizierung des Ionenaustauschs ist durch eine elektrochemische Prozessführung möglich.
- Vorzugsweise wird das Glassubstrat durch Diffusion oder Ionenaustausch von Silberionen verändert, indem Ag+-Ionen bis zur gewünschten Schichtdicke in das Glassubstrat eindringen.
- Dabei hat es sich bereits als besonders praxisnah erwiesen, wenn sich der Bereich veränderter Eigenschaften zwischen einer Außenfläche und einer insbesondere parallel beabstandeten Ebene zwischen den gegenüberliegenden Außenflächen erstreckt, wobei der Bereich zu den beiden gegenüberliegenden Außenflächen jeweils einen Abstand aufweist oder aber durch eine Außenfläche des Glassubstrats begrenzt sein kann.
- Dabei werden in besonders vorteilhafter Weise die Modifikationen mit einer Erstreckung bis in den Bereich veränderter Eigenschaften eingebracht oder enden dort. Aufgrund der veränderten Eigenschaften des Glassubstrats hinsichtlich der einzubringenden Modifikationen endet der nachfolgende Ätzabtrag zuverlässig an der Grenzschicht zu dem Bereich.
- Eine weitere, besonders praxisgerechte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das modifizierte Glassubstrat in ein Ätzbad eingetaucht und isotrop geätzt wird. In dem Bereich der Modifikationen in dem Glassubstrat erfolgt der Ätzabtrag sehr viel schneller und endet an der Grenzschicht bzw. wird dort wesentlich verzögert, wodurch auch dann Sacklöcher entstehen, wenn der Ätzangriff allseitig erfolgt.
- Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird darüber hinaus das Einbringen von Ionen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an gegenüberliegenden Seiten des Glassubstrats gesteuert und so die Eindringtiefe der Ionen bestimmt. Hierzu wird eine elektrische Spannung an zwei Elektroden angelegt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Glassubstrats angeordnet sind. Die elektrische Spannung führt dazu, dass die Ionen tiefer und/oder schneller in das Glassubstrat eindiffundieren. Dadurch lässt sich die Position der Diffusionsschicht als der Bereich der Modifikationen in dem Glassubstrat sehr genau steuern. Beim anschließenden LIDE-Prozess wird das nasschemische Ätzen an der so geschaffenen Diffusionsschicht gestoppt.
- Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
-
1 eine Abfolge der Verfahrensschritte bei der Durchführung des Verfahrens zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats; -
2 eine durch Anlegen einer elektrischen Spannung modifizierte Abfolge der Verfahrensschritte bei der Durchführung des Verfahrens. - Das erfindungsgemäße Verfahren zur Mikrostrukturierung eines plattenförmigen Glassubstrats 1 mittels Laserstrahlung 2 nach dem an sich bekannten LIDE-Verfahren wird nachstehend anhand der
1 und2 näher erläutert. Das Verfahren dient dem Einbringen einer einseitigen Ausnehmung 3 als Sackloch ohne Durchbrechung in das Glassubstrat 1. Dabei erfährt der Fokus der Laserstrahlung eine räumliche Strahlformung entlang einer Strahlachse der Laserstrahlung, sodass in dem Glassubstrat 1 entlang der Strahlachse und konzentrisch zu dieser Modifikationen 4 erzeugt werden. Durch die Einwirkung eines ätzenden Mediums kommt es zu einem anisotropen Materialabtrag des so modifizierten Glassubstrats 1 durch sukzessives Aufätzen, wodurch die gewünschte Ausnehmung entsteht. Um Sacklöcher zu erzeugen, werden die Modifikationen 4 bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht durchgängig, sondern lediglich bis zu einer vorbestimmten Tiefe erzeugt, in dem der Fokus der Laserstrahlung 2 entsprechend gesteuert wird. Flächige Ausnehmungen 3 können entsprechend durch eine Vielzahl benachbarter Modifikationen 4 und bei der nachfolgenden Ätzbehandlung ineinander übergehender Sacklöcher erzeugt werden. Dabei entsteht allerdings keine ebene Begrenzungsfläche. Vielmehr ist die Begrenzungsfläche uneben und rau, da kegelförmige Vertiefungen entstehen. Um beispielsweise als Glasmembranen verwendbare dünne Glassubstrate 1 herzustellen, eignen sich solche Verfahren nicht. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß vor der Einwirkung eines ätzenden Mediums und vor dem Einbringen der Modifikationen 4 in das Glassubstrat 1 die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats 1 partiell verändert und so zumindest ein Bereich 5 veränderter Eigenschaften geschaffen, in dem die Modifikationswirkung unterbunden oder stark verzögert wird. Infolgedessen ist auch die Ätzrate bei der nachfolgenden Einwirkung des ätzenden Mediums und der Materialabtrag entsprechend verändert. In dem Ätzprozess setzt sich somit die Ätzwirkung bei Erreichen des Bereichs 5 nicht anisotrop entlang der Strahlachse fort, sondern wirkt dort lediglich isotrop und flächig und zugleich stark verzögert, sodass der Bereich 5 eine ebene Begrenzungsfläche 6 für die Ausnehmung 3 bildet. Eine weitergehende Modifikation und damit ein nachfolgender Ätzangriff innerhalb dieses Bereichs 5 tritt praktisch nicht auf. - Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird während oder nach dem Eindiffundieren von Ionen in das Glassubstrat 1 zusätzlich eine elektrische Spannung an zwei Elektroden 7 angelegt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Glassubstrats 1 angeordnet sind. Infolge der elektrischen Spannung diffundieren die Ionen tiefer in das Glassubstrat 1 ein. Dadurch lässt sich die Position der Diffusionsschicht als der Bereich 5 veränderter Eigenschaften innerhalb des Volumens des Glassubstrats 1 und somit der Abstand a1, a2 des Bereichs 5 von der jeweiligen Außenfläche 8 des Glassubstrats 1 genau steuern. Beim anschließenden LIDE-Prozess wird das nasschemische Ätzen an der Grenzschicht zu diesem Bereich 5 gestoppt.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Glassubstrat
- 2
- Laserstrahlung
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Modifikation
- 5
- Bereich
- 6
- Begrenzungsfläche
- 7
- Elektrode
- 8
- Außenfläche
- a1, a2
- Abstand
Claims (9)
- Verfahren zur Mikrostrukturierung eines insbesondere plattenförmigen Glassubstrats (1) mittels Laserstrahlung (2) durch Einbringen einseitiger Ausnehmungen (3) in das Glassubstrat (1), bei dem der Fokus der Laserstrahlung (2) eine räumliche Strahlformung entlang einer Strahlachse erfährt und bei dem mittels der Laserstrahlung (2) entlang der Strahlachse Modifikationen (4) in dem Glassubstrat (1) erzeugt werden, sodass anschließend die Ausnehmungen (3) durch die Einwirkung eines ätzenden Mediums durch einen anisotropen Materialabtrag in dem jeweiligen Bereich der Modifikationen (4) in dem Glassubstrat (1) erzeugt werden, wobei die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) vor der Einwirkung eines ätzenden Mediums partiell verändert wird,dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) vor dem Einbringen der Modifikationen (4) in das Glassubstrat (1) partiell verändert und so zumindest ein Bereich (5) veränderter Eigenschaften geschaffen wird, in dem die Modifikationswirkung unterbunden oder stark verzögert wird, oder die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) nach dem Einbringen der Modifikationen (4) in das Glassubstrat (1) verändert wird, sodass der Materialabtrag in dem Ätzbad aufgrund der geänderten Zusammensetzung entsprechend beschleunigt oder verzögert stattfindet.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (2) entlang der Strahlachse sowohl zumindest einen Bereich (5) veränderter Eigenschaften als auch zumindest einen Bereich unveränderter Eigenschaften des Glassubstrats (1) durchdringt. - Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Glassubstrats (1) durch Einbringen von Ionen verändert wird.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1) durch Diffusion oder Ionenaustausch, insbesondere von Silberionen, verändert wird.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich (5) veränderter Eigenschaften zwischen einer Außenfläche (8) und einer insbesondere parallel beabstandeten Ebene zwischen den gegenüberliegenden Außenflächen (8) erstreckt.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationen (4) mit einer Erstreckung bis in den Bereich (5) veränderter Eigenschaften eingebracht werden.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Glassubstrat (1) in ein Ätzbad eingetaucht und isotrop geätzt wird.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe der Ionen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an gegenüberliegenden Seiten des Glassubstrats (1) gesteuert wird.
- Ein mit dem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hergestelltes Glassubstrat (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1) als eine Glasmembran ausgeführt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/773,998 US11505495B2 (en) | 2019-01-29 | 2020-01-28 | Method for microstructuring a glass substrate by means of laser radiation |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019102145 | 2019-01-29 | ||
DE102019102145.6 | 2019-01-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020100848A1 DE102020100848A1 (de) | 2020-07-30 |
DE102020100848B4 true DE102020100848B4 (de) | 2023-07-27 |
Family
ID=71524280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020100848.1A Active DE102020100848B4 (de) | 2019-01-29 | 2020-01-15 | Verfahren zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats mittels Laserstrahlung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11505495B2 (de) |
DE (1) | DE102020100848B4 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020129878A1 (de) | 2020-11-12 | 2022-05-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verfahren zum bestimmen eines wertes einer oberflächenspannung eines materials |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3525661C2 (de) | 1985-07-18 | 1992-10-15 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz, De | |
WO2014161534A2 (de) | 2013-04-04 | 2014-10-09 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren und vorrichtung zum einbringen von durchbrechungen in ein substrat sowie ein derart hergestelltes substrat |
DE102010004442B4 (de) | 2010-01-13 | 2015-08-20 | Leoni Kabel Holding Gmbh | Optisches Bauelement zur Lichtwellenleitung, optisches Steckverbindungssystem mit einem solchen Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements |
WO2016041544A1 (de) | 2014-09-16 | 2016-03-24 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zum einbringen mindestens einer ausnehmung oder einer durchbrechung in ein plattenförmiges werkstück |
US20160362331A1 (en) | 2015-06-10 | 2016-12-15 | Corning Incorporated | Methods of etching glass substrates and glass substrates |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3270814B2 (ja) * | 1996-08-27 | 2002-04-02 | 日本板硝子株式会社 | 回折型光学素子の製造方法 |
US6391213B1 (en) * | 1999-09-07 | 2002-05-21 | Komag, Inc. | Texturing of a landing zone on glass-based substrates by a chemical etching process |
US8257603B2 (en) * | 2008-08-29 | 2012-09-04 | Corning Incorporated | Laser patterning of glass bodies |
US8894868B2 (en) * | 2011-10-06 | 2014-11-25 | Electro Scientific Industries, Inc. | Substrate containing aperture and methods of forming the same |
US20170022098A1 (en) * | 2014-04-02 | 2017-01-26 | Corning Incorporated | Electrochemical methods for chemical strengthening of glass and glass ceramics |
CN107001123B (zh) * | 2014-10-03 | 2019-11-19 | 康宁股份有限公司 | 带图案的经过离子交换的基材及其制造方法 |
WO2016187194A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Corning Incorporated | Glass articles comprising light extraction features and methods for making the same |
-
2020
- 2020-01-15 DE DE102020100848.1A patent/DE102020100848B4/de active Active
- 2020-01-28 US US16/773,998 patent/US11505495B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3525661C2 (de) | 1985-07-18 | 1992-10-15 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz, De | |
DE102010004442B4 (de) | 2010-01-13 | 2015-08-20 | Leoni Kabel Holding Gmbh | Optisches Bauelement zur Lichtwellenleitung, optisches Steckverbindungssystem mit einem solchen Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements |
WO2014161534A2 (de) | 2013-04-04 | 2014-10-09 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren und vorrichtung zum einbringen von durchbrechungen in ein substrat sowie ein derart hergestelltes substrat |
WO2016041544A1 (de) | 2014-09-16 | 2016-03-24 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zum einbringen mindestens einer ausnehmung oder einer durchbrechung in ein plattenförmiges werkstück |
US20160362331A1 (en) | 2015-06-10 | 2016-12-15 | Corning Incorporated | Methods of etching glass substrates and glass substrates |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102020100848A1 (de) | 2020-07-30 |
US20200239361A1 (en) | 2020-07-30 |
US11505495B2 (en) | 2022-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3592500B1 (de) | Verfahren zum einbringen zumindest einer ausnehmung in ein material mittels elektromagnetischer strahlung und anschliessendem ätzprozess | |
EP2931467B1 (de) | Verfahren zur herstellung von linienförmig aufgereihten schädigungsstellen durch ultrakurz fokussierter gepulster laserstrahlung ; verfahren und vorrichtung zum trennen eines werkstückes mittels ultrakurz fokussierter laserstrahlung unter verwendung einer schutzgasatmosphäre | |
DE112013002707T5 (de) | Verfahren zum Schneiden einer Glasplatte mit erhöhter Festigkeit | |
DE102018110211A1 (de) | Verfahren zum Erzeugen feiner Strukturen im Volumen eines Substrates aus sprödharten Material | |
EP2144728A1 (de) | Verfahren zum einbringen einer struktur in eine oberfläche eines transparenten werkstücks | |
DE102014113339A1 (de) | Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen in einem Material | |
DE19824639A1 (de) | Glassubstrat | |
WO2017060252A1 (de) | Dielektrisches werkstück mit einer zone definiert ausgebildeter festigkeit sowie verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung | |
DE102020100848B4 (de) | Verfahren zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats mittels Laserstrahlung | |
WO2021239302A1 (de) | Verfahren zum einbringen einer ausnehmung in ein substrat | |
WO2011045738A1 (de) | Verfahren zum erzeugen von informationen auf einer oberfläche und/oder im inneren eines glaskeramikkörpers, und kochfeld mit einer glaskeramikplatte | |
DE102012213071A1 (de) | Vorgespanntes Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP3967442A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer technischen maske | |
DE2600690A1 (de) | Verfahren zur erzeugung von mikrogravuren mittels laser | |
DE102021100144A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung eines Glases | |
EP3875436B1 (de) | Verfahren zum vorbereiten und/oder durchführen des trennens eines substratelements und substratteilelement | |
EP3872041B1 (de) | Verfahren zum trennen eines glaselements und glasteilelement | |
EP1042794A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer porösen schicht mit hilfe eines elektrochemischen ätzprozesses | |
EP0064744B1 (de) | Verfahren zur galvanischen und ätztechnischen Strukturierung von Scheiben mit isolierenden Ringzonen im Mündungsbereich von Bohrungen | |
DE202020106402U1 (de) | Vorrichtung zum Einbringen eines Lochs in eine Glasscheibe zur Lichteinkopplung | |
EP1289354A1 (de) | Mehrlagenleiterplatte und Verfahren zum Herstellen von Löchern darin | |
EP0784338B1 (de) | Verfahren zum Herstellen von nebeneinanderliegenden Gräben oder Löchern | |
EP3924307B1 (de) | Verfahren zum erhöhen der festigkeit eines glassubstrates | |
DE19715368C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte | |
EP4079443A1 (de) | Verfahren zum kontrollieren einer mittels eines linienfokus eines laserstrahls innerhalb eines substrats eingebrachten energieverteilung und substrat |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: CREUTZBURG, TOM, DIPL.-ING., DE |
|
R020 | Patent grant now final |