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减少玻璃元件上凸起结构的方法和根据该方法制造的玻璃元件

文献发布时间:2024-01-17 01:28:27


减少玻璃元件上凸起结构的方法和根据该方法制造的玻璃元件

技术领域

本发明涉及一种制造结构化玻璃元件的方法,还涉及一种板状玻璃元件。该板状玻璃元件具有:第一表面、与第一表面相对的第二表面、以及至少一个贯穿这些表面中的至少一个的孔。在这种情况下,所述孔的壁具有多个圆顶状凹口。由所述孔贯穿的表面具有小于15nm的平均粗糙度值(Ra),或相对于该表面的限定的高度差部,该高度差部的深度大于-0.5μm或高度(H2)小于0.5μm。

背景技术

玻璃的精确结构化在许多应用领域都意义重大。其中,玻璃基板应用于相机成像,特别是3D相机成像、电子光学如L(E)D,例如,微流控、光学诊断、压力传感等传感、以及诊断技术等领域。此类应用领域会涉及到例如光传感器、照相机传感器、压力传感器、发光二极管和激光二极管。在此,玻璃基板通常以薄晶圆或玻璃膜的形式用作结构元件。为了使玻璃基板能够应用于在越来越小的技术应用或组件中,需要将精度精确在微米范围内。该玻璃基板的加工不仅会涉及到形成在玻璃基板上或穿过玻璃基板的各种形状的孔、腔和通道,也会涉及到对基板表面进行结构化。因此,在几微米范围内的结构不仅要在基板内制备,还要在基板的表面上制备。

为了能够将玻璃基板广泛应用于诸多领域,加工时不应在基板的边缘区域或体积中留下任何破损、残留物或应力,其中,残留物可以例如是分离、烧蚀或脱落的材料。此外,制造这些基板的方法应允许采用高效的制备过程。

为了在玻璃基板内进行结构化以例如产生开口,可以使用多种方法。除了通过相应的掩模进行水射流切割和喷砂之外,超声波加工也是一种常用方法。然而,就其规模而言,这些技术仅限于小型结构,通常,超声波加工约为400μm,喷砂则至少是100μm。鉴于要机械烧蚀,若是进行水射流切割和喷砂的话,会在玻璃中产生应力,导致孔边缘区域发生分层。因此,这两种方法本质上无法用于薄玻璃的结构化。这些方法也不适合于玻璃基板表面的结构化,因为它们会预先确定侵蚀方向并且加工较为粗糙。

因此,近来,激光源已经广泛用于各种不同材料的结构化。与使用前述机械方法相比,使用以红外线波长(如1064nm)、绿光波长(532nm)和紫外线波长(365nm)或其他极短波长(如193nm、248nm)工作的各种不同的固体激光器,可以在玻璃基板上制备出更小的结构。然而,由于玻璃的导热性较低且易碎性较高,在制造非常精细的结构时,激光加工也可能导致玻璃上产生高热负荷,从而达到临界应力,以至在孔边缘区域出现微裂缝和变形。此外,基板的表面上也经常形成脊线或其他凸起。然而,这类凸起是较严重的缺陷,特别是对于要进行堆叠的组件而言,因为其无法确保堆叠的平坦。因此,在工业化制造将被堆叠的基板时,该方法的适用性有限。

这尤其涉及到表面需要限定形貌的组件和/或基板,例如,对于要放置在其他组件之间的堆叠基板,其需要非常平坦的平面结构,以便将各个相互堆叠的层之间的距离限制到最小。例如,使用激光焊接的多层元件或通过阳极粘接相互连接的元件组件就是这种情况。

然而,这些组件能够提供的距离是由制造工艺决定的,这意味着只有以较高的技术和经济成本,通过大量不同的工艺步骤,才能防止或去除例如脊线和精细结构,以产生尽可能平坦的表面。

发明内容

因此,本发明的目的是提供一种具有玻璃基板,其具有表面特别平坦的限定表面结构和贯穿基板体积的精细结构。此外,本发明的目的还在于,通过优化的方法来生成尺寸公差低的呈限定平坦结构的或特别地呈平面的微观结构,在成本和复杂性显著降低的条件下制造此类组件,从而增加成本效益。

该目的通过独立权利要求的主题来实现,有益改进会在各从属权利要求中具体说明。

本发明相应地涉及一种板状玻璃元件。该板状玻璃元件具有:第一表面、与第一表面相对的第二表面、以及至少一个贯穿这些表面中的至少一个的孔。所述孔沿着纵向和横向延伸,并且所述孔的纵向设置成横向于由所述孔贯穿的表面。由所述孔贯穿的表面具有如下特征中的至少一个:

-至少部分环绕所述孔的表面具有至少一个相对于所述表面的高度差部,其中,特别地就深度或高度而言,所述高度差部的值|Δh|优选地大于0.005μm,优选地大于0.05μm和/或小于0.1μm,优选地小于0.3μm,以及优选地小于0.5μm;

-由所述孔贯穿的所述表面的平均粗糙度值小于15nm;以及

-所述表面和所述孔之间的边缘被配置为没有凸起。

优选地,所述表面具有平坦性,使得特别地具有平坦表面的另一组件能够以小于500nm,优选小于250nm,优选小于100nm的距离放置在玻璃元件上。此处的高度差部可以包括凹陷,相对于玻璃元件的表面,其深度小于100nm,优选地小于50nm,优选地小于5nm;或者该高度差部可以包括凸起,其高度小于100nm,优选地小于50nm,优选地小于5nm。

这些特征提供了诸多优势。特别平坦的表面或是那些具有围绕孔延伸的凹陷的平面能够使得多个(板状)玻璃元件可以彼此叠放,尤其可以通过例如阳极粘接、激光焊接(例如USP激光焊接)或其他方法将它们平面连接。此处的高度差部可以理解为相对于玻璃元件的零平面的偏差,该零平面特别地能够以如下方式限定:其覆盖整个第一和/或第二表面的至少51%,优选地至少70%,更优选地至少90%,以及优选地至少95%。因此,相对于零平面,还可以配置一个或多个比该零平面更高/更深的高度差部。优选地,此处的该高度差部是环形的,或者例如以开放环的形式围绕孔环形延伸。

替代地,可以以如下方式计算零平面:在单个部件周围构建一条评估线(类似于延伸线),该评估线在所有方向上与它的边缘线有一个可选择的距离,从而形成一条形状相似但面积更大且边缘更长的新线,接着,确定沿此评估线的平均轮廓高度/厚度。可以将至部件的原始边缘线的距离设置的越来越大,从而通过不断这样的重复来获得参考高度/厚度,并作为大距离的限制值。

纵向是指从玻璃元件的一侧指向另一侧的方向。因此,纵向也可称为厚度方向,或称为通路方向。由于在纵向或厚度方向上,孔的范围会受到玻璃元件厚度的限制,因此,孔的横向尺寸通常大于纵向尺寸,特别是在薄玻璃元件的情况下。

表面的平均粗糙度值(Ra)小于15nm是特别有利的,因为这样一来,玻璃元件不仅特别地能够满足多个堆叠元件之间的小距离,而且还可以具有光滑的表面,从而满足某些光学应用的需求,或者,可以例如通过液体等其他元件或物质,也可以将摩擦阻力降到最低。此外,特别平坦的表面确保了该玻璃元件与另一组件的距离是均匀的。

优选地,该高度差部具有如下特征中的至少一个:

-该高度差部至少部分地,但优选地完全环绕所述孔;

-该高度差部被配置为所述孔的壁的缩短部;

-该高度差部的内表面与由所述孔贯穿的第一表面形成钝角;

-该高度差部被配置为所述孔周围的凹陷;以及

-该高度差部的横向尺寸大于5μm,优选地大于8μm,优选地大于10μm和/或小于5mm,优选地小于3mm,优选地小于1mm。

也可以设置高度差部包括具有深度的凹陷,该深度与所述一个或多个孔的纵向平行,特别地横向于第一和/或第二表面。这样,在凹陷底座和玻璃元件的第一和/或第二表面之间就会产生空隙,这个空隙可以用于例如固定材料,例如粘合剂材料,该材料能够固定可能被放置在孔中的元件。因此,能够在存在粘合剂材料的情况下,例如平面地叠放多个玻璃元件,使得多余的粘合剂材料在凹陷或高度差部中找到放置空间。

在有益实施例中,该玻璃元件的厚度大于10μm,优选地大于15μm,优选地大于20μm和/或小于4mm,优选地小于2mm,优选地小于1mm。这种厚度使得两个或更多个玻璃元件有可能会彼此堆叠放置,从而无需较大空间。此外,厚度较小的话会使玻璃元件变得灵活,从而能被弯曲。厚度较小的情况下,其他结合力往往会起到关键作用,此外,玻璃元件可以配置成具有较高的机械稳定性,以应对来自外部的机械应力。这些优点使玻璃元件可应用于例如集成电路外壳、生物芯片、传感器(如压力传感器)、照相机成像模块和诊断技术设备中。

在另一实施例中,该玻璃元件的横向尺寸大于5mm,优选地大于50mm,优选地大于100mm,和/或小于1000mm,优选地小于650mm,优选地小于500mm。得益于上述尺寸,该玻璃元件可以适于用作微型工艺的组件。

还有利的是,所述孔被配置为穿过玻璃元件从第一表面延伸到第二表面并贯穿两个表面的通道。贯穿玻璃元件的孔优势在于,整个结构或多个孔也可以贯穿该玻璃元件。优选地,可以将多个孔或通道直接并排排列,以形成较大的孔,其大小至少由并排排列的各个孔的大小总和决定。理想情况下,所述孔的壁具有圆顶状凹口。

然而,大孔的大小或范围也可以大于彼此并排排列的孔的总和。在这种情况下,孔的宽度或横向长度可以平行于第一和/或第二表面延伸,而纵向或孔的深度可以配置为与该玻璃元件的第一和/或第二表面垂直。这样,玻璃元件可以根据期望有任意多的孔,特别是可以有任意大小的孔,其横向长度优选地与孔的深度垂直。通过引入通道或连续孔,如果这些通道或孔是相互并列产生的,则该玻璃元件也可以具有贯穿孔,从而特别地使移除或分离部分玻璃元件成为可能。

也可以想象得到,边缘是由多个通道形成的,这些通道穿过该玻璃元件从第一表面延伸到第二表面,并且彼此直接接壤。在这种情况下,边缘可以形成至少部分地包围该玻璃元件的玻璃元件外边缘,和/或形成至少部分地包围所述孔的玻璃元件内边缘。此外,该边缘具有多个圆顶状凹口。优选地,凹口的深度与孔的深度和/或玻璃元件的厚度横向对齐。也可以想得到,边缘的高度与玻璃元件的厚度一致。理想情况下,圆顶状凹口形成边缘的特殊结构,并具有多种优点。因此,倒圆结构或圆顶意味着形状是特别有利的,用于将在边缘表面处发生的拉伸应力向下松懈到边缘表面的最低点、特别是圆顶的最低点。这样一来,可以有效抑制在边缘表面的可能缺陷处产生裂纹扩展。

该边缘优选地包括具有凸形区域的部分面积,该部分面积小于5%,优选地小于2%。因此,理想情况下,还包括具有凹形区域(即具有圆顶状凹口的区域)的部分面积,该部分面积大于边缘表面的95%,优选地大于98%。此处所述的凹是指曲率顺着玻璃元件的方向走;凸是指曲率远离玻璃元件,也即顺着孔的方向走。理想情况下,在横向尺寸优选地介于5μm至20μm之间时,该圆顶状凹口的深度通常小于5μm。也可以想得到,边缘与孔的壁相对应。因此,高度差部的内表面,特别地作为孔的壁的缩短部的高度差部的内表面,可以具有圆顶状凹口。这样一来,高度差部或其内表面也能得到保护,从而避免裂纹扩展。

优选地,该玻璃元件具有如下特征中的至少一个:

-所述玻璃元件的内边缘具有多个圆顶状凹口,以及所述玻璃元件的第一表面和第二表面采用无圆顶结构;以及

-所述玻璃元件的内边缘的平均粗糙度值(Ra)高于所述玻璃元件的第一表面和第二表面的平均粗糙度值。

因此,玻璃元件的表面的粗糙度可能与孔的内边缘的粗糙度不同。因此,可以有利地将该玻璃元件的第一和第二表面的粗糙度调整为与孔的内边缘的粗糙度不同。如此一来,可以针对不同的预期应用,对玻璃元件的表面和孔的内边缘进行优化。优选地在联合方法步骤中,特别地在蚀刻步骤中,可以对第一和第二表面的粗糙度与孔的内边缘的粗糙度进行调整。

有利地,孔的横向尺寸为10μm,优选地为20μm,优选地为50μm,优选地为100μm。然而,孔的横向尺寸也可以大于至少150μm,优选地大于500μm,甚至高达50mm,这意味着例如电子导体或压电组件等其他组件也可以安装在孔中。特别地,上述尺寸在微传感器技术的预期应用领域是有利的。

也可以通过一种改变板状玻璃元件表面的方法来实现本发明上述目的,其中,该板状玻璃元件具有:第一表面、与第一表面相对的第二表面、以及至少一个贯穿这些表面中的至少一个的孔。其中,所述孔沿着纵向和横向延伸,并且所述孔的纵向配置为横向于由所述孔贯穿的表面。优选地,所述孔的壁具有多个圆顶状凹口,该方法包括:

-提供所述玻璃元件;

-通过超短脉冲激光器的激光束在所述玻璃元件中产生至少一个丝状通道,其中,所述丝状通道的纵向横向于所述玻璃元件的表面延伸;

-将蚀刻介质作用于由该通道贯穿的所述玻璃元件的表面,该蚀刻介质以可调节的烧蚀速率烧蚀所述玻璃元件的玻璃,借由所述蚀刻介质加宽所述通道以形成所述孔;

-其中,在由所述孔贯穿的表面上进行蚀刻会产生如下特征中的至少一个:

o至少部分环绕所述孔的表面具有至少一个相对于所述表面的高度差部,其中,特别地就深度或高度而言,所述高度差部(20)的值|Δh|大于0.005μm,优选地大于0.05μm和/或小于0.1μm,优选地小于0.3μm,以及优选地小于0.5μm;

o由所述孔贯穿的所述表面的平均粗糙度值小于15nm;以及

o所述表面和所述孔之间的边缘被配置为没有凸起。

使用该方法,也可以制造出与上述陈述相对应的玻璃元件,从而实现上述优势。在该方法的第一步中,提供至少一个玻璃元件,别是没有孔的玻璃元件。接着,在特别是第二步中,在玻璃元件中产生了至少一个破损位,优选地产生两个或更多个,更优选地多个破损位,从而在理想情况下能够通过破损位形成玻璃元件的穿孔。为实现该目的,优选地以如下方式并排产生多个破损位:成排产生的孔产生较大的结构。特别地,这些破损位被配置成丝状通道,而且它们在其纵向上横向于玻璃元件的第一和/或第二表面延伸。此处所述通道至少从一个表面延伸到玻璃元件,而且更多的是从该表面垂直地延伸,并至少贯穿该表面。然而,优选地,所述通道从第一表面延伸到第二表面,并贯穿所述两个表面。

可以通过超短脉冲激光器的激光束在玻璃元件上产生所述孔。优选地,通过激光产生的孔基于以下步骤中的两个或多个步骤:

-将超短脉冲激光器的激光束引导至玻璃元件的一个表面,并由聚焦光学系统聚焦,以在玻璃元件中形成延长焦点,其中

-激光束的照射能量在玻璃元件的体积中产生至少一个丝状破损位;以及

-超短脉冲激光器将一个脉冲或具有至少两个或更多个连续激光脉冲的脉冲包照射至玻璃元件上,并且优选地在引入丝状破损位之后,扩展该丝状破损位以形成通道。

-如此,可以产生多个通道,并且选择通道,特别是这些通道在玻璃元件上或玻璃元件中设置方式,使得并排布置的多个通道形成待产生的孔的轮廓。在这种情况下,通道之间的距离可以大于2μm,优选地大于3μm,更优选地大于5μm,和/或小于100μm,优选地小于50μm,优选地小于15μm。同样,可以在10μm至100μm的范围内改变通道的直径。

在另一步骤中,将蚀刻介质作用于由至少一个通道贯穿的表面。优选地,将该蚀刻介质作用于整个玻璃元件,更特别地,作用于第一和第二表面。有利的是,将蚀刻介质引入缸、罐或桶等容器中,并且特别地,随后将一个或多个玻璃元件至少部分地保持或浸入容器和/或蚀刻介质中。此处的容器优选地由大体能耐受蚀刻介质的材料形成。

蚀刻介质可以是气态的,但优选地是蚀刻溶液。因此,根据该实施例,蚀刻以湿化学的式进行。这有利于在蚀刻期间从通道内表面和/或从破损位的表面和/或第一和/或第二表面等玻璃元件的表面去除玻璃成分。当然也可以在玻璃元件的边缘处利用蚀刻介质溶解该玻璃成分。

不仅酸性溶液,碱性溶液也可以用于此目的。特别地,合适的酸性蚀刻介质是HF、HCl、H

因此,在一个实施例中,可以通过选择玻璃成分和蚀刻介质成分之间的组合来调整烧蚀速率。例如,对于钙含量较高的玻璃,优选地选择酸性蚀刻介质;而对于钙含量较低的玻璃,优选地采用碱性蚀刻介质,因为通过蚀刻从玻璃中溶解出来的钙含量太高会很快使碱性的,特别是含碱的蚀刻介质快速过饱和,从而迅速降低蚀刻介质的蚀刻能力。另一方面,在使用酸性蚀刻介质和玻璃具有高硅酸盐组分的情况下,尽管蚀刻介质由于被已溶解的物质以更快的速度中和从而被玻璃耗尽或饱和,但烧蚀速率(也即,蚀刻速率)也比碱性蚀刻介质的情况下要高得多。

因此,可以根据玻璃成分选择酸性蚀刻介质以构建较快的烧蚀速率,或者也可以选择碱性的、更特别地含碱的蚀刻介质以形成较慢的烧蚀速率。一般来说,根据本发明,碱金属含量低的硅酸盐玻璃特别适合于玻璃表面的改性。如上所述,碱金属含量过多会使得蚀刻更加困难。因此,在本发明的改进中,玻璃元件的玻璃是碱金属氧化物含量低于17重量%的硅酸盐玻璃,理想情况下是硼硅酸盐玻璃。

然而,为了更好地控制烧蚀,优选地设置较慢的烧蚀速率和/或使用碱性蚀刻介质。因此,可以实现烧蚀速率小于7μm/h,优选地小于5μm/h,优选地小于4μm/h,更优选地小于3μm/h,和/或大于0.3μm/h,优选地大于0.5μm/h,优选地大于1μm/h,优选地大于1.5μm/h,并且更特别地介于2μm/h至2.5μm/h之间。上述烧蚀速率有利地在蚀刻过程余出足够的时间来影响蚀刻介质或蚀刻过程。

此外,在一个实施例中,可以通过添加剂来调整烧蚀速率。在这种情况下,例如,可以单独或组合使用以下组的物质:表面活性剂、络合物和/或配位化合物、自由基、金属和/或醇。通过添加剂能够更精确地控制蚀刻介质的蚀刻能力,特别地能够针对性地控制对特定玻璃或特定玻璃组合物的蚀刻能力。

进行蚀刻的温度优选地高于40℃,优选地高于50℃,优选地高于60℃,和/或低于150℃,优选地低于130℃,优选地低于110℃,更特别地高达100℃。通过上述温度,能够使得要从玻璃基质中溶解出来的玻璃元件的玻璃的离子或成分产生足够的迁移性。

时间是另一个因素。因此,例如,一般来说,如果玻璃元件暴露于蚀刻介质多个小时,更特别地长于30小时,则可以实现更高的烧蚀。另一方面,可以通过将玻璃元件暴露于蚀刻介质少于30小时,例如仅10小时来限制烧蚀。通常,玻璃元件的上述特征中的至少一个是通过引入破损位和通道,以及根据温度、蚀刻介质的组分、蚀刻持续时间和玻璃元件玻璃的组分调整烧蚀速率和/或蚀刻介质而产生的。例如,设置相对较高的烧蚀速率,更特别地大于2μm/h,可以让平均粗糙度值(Ra)低于15nm。通过这种方式,可以有针对性地避免凸起的发展,并且可以使得玻璃元件的表面特别光滑。另一方面,由于烧蚀速率特别高,也有可能形成凹陷,特别地在孔所在区域,因为该区域的表面更高,从而使得蚀刻介质相应地具有更多的可用“侵蚀区域”。

另外,玻璃元件的限定区域可以免受蚀刻介质侵蚀。例如,这可以通过使用特定支架来实现,通过该支架可以将玻璃元件保持在蚀刻介质的体积中。另外,还可以想到特定形状的元件,其在玻璃元件暴露于蚀刻介质之前设置在玻璃元件上。也可以在玻璃元件暴露于蚀刻介质之前将保护层,例如聚合物层施加到玻璃元件上。在这种情况下,保护层可以施加在第一和/或第二表面的整个区域上。例如,如果保护层是在结构化过程之前通过激光施加的,则随后可以通过激光至少部分地再次烧蚀保护层,特别地在孔所在区域中相应地去除保护层。因此,可以通过支架、成形元件和/或保护层来遮蔽玻璃元件的限定区域,从而使得玻璃元件不受蚀刻介质侵蚀。因此,这些支架、成形元件和/或保护层由耐蚀刻介质的材料制成。因此,支架、成形元件和/或保护层也不受蚀刻介质的侵蚀。

此外,可以想到的是,通过支架、成形元件和/或保护层来遮蔽玻璃元件的整个第一和/或第二表面,并且唯一剩下的自由区域是其中产生孔的区域,或是其中通过激光产生破损或通道的区域。因此,可以想到的是,第一和/或第二表面被配置为基本上无凸起,从而特别地使平均粗糙度值(Ra)小于40nm,优选地小于25nm,进而使得表面特别光滑。另外,可以想到的是,其中一个表面被完全屏蔽不受蚀刻介质的影响,而另一个表面完全或至少部分地受到蚀刻介质的作用。因此,可以例如在一个表面上产生凸起结构。换言之,其中的玻璃元件仅在一个表面上具有凸起形式的高度差部,而另一个表面保持无凸起。当然,也有可能使第一和第二表面均被屏蔽,并且仅破损位和/或通道受到蚀刻介质的影响。这样一来,两个表面都可以具有特别平坦或平面的结构。

在一个有利实施例中,通过蚀刻介质或蚀刻过程从玻璃元件烧蚀的材料的量使得彼此并排布置的通道或破损位彼此结合,从而产生孔。在这种情况下,优选地,通道和/或破损位之间的壁被蚀刻介质烧蚀,以形成连续的边缘。此外,该边缘理想情况下具有圆顶状凹口。该边缘可以例如形成为至少部分地包围玻璃元件的玻璃元件外边缘,或者形成为至少部分地包围孔的玻璃元件内边缘。这样一来,在蚀刻过程之前,可以溶解大部分的以结构形式被彼此并排布置的通道包围的玻璃元件。

此外,也可能在边缘产生肋条,这些肋条可以具有机械支撑功能或用作裂纹抑制件。优选地,上述肋条布置在成对的通道中心之间。另外,可以想到的是,能够通过具体设定烧蚀速率来改变圆顶的深度和尺寸和/或大小。例如,在烧蚀速率相对较高时,可以形成更平坦和更宽的圆顶,从而能够使得玻璃元件的表面或边缘配置地更平滑。因此,总而言之,本发明的方法具有的优点是,不仅可以产生具有任意形状和尺寸的孔,而且可以在相同的方法步骤中对玻璃元件的表面进行处理或加工。如此一来,可以同时产生孔并产生具有低平均粗糙度值的光滑表面。因此,通过该方法,不仅能够避免由于玻璃的可能再加工而进行的方法步骤,而且避免了相当大的额外成本。

也可以使蚀刻介质运动从而通过移动蚀刻介质来增大或降低烧蚀速率。蚀刻介质的移动示出了影响,更特别地控制烧蚀速率的另一种可能性。通过移动,例如可以将消耗或饱和的蚀刻介质或蚀刻残留物特别地从待蚀刻的玻璃元件区域输送出去,并且优选地用未使用的新鲜蚀刻介质代替。如此一来,可以显著地增加烧蚀速率或蚀刻速度。或者,也可以想得到,可以例如通过容器中的分隔壁来有意防止蚀刻介质的移动。因此,用过的蚀刻介质不能再被运走,从而会显著降低烧蚀速率。然而,优选地,使蚀刻介质运动,因而能够增加烧蚀速率。可以优选地机械地诱导运动的发生。然而,也可以想到,通过不同的物理路径使蚀刻介质运动。在本发明的方法过程中,优选地选择以下可能方式中的至少一种:

-通过声波、尤其是超声波来引发移动。声波源可以设置在蚀刻介质以及玻璃元件所在容器的下方和/或侧面。声波源的优点在于,仅一个声波源就足以使整个体积的蚀刻介质,特别地整个体积的蚀刻溶液运动。在没有后续输入的情况下,所产生的波会传播扩散至整个溶液体积,并且优选地仅会发生小程度的衰减,从而能够使得蚀刻介质均匀地运动。

-由优选设置在容器下方的磁性搅拌器或磁场引发该移动。鉴于磁场的设置,可以例如将磁性搅拌棒设置成进行理想的旋转运动。在这种情况下,磁性搅拌器和/或磁性搅拌棒位于蚀刻介质内,因此能够通过它们的旋转运动直接使蚀刻介质移动。

磁感应移动或磁搅拌棒的优点在于可以很好地控制旋转移动的速度,从而很好地控制蚀刻介质的运动。这样一来,例如对蚀刻介质施加快速或缓慢的搅拌移动。此外,可以分别控制多个磁性搅拌器。在两个或多个玻璃元件同时位于容器中和蚀刻介质中的情况下,可以通过分别控制磁性搅拌器来设定不同的旋转速度,从而设定局部不同的移动和烧蚀速率。这样一来,可以例如以不同的速度同步蚀刻或处理多个玻璃元件。当然,可以想到的是,搅拌棒也可以被构造为搅拌单元,而且其不是通过磁力而是特别地通过机械引发移动。此外,为实现搅拌的目的,可以简单地将上述搅拌单元从容器开口的方向浸入蚀刻介质中。

-由玻璃元件的支架来引发移动,或者使将玻璃元件保持在蚀刻介质中的支架机械运动。这样一来,玻璃元件可以在蚀刻介质中来回移动,从而产生与上文所述类似的效果。

-通过振动台来引发移动,或者例如通过将容器设置在振动台上,使容器与蚀刻介质和玻璃元件一起运动。通过这种方式,能够使得蚀刻介质在整个容器中均匀移动。

-通过蚀刻介质的对流引发移动。在这种情况下,可以将热源设置在容器下方或容器侧面。由于是单侧加热,加热后的蚀刻介质会上升,而在其他地方,较冷的蚀刻介质会下沉,从而产生连续的对流。通过这种方式,可以实现特别缓慢的移动,从而能够降低烧蚀速率。

-通过流体引发移动,例如通过喷嘴将流体引入蚀刻介质中。上述喷嘴可以设置在容器上,从而,优选地产生使蚀刻介质运动的喷涌。

在一个有利实施例中,在玻璃元件表面的至少一个限定区域中改变蚀刻介质,并且,相对于周围区域,该区域中的烧蚀速率发生改变。这意味着可以局部性地改变烧蚀速率。如此一来,特别地在单个或多个孔处,可以有利地避免高度超过0.5μm的凸起和/或深度超过-0.5μm的凹陷。对于如何局部性地改变蚀刻介质,存在多种可能性。然而,根据本发明,优选下述解决方案之一:

-在孔、边缘、通道和/或破损位的区域中,玻璃材料中存在更多的开口键合。此外,总体而言,可以提供较大的表面积供蚀刻介质发生反应。因此,这优选地会使得烧蚀速率短时间内迅速增大,或者能够使得在比玻璃元件的平面表面上更短的时间跨度内烧蚀更多的材料。因此,优选地,在孔、边缘、通道和/或破损位的区域中会相对较快地消耗掉蚀刻介质,或者大大降低其蚀刻能力。

-在破损位、通道、孔和/或边缘的蚀刻过程中通过激光有意地使表面改性,从而附加地利用这种能暂时改变孔和边缘处的烧蚀速率的效应来实现烧蚀速率的局部性改变,优选地也实现蚀刻介质的局部性改变。通过选择脉冲包(其中每个脉冲包括几个(例如2个或3个)脉冲),可以想到,能够例如使破损位和/或通道的表面更光滑或更平坦,从而可以使蚀刻介质较慢地被消耗或中和。鉴于此,不仅可以在孔和边缘的区域中使蚀刻介质局部地改性,而且可以在表面区域,特别是在孔和/或边缘的内表面处使其发生改性。

-局部供应新鲜蚀刻介质和/或添加剂。另外,可以特别地通过经由计量单元(例如龙头)将新鲜的蚀刻介质或添加剂局部地滴入蚀刻介质中,从而向蚀刻介质供应这些物质。这样一来,不仅可以局部地改变蚀刻介质,而且还可以使其运动。因此,可以特别地以可控的方式,进一步修改烧蚀速率,优选地使其增大。

-另一种对蚀刻介质进行局部性改变的可能方式是借助于玻璃元件或容器的支架的材料。例如,通过巧妙选择容器的材料,可以将促进烧蚀的离子(例如金属)或抑制烧蚀的离子(如碱金属)释放到蚀刻介质中,从而控制烧蚀速率。这样一来,可以直接从玻璃元件或容器的支架的材料中释放促进烧蚀或抑制烧蚀的离子,还可以影响蚀刻介质或其蚀刻能力。

有利地,通过产生空间和/或时间温度梯度来调整所述烧蚀速率。由于温度影响物理成分的迁移性,特别地会影响在蚀刻过程中可以从材料中溶解出来的成分的迁移性,因此通过温度的变化也可以更有利地改变烧蚀速率或玻璃元件与蚀刻介质的反应速率。因此,可以例如简单地通过暂时限定的温度变化来控制暂时温度梯度。空间温度梯度的产生是有利的,尤其是当例如多个玻璃元件要以不同的烧蚀速率单独蚀刻时。可以通过不同的方式来产生空间温度梯度。优选地,通过下述可能方式的其中之一来产生:

-可以在容器的壁和容器的内部区域之间产生空间温度梯度。在这种情况下,容器或蚀刻介质被均匀加热,这意味着整个体积的蚀刻介质被均匀加热。优选地,通过容器的壁来冷却蚀刻介质。可以通过具有高导热性材料(例如金属材料)的容器或容器的壁来促进上述冷却。这样一来,可以更迅速带走蚀刻介质的热量,从而被动实现介质的冷却。然而,也可以通过冷却介质(例如水)来主动冷却容器的壁。然而,为了节省工艺成本,优选使用导热容器。这也是优势之一,因为不会产生额外的操作成本,从而能够以简单且经济的方式产生温度梯度。

-另一种可能方式是在容器的壁局部地设置热源。该热源可以设置在容器的侧面、上方和/或下方。在这种情况下,以同心的方式(也即,围绕该热源)形成温度梯度,因此,温度会随着与热源距离的增加而降低。

-通过将电磁辐射(优选激光束)局部地引导到蚀刻介质或玻璃元件的表面区域上来实现产生空间温度梯度的一个特定实施例。这使得特别地有可能形成小体积的温度梯度。因此,可以产生例如仅仅包括几微米并且因而相应地局部起用的温度梯度。这带来的优势是,由温度引起的烧蚀速率和/或蚀刻介质的变化可以被限制在玻璃元件的限定区域内,例如单独的孔内。因此,优选地,可以在各个孔处或周围单独地产生或避免产生凸起。

-另一种可能性是加热玻璃元件的支架。如果可以加热支架以及由此优选地加热屏蔽元件,则可以改变特别是那些直接毗邻被支架屏蔽的区域的区域处的烧蚀速率。因此,可以控制或增加例如表面被支架部分隐藏的地方处的烧蚀速率,从而可以在那里烧蚀更多的玻璃。

-产生空间温度梯度的另一种可能方式是,产生电压电弧,或者在两个电极之间产生至少一个电压电弧,其中,上述两个电极放置在蚀刻介质的适当位置处。在所述电压电弧的区域中,局部加热蚀刻介质并且特别地使蚀刻介质运动。

替代地,可以通过玻璃元件在蚀刻介质内的特定空间设置,特别地是针对蚀刻介质的重力或移动方向来设置烧蚀速率。为了增大孔内的烧蚀速率,可以例如使玻璃元件上的孔的纵向与蚀刻介质的移动方向平行对齐。因此,在这种情况下,玻璃元件的表面横向于或垂直于蚀刻介质的移动方向对齐。上述对齐设置能够准确保蚀刻介质移动穿过孔。这样一来,可以例如使通过溶解的玻璃而饱和的蚀刻介质输送出孔,从而使得同时在孔内实现暂时一致的高烧蚀速率成为可能,因为中和的蚀刻介质不会保留在孔内,而特别地新鲜的、不饱和的蚀刻介质持续可供使用。

然而,如果没有使蚀刻介质主动地运动,则通过上述可能方式之一,由于例如相对于玻璃元件的表面积,存在更大的表面积,所以玻璃元件的孔或边缘区域中的烧蚀速率先是增加。然而,与玻璃元件的表面相比,孔所在区域的烧蚀速率会下降得更快,因为蚀刻介质会更迅速地饱和或中和。随着蚀刻介质饱和度的增加,由于所溶解的玻璃材料,蚀刻介质的密度也会增加并且由此特别地蚀刻介质的重量也会增加。在孔的纵向与重力方向对齐的情况下,重蚀刻介质也可以从孔中下沉而排出。这可能导致形成至少部分围绕孔的凸起,而且,优选地该凸起沿着重力方向或在饱和蚀刻介质的下沉方向形成。蚀刻介质的饱和可以意味着烧蚀速率至少部分地在孔周围会降低,并且优选地沿着饱和蚀刻介质的移动方向降低,从而形成凸起。

然而,另一方面,在与下沉方向或移动方向相反的一侧上的烧蚀速率可能会增加,因为那里会连续地供应有新鲜的蚀刻介质。因此,特别地,单单使得玻璃元件或孔在蚀刻介质内对齐,不仅可以使蚀刻介质运动,还会影响优选地孔所在区域的烧蚀速率。

因此,可以这样设置,以如下方式在蚀刻介质内对齐玻璃元件,特别是相对于蚀刻介质的移动方向对齐玻璃元件:具有高玻璃浓度的蚀刻介质在预期位置处被运走,以避免凸起和/或产生凹陷或减小凸起和凹陷的高度/深度。为此目的,相对于容器底部和/或蚀刻介质的移动方向(如下沉方向或流动方向),可以例如使玻璃元件或玻璃元件的(一个或多个)表面以0°(平行)至360°(平行)之间的角度,优选地90°(垂直)至270°(垂直)之间的角度对齐。也可以想到以大约180°的角度对齐。

同样,其他角度也可能是有利的,例如,玻璃元件与蚀刻介质的移动方向之间形成的特别倾斜的角度,该角度优选地介于10°至80°之间,更优选地介于20°至70°之间,特别优选地介于30°至50°之间。此外,还可以通过玻璃元件的厚度和/或孔的长度来控制烧蚀速率,特别是在孔所在区域的烧蚀速率。如上所述,蚀刻介质在孔所在区域中会更快地饱和,和/或蚀刻介质的移动会受到较窄的孔的壁的限制。与玻璃元件表面的烧蚀速率相比,这两个因素都会导致孔所在区域的烧蚀速率降低。因此,在孔所在区域和/或孔内的区域与玻璃元件的表面处的区域之间存在浓度梯度,并且特别地,烧蚀速率也存在时间梯度。通过改变孔的长度以及由此改变玻璃元件的厚度,也可以相应地改变蚀刻介质在孔所在区域中的移动,并且,因此还可以特别地改变孔所在区域中蚀刻介质的浓度梯度或饱和度。通过适当地选择对齐玻璃元件,并且优选地通过适当选择例如蚀刻介质的移动和/或温度梯度等其它参数,也可以例如在玻璃元件的一侧或边缘处形成脊线或凸起,并且在相对侧避免产生脊线或凸起。

优选地,在理想情况下要避免高度差部,或者至少通过烧蚀速率产生高度差部或将相对于玻璃元件表面的高度差部的值调整到小于±0.5μm,其中,通过其中一个上述实施例(例如通过流通)来增大/已经增大该烧蚀速率。为实现本发明的目的,优选地,第一和/或第二表面至少围绕孔形成,但特别地,该第一和/或第二表面被配置为完全没有凸起,并且优选地还具有小于15nm的平均粗糙度值(Ra)。为此,理想情况下,可以特别地通过使蚀刻介质运动来提高烧蚀速率。最好的情况下,可以通过搅拌蚀刻介质和/或通过产生温度梯度来实现运动。这能够制造具有特别光滑的表面并且特别地是具有低平均粗糙度值的平板玻璃元件。这只需要几个操作步骤,因为在蚀刻过程之后不再需要对玻璃元件的表面进行后处理。

根据本公开的玻璃元件可应用于包括生产用于密封封装电光组件、微流体电池、压力传感器和相机成像模块的组件。

附图说明

下面将参照附图更准确地阐述本发明。在附图中,相同的附图标记分别表示相同或对应的元件。

图1示出了通过激光在玻璃元件中产生破损位的示意图;

图2示出了具有多个破损位的玻璃元件的示意图;

图3示出了玻璃元件上的蚀刻过程的示意图;

图4示出了处于进一步蚀刻状态的玻璃元件的示意图;

图5示出了在不同条件下被蚀刻后的玻璃元件的表面的平均粗糙度值的图;

图6示出了烧蚀速率的测量数据与玻璃浓度的关系图;

图7示出了在蚀刻介质移动的情况下容器中的多个玻璃元件的蚀刻过程的示意图;

图8示出了高度差部的测量结果与蚀刻介质的温度以及孔的对准和形状的关系图;

图9示出了高度差部20的深度与蚀刻介质200温度和蚀刻过程中玻璃元件的上下运动的关系图;

图10示出了蚀刻后的玻璃元件的形貌;并且

图11示出了具有对称高度差部的玻璃元件的俯视图和高度差部的高度轮廓。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有第一表面2和第二表面3以及厚度D的玻璃元件1。这里的第一表面2与第二表面3相对设置,并且特别优选地与第二表面3平面平行。玻璃元件1还在纵向L和横向Q上延伸。玻璃元件1优选地还具有至少一个侧面4,该侧面理想地包围玻璃元件1,并且具有与玻璃元件1的厚度D相对应的高度。这里,理想地,玻璃元件1的厚度D和侧面4的高度在纵向L上延伸。第一表面2和第二表面3可以另外地在横向上延伸。

在第一方法步骤中,激光器101,优选为超短脉冲激光器101,在玻璃元件1的体积中产生损伤部位,更具体地通道15或通道状损伤部位15。为此,聚焦光学系统102(诸如透镜或透镜系统)例如聚焦激光束100并将其引导至玻璃元件1的表面2、3上,优选为第一表面2上。由于激光束100在玻璃元件1的体积内的区域上的聚焦,更具体地讲,由于激光束100在玻璃元件1的体积内的区域上的持续聚焦,因此照射的激光束100能量确保产生细丝状损伤部位,该细丝状损伤部位通过例如多个激光脉冲以脉冲包的形式进行扩展,例如以形成通道15。

优选地,如图2所示,多个通道15在进一步的步骤中产生,并且理想地以如下方式彼此并排布置:多个通道15产生穿孔,并且该穿孔或该多个通道形成结构16的轮廓。在最好的情况下,以这种方式产生的结构16对应于要产生的孔的形状。换句话说,选择通道15的距离和数量,使得形成要产生的孔的轮廓。

另一步骤如图3所示。玻璃元件1可拆卸地设置在支架50上。这里的玻璃元件1可以仅位于支架50上,或者可以固定或已经固定在支架上。优选地,支架50的某些区域用于覆盖或屏蔽玻璃元件1的限定区域。然而,该目的也可以通过其他元件,例如一个或多个聚合物层或成形元件来实现。由支架、聚合物层和/或成形元件覆盖的区域优选地用作将在玻璃元件1的表面2、3上产生的凸起结构的掩模。然而,同样也可以想到的是,第一表面2和/或第二表3被完全屏蔽,以避免在玻璃元件的表面产生凸起结构,并产生至少一个特别平坦或平坦的表面。当然也可以在使用激光器101之前覆盖这些区域。被覆盖的区域另外用作相对于蚀刻介质的屏蔽,玻璃元件1在随后的步骤中暴露于蚀刻介质。

为此,玻璃元件1通过支架50固定,更具体地是浸入蚀刻介质200中,优选为蚀刻溶液,该蚀刻介质200优选设置在容器202中。理想地,用于此目的的容器202包括对蚀刻介质200具有基本抵抗力的材料。容器优选包括能够将某些元素或物质(诸如某些离子或分子)释放到蚀刻介质200中的材料,在最好的情况下,由容器202释放的这些物质以增加或降低玻璃元件的材料的烧蚀速率的方式改变蚀刻介质200的蚀刻能力。

所使用的蚀刻介质200优选为酸性或碱性溶液,更特别地为碱性溶液,例如KOH。在最好的情况下,蚀刻溶液的蚀刻能力受到容器202的材料的影响,并且可能还受到已经添加到蚀刻溶液中的添加剂的影响。将玻璃元件暴露于蚀刻介质200使得玻璃元件的材料被烧蚀,从而产生烧蚀70以及烧蚀速率,该烧蚀速率可受许多因素影响。

第一个因素是玻璃元件1被蚀刻的温度。蚀刻过程优选在60℃至130℃之间的温度下进行,理想地在约100℃下进行,这优选地借助于相对于热源较冷的容器壁产生温度梯度。

此外,优选通过使蚀刻介质200移动来影响烧蚀速率,特别是增加烧蚀速率。例如为此可以使用一个或多个搅拌单元60。可以想到的是,使用机械或电子驱动的搅拌单元60,例如搅拌棒,或者经由磁场控制的磁性搅拌器。在最好的情况下,搅拌单元60以如下方式操作:它们执行旋转移动,从而使蚀刻介质运动。

在另一实施例中,容器202可以例如通过至少一个分隔壁被细分为多个区域。在这种情况下,优选使用分隔壁51,该分隔壁将容器202分成两个区域。在第一区域中,例如可以设置一个或多个搅拌单元60,并且在第二区域中优选设置一个或多个玻璃元件1。在这种情况下,分隔壁51优选地具有一个或多个通道,所述一个或多个通道以能够通过所述通道交换蚀刻介质200的方式将第一区域连接到第二区域。通过这种方式,蚀刻介质200可以以目标方式运动,更具体地,通过这种方式可以实现或控制蚀刻介质200的限定流动方向。

图4示意性地示出了在进一步时间点的图3中蚀刻过程。这里,蚀刻介质200尚未运动。因此,蚀刻介质200可以在烧蚀速率提高的区域更快地被中和,这意味着蚀刻介质200在这些区域被耗尽。在图4中在第一表面2和第二表面3的区域中示出了这种类型的所耗蚀刻介质201。这主要涉及通道的区域,但也可以涉及第一表面2和/或第二表面3的特定区域。在该过程中,多个通道的通道壁优选地被烧蚀到使得两个或更多个通道被结合的程度,从而产生孔10。

在图4的示例中,示出了玻璃元件1,其中蚀刻产生了凹陷形式的高度差部20,其中高度差部优选围绕孔10形成,高度差部20具有表面22,其与玻璃元件的表面2、3成钝角。此外,孔10具有孔内表面12,该孔内表面12优选地被限定为使得孔内表面在至少两个空间方向上完全包围孔10。这里的孔10可以在纵向L和横向Q上延伸,并且特别地形成沿着纵向L并且横向于第一表面2和/或第二表面3延伸的长度。孔10的长度和高度差部20的深度H1可以共同对应于玻璃元件1的厚度D。然而,同样地,孔10的长度也可以对应于厚度D。此外,孔10形成边缘40,特别是在孔内表面12的区域中,该边缘40具有圆顶状凹口。

图5示出了在不同蚀刻条件下玻璃元件1的表面的测得的平均粗糙度值(Ra)(y轴)与烧蚀量(去除量)(x轴)的关系图。各个蚀刻条件由不同的测量结果表示。

·以空的黑环表示的测量结果代表蚀刻过程,在该蚀刻过程中,蚀刻介质200已经特别地通过至少一个搅拌单元60运动,此外,已经使用优选包括金属材料的容器202。

·由实心黑圈表示的测量结果代表蚀刻过程,在该蚀刻过程中,玻璃元件1已经至少部分地并且优选地通过聚合物层(特别是全氟烷氧基聚合物)免受蚀刻介质200侵蚀。此外,蚀刻介质200尚未主动运动。

·表示为图案化的黑环的测量结果代表蚀刻过程,在该蚀刻过程中,玻璃元件1已经至少部分地并且优选地通过聚合物层(特别是全氟烷氧基聚合物)免受蚀刻介质200侵蚀。此外,使用了优选包括金属材料的容器202,并且蚀刻介质200尚未运动。

考虑到这些结果,可以看出玻璃元件1的表面2、3在蚀刻过程之后具有特别低的平均粗糙度值,在该蚀刻过程中,蚀刻介质200运动。该平均粗糙度值优选地在2nm和10nm之间,因此玻璃元件具有特别光滑的表面2、3,并且蚀刻介质200的移动优选地导致非常低的平均粗糙度值。还可以看出,在这些条件下,小于10μm的材料烧蚀非常低,只需少量烧蚀就能产生较低的平均粗糙度值。

此外,可以确定,相对于蚀刻介质使用屏蔽导致明显更高的平均粗糙度值,并因此导致玻璃元件的明显更粗糙和/或粗糙的表面2、3。换句话说,在蚀刻介质200不移动的蚀刻过程之后,玻璃元件1的表面比在蚀刻介质200移动的蚀刻过程之后的表面明显更粗糙。在蚀刻媒介200移动的蚀刻过程之后的平均粗糙度值优选在大约5nm和130nm之间。

由于在许多情况下,即在蚀刻介质200移动和不移动的情况下,使用具有金属材料的容器202,这似乎对表面2、3的粗糙度几乎没有影响。

图6示出了在Schott的三种不同玻璃的孔区域中,在蚀刻介质200中,烧蚀速率R

玻璃B和玻璃C的情况有所不同。当烧蚀速率达到高值并且最初随着玻璃浓度升高而再次降低时,在达到低值时烧蚀速率再次增加。这可以通过以下进行解释:在玻璃B和玻璃C中,与具有低玻璃浓度的蚀刻介质200相比,富含玻璃的蚀刻介质200密度更高因而更重。因此,具有高玻璃浓度的蚀刻介质200从孔10的区域中凹陷(在玻璃元件的表面平行于容器底部对准的情况下),使得新的蚀刻质200再次进入孔的区域中。新的蚀刻介质200然后也允许烧蚀速率再次增加,一旦蚀刻介质的玻璃浓度再次达到临界值,烧蚀速率再次下降。总之,例如通过在蚀刻介质200中相应地对准玻璃元件1,或者通过蚀刻介质200在限定的方向上的移动,可利用该效果来针对性地控制烧蚀速率并且建立烧蚀速率的期望梯度。因此,以这种方式,可以针对性地产生具有低玻璃浓度的区域,在该区域由于烧蚀速率的增加而优选地形成凹陷。

换句话说,可以通过蚀刻介质200的限定的玻璃浓度来控制高度差部20(具有针对性地控制的高度或深度和/或形状)的形成,并且因此可以控制烧蚀速率,这种控制更特别地是局部的。

通常,高度差部20,特别是高度差部20的高度或深度和/或形状,可以因此受到操作参数(例如烧蚀速率、蚀刻介质200的成分、更特别地蚀刻介质200的玻璃浓度、蚀刻介质20的移动、以及优选地,限定的流动方向、蚀刻过程的持续时间和/或蚀刻介质200的温度)的权威性影响。

图7示意性地表示另一实施例。不限于所示的实施例,蚀刻介质200的流动方向可以通过分体式容器202来规定,在该实施例中,蚀刻介质200通过搅拌单元60(例如推进器或磁力搅拌器)运动。这里具有搅拌单元60的区域可以例如通过分隔壁51在空间上并且至少部分地与第二区域分离,在该第二区域中布置有玻璃元件1或优选地布置有两个或更多个玻璃元件1,更具体地布置在支架50中。在图7所示的示例中,在第二区域中布置有多个支架,更具体地布置有两个支架50,每个支架具有多个玻璃元件1。分隔壁51优选地具有一个或多个通道,所述通道以能够通过所述通道交换蚀刻介质200的方式将第一区域连接到第二区域。以这种方式,蚀刻介质200可以在第二区域移动或循环,更具体地对流,该对流用虚线表示。

支架优选地以如下的方式实现:它们可以运动,更特别地使得蚀刻介质内的玻璃元件1是可运动的。为此,图7表示支架50或玻璃元件1的两种可能的移动B1、B2。例如,B1表示玻璃元件1或支架50的上下移动。因此,玻璃元件1可以相对于容器底部上下移动,更具体地,以恒定的周期、恒定的频率和/或恒定的距离上下移动。在此,上下移动的距离可以根据玻璃元件1的长度、它们的对准和容器202的高度按需变化。

玻璃元件1或支架50的另一移动形式由旋转移动B2表示。因此,支架50还可以被配置为使得玻璃元件1围绕至少一个轴线旋转或可旋转。优选地,玻璃元件1围绕第二轴线也是可旋转的或者能够旋转,该第二轴线优选地垂直于第一轴线布置。

通常,根据一个实施例,支架作为整体可以在大体闭合的、例如矩形/多边形/椭圆形路径上移动,而不围绕其自身的轴线旋转。如此,即使在这种闭合路径的情况下,也可以防止由于旋转而导致的蚀刻介质在玻璃元件上的局部不同的流动攻速。那么,通常有利的是,玻璃元件1在不发生旋转的情况下在蚀刻介质中沿一个或多个空间方向或其组合移动。

特别地,在玻璃元件1的移动和蚀刻介质200的移动之间的组合中,高度差部20或凸起或凹陷可以对称或不对称地成形。对称的高度差部20可以例如通过使玻璃元件1围绕横向于蚀刻介质200的移动方向、更特别地垂直于蚀刻介质200的移动方向设置的轴旋转来实现。玻璃元件1可以优选地围绕垂直于第一表面2和/或第二表面3对准的轴旋转。对称结构或高度差部20的配置的另一可能性是玻璃元件1上下移动,优选玻璃元件1在蚀刻介质200不移动的情况下上下移动。在蚀刻介质200不移动或不均匀移动的情况下,玻璃元件1优选地绕两个特别是彼此垂直的轴线旋转,以产生对称的高度差部20。因此,通常可以规定在蚀刻介质中沿着具有至少一个方向反转的路径使玻璃元件1移动。

相反,如果优选只有蚀刻介质200和/或富含玻璃的蚀刻介质200处于运动中,则可以产生不对称结构或高度差部20。在这种情况下,优选在蚀刻介质200的移动方向或凹陷方向上产生高度差部20,因为富含玻璃的蚀刻介质200在局部导致蚀率降低。

通过在蚀刻介质中对准玻璃元件1来形成另一控制参数。如图7所示,玻璃元件1或两个或多个玻璃元件1可以相对于容器底部优选竖直、横向或垂直准。因此,可以使玻璃元件1相对于蚀刻介质的移动方向对准,特别是为了控制至少一个高度差部20的形成和/或形状。例如,在右支架50中,玻璃元件1相对于容器底部和/或蚀刻介质200的移动方向倾斜地对准,通过这些手段,例如在玻璃元件1的特定边缘处,可以优选地产生蚀刻介质200的涡流。在这种情况下,可以通过借助于涡流,快速运走富含玻璃的蚀刻介质20在特别是局部实现加快的烧蚀速率。在这种情况下,可以相对于第一表面2和/或第二表面3产生凹陷,其优选地至少部分地围绕孔10。

在另一个实施例中,玻璃元件1可以基本上平行于容器底部对准,或者优选地水平对准。在这种情况下,富含玻璃的蚀刻介质200能够穿过孔10凹陷,并且特别是均匀地分布在孔周围,从而允许在与容器底部相对设置的表面2、3处产生对称的高度差部20,优选地是凸起。与此相反,在背向容器底部的表面2、3上,可以至少不形成任何凸起20,或者形成具有较低高度的凸起20。而因为富含玻璃的蚀刻介质200下沉,由于未饱和的蚀刻介质的向内流动和由此提高的烧蚀速率,特别是在背离容器底部的表面2、3的边缘处可以产生凹陷。

例如,如果第一表面2面向容器底部,则在第一表面2上产生凸起,因为饱和的蚀刻介质从孔中落下,因此烧蚀速率降低。相反,在与第一表面2相对的第二表面3上,优选产生凹陷。

图8示出了温度对烧蚀速率的影响。示出了高度差部20的高度的测量结果与蚀刻介质200的温度以及孔10的取向和形状的关系图。因此,在x轴下方绘制了孔的不同形状。在这种情况下,蚀刻介质200的移动方向平行于第一表面2和第二表面3。值得注意的是,针对孔10的所有形状/结构,与温度为80℃的蚀刻介质相比,当蚀刻介质200的温度为例如125℃时,高度差部20更高。因此,不限于所示的示例性结构,可以通过调节蚀刻介质的温度来决定性地控制更特别地至少部分地围绕孔10的高度差部20的高度以及优选地深度。

因为烧蚀速率在温度升高时增加,所以更多的材料也被溶解。由此,蚀刻介质200在烧蚀度高的区域(特别是孔10)周围更快地饱和,使得烧蚀速率在该区域中迅速下降。因此,一般而言,高度差部20的高度和/或深度与烧蚀度或烧蚀速率成比例。烧蚀度越高,高度差部20越大。然而,在没有孔10的区域中,例如在第一表面2和第二表面3的区域中,烧蚀速率基本上保持高于孔周围的区域。换句话说,烧蚀速率可以调节成使得玻璃元件1的一个区域中的烧蚀速率高于另一区域(例如至少部分地围绕孔10的区域)中的烧蚀速率。

特别地取决于蚀刻介质200和/或支架50的调节移动,高度差部20,特别是孔10周围的高度差部20,可以具有或被赋予不对称的形状。然而,在另一个实施例中,高度差部20也可以具有/被赋予对称的形状,特别是在孔10周围。在这种情况下,孔10本身也相对于平行于纵向L的旋转轴对称。本发明意义上的对称被理解为凸起,特别是在孔周围的凸起基本上具有一致的高度或深度和/或一致的形状,例如梯度。因此,这种意义上的不对称意味着高度差部20,特别是在孔10周围的高度差部20至少具有不同高度/深度和/或梯度的部分。

从图8还可以读出进一步的效果。特别是在孔呈细长形式的情况下,高度差部的大小取决于相对于移动方向的取向。因此,在孔呈细长形时,在横向于纵向地流过蚀刻槽的情况下(从左起第3次测量),高度差部远小于在纵向上流过蚀刻槽的情况(从左起第6次测量)。这归因于蚀刻介质的液体穿过孔所需的时间。左起第3次测量的时间远小于左起第6次测量的时间。因此,根据本发明的一个实施例,通常可以通过调节蚀刻介质穿过孔的时间和/或通过孔相对于移动方向或流动方向的取向来建立期望的高度差部。

图9示出了高度差部20的深度或凹陷深度特别是在玻璃元件1上下移动的情况下与蚀刻介质200的温度的关系图,玻璃元件的表面与上下移动方向成35°角。盘的倾斜位置迫使蚀刻介质流过表面,而与蚀刻介质的当前移动无关。蚀刻介质200另外通过磁搅拌器运动。

大体上可以看出两种效果。首先,高度差部20在第一表面2和第二表面3上是不同的。其次,与温度较低并且例如玻璃元件1以0°的角度垂直取向相比,特别是在蚀刻介质200的温度较高和/或玻璃元件1相对于蚀刻介质200的移动方向对角定向时,高度差部20更高。该示例假设第一表面2限定玻璃元件1的顶侧(即,背向容器底部的侧),而第二表面3相应地能够是底侧(即,玻璃元件1的面向容器底部的侧)。

同样明显的是,在所有情况下,高度差部20是具有优选地在大约65nm和大约5nm之间变化的深度的凹陷。因此,根据测量数据可以推断出,至少高度差部20的深度可以通过蚀刻介质200的温度和/或通过玻璃元件1相对于蚀刻介质200的移动方向的取向来决定性地控制。

因此,图9示出了面对容器底部或面对蚀刻介质200的流动方向的第二表面3上的烧蚀速率,特别是在诸如125℃的高温下比在诸如100℃的低温下更高,其中,背向容器底部或背向蚀刻介质200的流动方向的第一表面1上的烧蚀速率也更低,因此,第一表面2上的高度差部20可以大于或小于第二表面3上的高度差部20。然而,根据所建立的操作参数,玻璃元件1还可以被配置为使得第一表面2和第二表面3具有基本一致的高度差部。换句话说,第一表面2和第二表面3的高度差部20可以基本上彼此对称。在这种情况下,镜面优选地在第一表面2和第二表面3之间居中,并且特别地也平行于这些表面2、3。然而,也可以设想,高度差部20相对于该中心平面不对称地设计。

图10示出了与蚀刻后的玻璃元件1上的高度测量相对应的形貌。所示的形貌是玻璃元件1的表面2、3在所述元件经受蚀刻介质之后的约6mm

右侧空白处表示的是具有相应高度值(单位为nm)的刻度,其中值0形成参考值。形成该形貌的原因是蚀刻介质200已经与溶解的玻璃成分一起积聚在孔10内,并且所述介质的密度因此增加。随后,富含玻璃的蚀刻介质200从孔中脱离出来,使蚀刻介质200移动,在移动过程中,在重蚀刻介质200下落的过程中,更多的材料能够溶解,从而在容器底部的方向上(4-5点钟)产生凹陷。然而,另一方面,蚀刻介质200的这种向下移动也使得较少的玻璃可以在孔10周围基本上径向地溶解,因为蚀刻介质200在孔10中变得更慢地富集玻璃,并且相应地不能快速地下降。因此,蚀刻介质200在孔10周围的径向移动比在孔10内的移动慢,并且残余材料能够沉积在孔10周围,从而能够形成凸起形式的高度差部20。

类似于图10,在图11中示出了另一实施例。使用白光干涉仪以像素为基础记录这里所示的孔周围的基板表面的测量数据/形貌,并且评估的结果表示为灰度图像。因此,下面描述的线扫描是沿着所选择的评估部分的数据网格的评估/最佳可能的插值。在图像中,另外表示了线Y-Z。沿着这条线的高度轮廓(根据数据计算出并内插)表示在图像下方的图表中。该线Y-Z横跨孔10。根据从图11的底部所示的高度轮廓或凸起20的形貌,可以容易地读出高度差部20的对称特征。约400μm和约1900μm之间的缺失值表示孔10。很明显,在线扫描的后部区域,尤其是在1900μm和2000μm之间的部分,高度差部20比0μm至400μm的前部区域更明显,或具有更低的值。

在该示例中,玻璃元件1优选地通过上述方法以如下方式被构造:结构或高度差部20在形状上基本对称和/或被构造为凹陷。在所示的视图中,高度差部20设置在孔10的周围,在该示例中,孔10以这样的方式成形,即其具有朝向图像的下边缘减小的宽度,优选地使得孔10成形为峰。高度差部20的深度在孔10的方向上增加,这从暗影中以及从所示的线扫描Y-Z的高度轮廓中可以看出。然而,所示的图像细节很小,因此线扫描仅能捕获高度差部20的一部分,更具体地是玻璃元件1的形貌。根据图11的下部区域中的高度轮廓,可以看出,高度差部20是凹陷。

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