Heißviskose Formgebung von Glasstrukturen

Abformen von Gläsern

Am Fraunhofer ISIT wurde ein Prozess entwickelt, der auf der heiß viskosen Abformung von Glas beruht. Mit Hilfe dieses Prozesses ist es möglich, Glaswafer mit hohen Aspektverhältnissen auf Waferebene so zu strukturieren, dass die guten optischen Eigenschaften erhalten bleiben. Dafür müssen Gläser verwendet werden, deren Erweichungstemperatur deutlich unter der von Silizium liegt. Dabei wird ein strukturierter Siliziumwafer als sogenannte Urform gewählt. Das hat den Vorteil, dass hier die standardisierten Verfahren zum Strukturieren von Silizium in einem Reinraum genutzt werden können. Die eingebrachten Strukturen bzw. Kavitäten entsprechen später den abgeformten Bereichen im Glas. Der geätzte Siliziumwafer wird dann mit einem Glaswafer anodisch gebondet. Dabei kann ein definierter Druck innerhalb der Kavitäten eingeschlossen werden. Dieser ist später dafür maßgeblich, ob das Glas in die Strukturen gezogen oder aber ausgeblasen wird. Je nach Anwendung kann das Glas nun durch Schleifen und Polieren weiterbearbeitet werden. Das Entfernen des Siliziumwafers erfolgt abschließend nasschemisch.

Mit Hilfe dieser einzigartigen Technologie können erstmalig neue Bauelemente auf Waferebene aus Glas gefertigt werden die den qualitativen Anforderungen der Optik genügen. So lassen sich Mikrolinsen, Reflektoren und speziell geformte optische Fenster in großer Stückzahl auf Waferebene ohne weitere mechanische Bearbeitung realisieren, was eine kostengünstige Massenfertigung mikrooptischer Bauelemente ermöglicht (Wafer mit vergoldeten Hohlspiegeln). In Kombination mit MEMS-Scannern und aktiven optischen-Bauelementen ist dieses Herstellungsverfahren der Schlüssel zu hermetisch gekapselten MEMS-Bauelementen die den hohen Anforderungen optischer Funktionalität genügen (MEMS Spiegel mit schrägen Fenstern). Durch die schräg gestellten Fenster wird die Rückreflektion des eintreffenden Laserstrahls in den projizierten Bildbereich vermieden.  Die Bauelemente werden in Systeme integriert und finden Anwendung unter anderem in den Bereichen der Bildprojektion, Lichtstrukturierung, Datenübertragung durch Laserstrahlung und Materialbearbeitung wieder.