DE10358684A1

DE10358684A1 - Werkzeug, Verfahren und Vorrichtung zur Heißformgebung von Glas und Glaselementen

Info

Publication number: DE10358684A1
Application number: DE2003158684
Authority: DE
Inventors: Polina Dr. Ebeling
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-13
Also published as: DE10358684B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats, insbesondere zur Heißprägung. Das Werkzeug umfasst ein Silizium-Substrat (2), das strukturiert ist, um in Anlage mit dem erwärmten Glassubstrat (3) eine Oberfläche des Glassubstrats zu strukturieren, und zeichnet sich dadurch aus, dass eine Oberfläche des Silizium-Substrats (2) eine metallische Beschichtung (4) aus einem Edelmetall aufweist, um eine Benetzbarkeit der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) mit Glas herabzusetzen, und dass ein Substrat-Träger (10) mit einer Anlagefläche vorgesehen ist, um das Silizium-Substrat (2) zu tragen, wobei eine Rückseite des Silizium-Substrats (2) an der Anlagefläche des Substrat-Trägers (10) anliegt. DOLLAR A Erfindungsgemäß können Glasoberflächen mit relativ hohem Aspektverhältnis bis zu etwa 1 : 1 bei einer minimalen Strukturgröße von etwa 2 nm in nahezu beliebigen Glassorten durch Heißprägen strukturiert werden. DOLLAR A Eine bevorzugte Anwendung betrifft die Ausbildung von diffraktiven optischen Elementen (DOE) oder mikromechanischen Elementen durch Heißprägen von Glasoberflächen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Heißformgebung von Glas und betrifft die Heißprägung von diffraktiven optischen Elementen oder mikromechanischen Elementen mit Mikro- oder Nanostrukturen.

Als Werkzeuge zur Heißformgebung von Glas werden industriell herkömmlich nur Stähle, Hochtemperaturlegierungen und Keramiken, beispielsweise SiC, WC, SiN, verwendet, weil die Heißformgebung von Glas zur Strukturierung, insbesondere durch Heißprägen, Temperaturen von oberhalb 400°C erfordert. Steigende Anforderungen an die Strukturierung von Glasoberflächen erfordern zunehmend die Ausbildung von Mikro- und Nanostrukturen auf den Werkzeugoberflächen mit einem hohen Aspektverhältnis, definiert durch ein Verhältnis von erzielbarer Tiefe zu erzielbarer Breite von Strukturen auf der Oberfläche des zur Heißformgebung bzw. zum Heißprägen verwendeten Werkzeugs.

Die vorgenannten Werkzeugmaterialien lassen sich nur sehr kostenaufwendig strukturieren. Eine ausreichende Präzision im Submikrobereichbereich lässt sich nur schwer realisieren oder ist gar unmöglich. Ein Verfahren zur hoch präzisen Strukturierung von Werkzeugen für eine Heißformgebung von Gläsern ist deshalb wünschenswert.

Eine hoch präzise Strukturierung von Oberflächen ist seit langem aus der Halbleitertechnologie bekannt, wo bevorzugt Silizium-Substrate mit einer Auflösung im Submikrometerbereich strukturiert werden können. Zwar schmilzt Silizium erst bei Temperaturen von oberhalb etwa 900°C, doch wird Silizium bei steigender Temperatur zunehmend plastischer und weicher, sodass Silizium-Werkzeuge bei Anwendung von Drücken, wie sie zum Pressen oder Prägen von heißen Gläsern erforderlich sind, allmählich ihre Kontur verändern.

Die Verwendung von Silizium als Basismaterial von Werkzeugen zur Heißformgebung von Glas, insbesondere zum Heißprägen, unterliegt jedoch noch weiteren Einschränkungen. So führen die starken Unterschiede in der thermischen Ausdehnung von Glas und Silizium zu einer Zerstörung des sehr brüchigen und zumeist nur in dünnen Plättchen erhältlichen Silizium-Subtrats eines Heißformgebungswerkzeugs. Ferner weist Silizium aufgrund ähnlicher Materialeigenschaften eine sehr hohe Affinität zu Glas auf. Dies würde bei Temperaturen, wie diese zum Heißprägen von Glas erforderlich sind, zum irreversiblen Kleben des Glases an dem Silizium-Substrat eines Werkzeugs führen, was zur Zerstörung des Glassubstrats und/oder des Werkzeugs zum Heißprägen, insbesondere bei der Entformung, führen würde. Aus den vorgenannten Gründen findet Silizium als Basismaterial eines Heißformgebungswerkzeugs herkömmlich keine Verwendung.

Bei der Prägung von Feinstrukturen mit höheren Aspektverhältnissen in Glas sind noch weitere physikalische Effekte zu berücksichtigen. So weist Glas bei Temperaturen, wie sie zum Heißprägen erforderlich sind, eine relativ hohe Oberflächenspannung auf.

Aus den vorgenannten Gründen können herkömmlich Strukturen in Glasoberflächen nur mit einem Aspektverhältnis (Tiefe:Breite) unterhalb von etwa 1:10 geprägt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Werkzeug, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Heißformgebung, insbesondere zum Heißprägen, eines Glassubstrats bereitzustellen, womit sich Feinstrukturen mit einem relativ hohen Aspektverhältnis, insbesondere mit einem Aspektverhältnis von etwa 1:1, realisieren lassen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch optische und/oder mikromechanische Elemente, deren Oberflächen durch Heißformgebung, insbesondere Heißprägen, strukturiert sind, ganz besonders bevorzugt diffraktive optische Elemente (DOE).

Die vorgenannten Aufgaben werden gelöst durch ein Werkzeug nach Anspruch 1, durch ein Verfahren nach Anspruch 16, 25, 31 bzw. 32 sowie durch ein Element nach Anspruch 33 oder 34. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats, insbesondere zum Heißprägen, bereitgestellt, mit einem Silizium-Substrat, das strukturiert ist, um in Anlage mit dem erwärmten Glassubstrat eine Oberfläche des Glassubstrats zu strukturieren. Das Werkzeug zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Oberfläche des Silizium-Substrats eine metallische Beschichtung aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung aufweist, um eine Benetzbarkeit der Oberfläche des Silizium-Substrats mit Glas herabzusetzen, wobei ein Substrat-Träger mit einer Anlagefläche vorgesehen ist, um das Silizium-Substrat zu tragen bzw. abzustützen, wobei eine Rückseite des Silizium-Substrats an der Anlagefläche des Substrat-Trägers anliegt.

Durch die Beschichtung der Oberfläche des Silizium-Substrats mit einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung kann die Benetzbarkeit des Werkzeugs mit dem Glas des Glassubstrats wirkungsvoll gemindert werden. Somit kann die Heißformgebung bzw. Heißprägung des Glassubstrats auch bei niedrigerer Viskosität ausgeführt werden, sodass zur Heißformgebung bzw. zum Heißprägen kleinere Kräfte benötigt werden. Außerdem wird das Werkzeug weniger stark beansprucht, was zu einer längeren Verwendungsdauer der Werkzeuge und gleichzeitig zu einer höheren Reproduzierbarkeit der strukturierten Profile führt.

Zur Heißformgebung bzw. Heißprägung wird die Oberfläche des Glassubstrats auf eine geeignete Temperatur erwärmt. Zu diesem Zweck weist das Werkzeug Heizeinrichtung auf oder sind dem Werkzeug Heizeinrichtungen zugeordnet, beispielsweise Infrarot-Strahler, Widerstands-Heizelemente oder induktive Heizeinrichtungen.

Die Dicke der metallischen Beschichtung kann grundsätzlich in weiten Grenzen in Anpassung an die gewünschten Oberflächeneigenschaften der strukturierten Oberfläche des Silizium-Substrats gewählt werden. Als besonders vorteilhaft haben sich ultradünne Beschichtungen erwiesen, weil diese relativ homogen und konturengetreu ausgebildet werden können, was Oberflächenspannungseffekte noch weiter mindert. Ganz besonders bevorzugt ist die metallische Beschichtung mit einer Dicke im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 20 nm ausgebildet.

Zur metallischen Beschichtung werden Edelmetalle oder Edelmetalllegierungen bevorzugt, insbesondere Platin-Gold-Verbindungen oder -Legierungen, bevorzugt PtAu5. Die Beschichtung mit Edelmetallen oder Edelmetalllegierungen erhöht erfindungsgemäß die Oberflächenspannung des Glases gegenüber dem Werkzeug. Somit wird ein nicht reversibles Verkleben zwischen dem Werkzeug und dem Glas verhindert bzw. tritt dieses erst bei geringeren Viskositäten auf, was zu einer besseren Abformung führt und damit die Qualität der Prägung erhöht.

Ein noch gleichmäßigerer Flächenkontakt zwischen Substrat und Substrat-Träger lässt sich erzielen, wenn deren aneinander anliegenden Oberflächen eine gleichmäßige Rauhigkeit aufweisen, wenn diese beispielsweise geläppt sind.

Bevorzugt weist das Werkzeug zwei Bereiche auf, nämlich einen vorzugsweise zentralen strukturierten Bereich und einen Randbereich, der bevorzugt den strukturierten Bereich umgibt, ganz besonders bevorzugt in einer axial symmetrischen Konfiguration. Bevorzugt ist die Oberfläche des Silizium-Substrats nur in dem strukturierten Bereich strukturiert, während der Randbereich unstrukturiert ausgebildet sein kann, um für andere Funktionen, beispielsweise zum besseren Ablösen des Glassubstrats nach der Heißprägung zur Verfügung zu stehen.

Bevorzugt steht der strukturierte Bereich von dem Randbereich vor, sodass eine vollkommene Abformung der Strukturen auf dem Silizium-Substrat gewährleistet werden kann. Gleichzeitig kann der Randbereich auch zu einer Ausrichtung des Silizium-Substrats mit Außenkanten des Werkzeugs und/oder dem Glassubstrat verwendet werden.

Somit kann die Strukturierung entweder bis zum Randbereich oder nur in einem vorzugsweise zentralen Bereich vorgesehen sein. Somit kann die gesamte Fläche des Werkzeugs einschließlich einer möglichen Vertiefung des Randbereichs bis zur Einführungstiefe in ein Werkzeug-Gegenstück an der Heißformgebung teilnehmen. Ein Vorteil eines unstrukturierten Randbereichs neben dem strukturierten Bereich besteht darin, dass die abgeprägte Struktur in der Höhe automatisch auf den unstrukturieren Randbereich ausgerichtet ist und dass der unstrukturierte Randbereich für eine Justierung der Positionierung oder weiteren Verarbeitung des geprägten Teils verwendet werden kann.

Das Herausragen des unstrukturierten Randbereichs von dem strukturierten Bereich ist sehr vorteilhaft für eine hochqualitative Abprägung. Je kleiner die Fläche des vorstehenden Bereichs mit der Strukturierung ist, desto tiefer wird das Werkzeug bei der Heißprägung in das Substrat eingeführt. Selbst bei einem Einführen um mehr als 500 μm konnten erfindungsgemäß kaum zusätzliche Verbesserungen der Abformungsqualität mehr festgestellt werden.

Bevorzugt steht der strukturierte Bereich nur um einen vergleichsweise geringen Abstand von dem Randbereich des Werkzeugs vor, sodass das Glassubstrat bei der Heißformgebung bzw. dem Heißprägen nur geringfügig umgeformt wird und/oder an Randbereichen des Glassubstrats unstrukturierte bzw. nicht heißgeformte oder heißgeprägte Bereiche verbleiben, an denen das Glassubstrat zum Entformen oder zu anderen Zwecken auch gehandhabt werden kann.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn ein Übergangsbereich zwischen dem Randbereich des Werkzeugs und dem strukturierten Bereich schräg radial einwärts gerichtet von dem Randbereich abragt, beispielsweise in Form eines abgeschrägten oder gewölbten Abschnittes. Solche schräg einwärts verlaufenden Übergangsbereiche erleichtern das Entformen des Werkzeugs und das Abheben des Silizium-Substrats und/oder des Werkzeugs von dem Glassubstrat nach der Heißformgebung bzw. dem Heißprägen.

Der vorgenannte schräg einwärts von dem Randbereich abragende Übergangsbereich kann in dem Silizium-Substrat selbst ausgebildet sein, zu welchem Zweck geeignete Oberflächen-Strukturierungstechniken, insbesondere Ätztechniken, verwendet werden können, oder kann in dem Substrat-Träger ausgebildet sein, zu welchem Zweck die Oberfläche des Substrat- Trägers geeignet bearbeitet ist, beispielsweise durch geeignete Ätztechniken, Abformungstechniken oder Schleifprozesse.

Das Silizium-Substrat kann als nachträglich strukturierte Beschichtung auf dem Substrat-Träger aufgebracht sein, beispielsweise kann ein nicht-strukturiertes Silizium-Substrat zunächst auf den Substrat-Träger aufgeklebt oder gebondet oder an diesem befestigt werden und kann das Silizium-Substrat anschließend geeignet strukturiert und beschichtet werden.

Bevorzugt wird das Silizium-Substrat zunächst geeignet strukturiert und beschichtet, bevor es an dem Substrat-Träger angebracht wird. Für eine ausreichende Abstützung des Silizum-Substrats an dem Substrat-Träger können beispielsweise auch mechanische Klemmverbindungen verwendet werden, weil so das Silizium-Substrat leicht ausgetauscht werden kann.

Bekanntermaßen stehen zur Strukturierung von Silizium-Substraten eine Vielzahl von Strukturierungstechniken zur Verfügung, die sich durch eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auszeichnen. Somit lässt sich erfindungsgemäß ein Werkzeug mit hoher Präzision herstellen. Aufgrund von Fortschritten in der Halbleitertechnologie können insbesondere auch sehr feine Strukturgrößen mit hohen Aspektverhältnissen (Verhältnis von Tiefe zu Breite einer Struktur) ausgebildet werden. Erfindungsgemäß lassen sich insbesondere Heißformgebungs- bzw. Heißprägungswerkzeuge für Glasoberflächen mit einem Aspektverhältnis von bis zu etwa 1:1 bei einer minimalen Strukturgröße von bis zu etwa 2 nm ausbilden.

Zur eigentlichen Heißformgebung wird ein erfindungsgemäßes Werkzeug, wie vorstehend beschrieben, bevorzugt mit einem geeignet ausgebildeten Werkzeug-Gegenstück zum Halten des Glassubstrats während der Heißformgebung bzw. des Heißprägens verwendet. Für eine präzise Heißformgebung sind das Werkzeug und das Werkzeug-Gegenstück zueinander exakt ausgerichtet, zu welchem Zweck der vorgenannte Randbereich des Werkzeugs verwendet werden kann.

Die Oberfläche des Werkzeug-Gegenstücks kann plan sein, sodass das zu strukturierende Glassubstrat während des gesamten Heißformgebungsprozesses vollflächig auf dem Werkzeug-Gegenstück aufliegt und der zur Heißformgebung erforderliche Druck relativ rasch aufgebaut werden kann, wenn das Glassubstrat eine geeignete Temperatur aufweist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Werkzeug-Gegenstück eine Vertiefung mit konkav gewölbten Randbereichen aufweisen, sodass der vorgenannte strukturierte Bereich mit dem schräg einwärts gerichtet von dem Randbereich abstehenden Übergangsbereich das zu Beginn des Heißformgebungsprozesses plane Glassubstrat allmählich in die Vertiefung hineindrückt und insgesamt eine gewisse Umformung des Glassubstrats erzielt wird.

Zweckmäßig wird das Glassubstrat an dem Werkzeug-Gegenstück mechanisch gehalten, so dass das Werkzeug im Anschluss an die Heißprägung wieder abgelöst werden kann, ohne dass das Glassubstrat an dem Werkzeug anhaftet und mit abgehoben wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine mechanische Klemmhalterung des Glassubstrats an dem Werkzeug-Gegenstück vorgesehen sein.

Ganz besonders bevorzugt weist die Vertiefung einen abgeschrägten oder gewölbten Randbereich auf, der korrespondierend zu dem abgeschrägten oder gewölbten Abschnitt des Werkzeugs ausgebildet ist, welcher den Randbereich mit dem strukturierten Bereich verbindet. Auf diese Weise lässt sich eine noch effizientere Abformung der Strukturen auf der Oberfläche des Silizium-Substrats gewährleisten.

Durch die Form der Vertiefung kann insbesondere auch die geometrische Form des Glassubstrats nach der Heißformgebung bzw. dem Heißprägen vorgegeben werden. Somit lassen sich erfindungsgemäß auch relativ stark umgeformte Elemente aus Glas mit mikro- oder nanostrukturierten Oberflächen herstellen. So kann der Krümmungsradius des vorgenannten gewölbten Randbereichs der Vertiefung etwa 3 mm betragen, um gewölbte Gebilde aus Glas mit darauf aufgeprägten diffraktiven Strukturen auszubilden.

Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, wie vorstehend beschrieben sowie ein Verfahren zur Heißformgebung eines Glassubstrats unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs.

Von besonderem Vorteil findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung auf Glassubstrate aus Calc-Natron-Glas, Silicat-Glas, Borat-Glas, Borosilicat-Glas, Phosphat-Glas, Fluorid-Glas, Fluoridphosphat-Glas und Halkogenid-Glas. Selbstverständlich können auch Gläser mit niedriger Glasübergangstemperatur (LowTg-Glas) und optische Gläser, zweckmäßig mit Ausnahme von reinem Quarzglas, verwendet werden.

Ganz besonders bevorzugt werden Glassorten mit einer vergleichsweise hohen Oberflächenspannung gegenüber einer Beschichtung aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung, wie sie erfindungsgemäß Verwendung findet, insbesondere gegenüber einer PtAu5-Beschichtung. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Fluoridphosphat-Gläsern erwiesen, da diese eine geringere Klebeneigung aufweisen und somit bei vergleichsweise niedrigen Viskositäten geprägt werden können.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von makroskopischen Gegenständen mit einer Oberfläche aus einem Glasmaterial, in welcher durch die erfindungsgemäße Heißformgebung bzw. Heißprägung Strukturen ausgebildet sind. Aufgrund der vergleichsweise geringen Belastung des Werkzeugs während der Heißformgebung eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Werkzeug insbesondere für eine Massenproduktion solcher makroskopischer Gegenstände. Solche Gegenstände können auch vollständig aus einem Glasmaterial gebildet sein.

Ein ganz besonders bevorzugter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Fertigung von optischen und/oder mikromechanischen Elementen und/oder Funktionselementen aus Glas oder glasartigen Materialien. Durch die erfindungsgemäße Heißformgebung können auf der Oberfläche solcher Elemente geeignete Strukturen, beispielsweise zur Beeinflussung eines Lichtstrahls oder für eine mikromechanische Funktion, ausgebildet werden. Die Vertiefung in dem Werkzeug-Gegenstück kann gleichzeitig dazu genutzt werden, um das Element geeignet umzuformen, sodass erfindungsgemäß auch umgeformte Glas-Elemente mit optischen und/oder mikromechanischen Strukturen auf ihrer Oberfläche ausgebildet werden können. Beispielsweise lassen sich erfindungsgemäß Linsen, Linsenarrays oder Linsensysteme herstellen, die einerseits aufgrund der Umformung refraktiv wirken, um einen Lichtstrahl durch Lichtbrechung zu modifizieren, und die andererseits aufgrund von oberflächlich aufgeprägten, optisch wirksamen diffraktiven Strukturen einen Lichtstrahl auch beugen, was beispielsweise zur Kompensation von Abbildungsfehlern bei der Lichtbrechung, für wellenlängenselektive Abbildungen oder allgemein für eine geeignete Phasenfrontanpassung bzw. -verzerrung des Lichtstrahls genutzt werden kann.

Weil das Silizium-Substrat des Werkzeugs mit hoher Oberflächenqualität ausgebildet werden kann und auch die Strukturen mit hoher Präzision ausgebildet werden können, brauchen die erfindungsgemäß hergestellten optischen und/oder mikromechanischen Elemente bevorzugt nicht nachbearbeitet werden. So können bei der Herstellung von optischen und/oder mikromechanischen Elementen weitere Kosten gespart werden.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigt:

1 ein Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 ein Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 einen vergrößerten Querschnitt eines Silizium-Substrats zur Verwendung für ein Werkzeug gemäß den 1 und 2;

4 ein Flussdiagramm zu einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs gemäß den 1 und 2; und

5 in einem stark vergrößerten Querschnitt ein optisches und/oder mikromechanisches Element aus einem Glasmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.

Die 1 zeigt ein Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das insgesamt mit 1 bezeichnete Werkzeug umfasst einen Substrat-Träger 10 und ein Gegenwerkzeug 20 zum Halten des Glassubstrats 3. Gemäß der nachfolgenden Beschreibung ist das Glassubstrat 3 ein plattenförmiger Körper mit zwei planparallelen Oberflächen, wobei auf der dem Substrat-Träger 10 zugewandten Oberfläche des Glassubstrats 3 Strukturen durch Heißformgebung oder Heißprägen ausgebildet werden sollen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf die Verwendung solcher plattenförmiger Glassubstrate. Vielmehr können bei entsprechender Anpassung des Substrat-Trägers 10 und des Gegenwerkzeugs 20 nahezu beliebig geformte Glassubstrate 3 heiß geformt oder heiß geprägt werden. Wenngleich nachfolgend davon ausgegangen wird, dass das Glassubstrat 3 ausschließlich aus Glas oder einem glasartigen Material besteht, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn die dem Substrat-Träger 10 zugewandte Oberfläche des Glassubstrats 3 aus einem Glas oder glasartigen Material gebildet ist.

Gemäß der 1 wird ein Silizium-Substrat 2 bei einem zentralen strukturierten Bereich 5 von dem Substrat-Träger 10 gehalten. Wie nachfolgend anhand der 3 beschrieben wird, sind auf der Oberfläche des Silizium-Substrats 2 Strukturen ausgebildet, die durch Abformen auf die dem Substrat-Träger 10 zugewandte Oberfläche des Glassubstrats 3 übertragen werden sollen.

Gemäß der 1 ist der strukturierte Bereich 5 von einem Randbereich 11 umgeben. Der strukturierte Bereich 5 steht von dem Randbereich 11 um einen Abstand x vor, der bevorzugt im Bereich von etwa 50 μm bis etwa 500 μm liegt. Durch den so ausgebildeten Absatz wird eine vollkommene Abformung der Strukturen auf der Oberfläche des Silizium-Substrats 2 in die Oberfläche des Glassubstrats 3 gewährleistet.

Gemäß der 1 ist der Randbereich 11 über einen abgeschrägten, im Wesentlichen kegelstumpfartig von dem Randbereich 11 schräg abragenden Abschnitt 12 mit dem strukturierten Bereich 5 verbunden. Das Silizium-Substrat 2 kann sich bis zum äußeren Rand des strukturierten Bereichs 5 erstrecken. Insgesamt ist der Substrat-Träger 10 axialsymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet, sodass zur Heißformgebung erforderliche Druckkräfte noch symmetrischer auf das Silizium-Substrat 2 verteilt werden können. Der Absatz zwischen dem Randbereich 11 und dem strukturierten Bereich 5 kann auch zur Ausrichtung des Werkzeugs 1, insbesondere zur Ausrichtung des Substrat-Trägers 10 mit dem Gegenwerkzeug 20 und dem Glassubstrat 3 verwendet werden. Der Substrat-Träger 10 ist bevorzugt aus einem Stahl, einem Edelstahl, einer Legierung oder einer Keramik gebildet. Die Oberfläche des Substrat-Trägers 10 ist in dem strukturierten Bereich 5 bevorzugt plan, sodass eine plane Rückseite des Silizium-Substrats 2 vollflächig an dem Substrat-Träger 10 anliegen kann. Selbstverständlich können auf der Oberfläche des Substrat-Trägers 10 in dem strukturierten Bereich 5 auch geeignete Haltestrukturen, beispielsweise Rippen, ausgebildet sein, die in korrespondierend zu diesen ausgebildete Strukturen, beispielsweise Vertiefungen, auf der Rückseite des Silizium-Substrats 2 eingreifen. So kann beispielsweise eine noch präzisere Ausrichtung von Silizium-Substrat 2 und Substrat-Träger 10 erzielt werden.

Das Silizium-Substrat 2 kann mechanisch auf dem Substrat-Träger 10 gehalten werden, beispielsweise mittels einer geeigneten Klemm- oder Schraubverbindung. Das Silizium-Substrat 2 kann auch auf den strukturierten Bereich 5 aufgeklebt oder gebondet sein.

Der abgeschrägte Abschnitt 12 ist bevorzugt in dem Substrat-Träger 10 ausgebildet, kann jedoch grundsätzlich auch an einem Randbereich des Silizium-Trägers 2 ausgebildet sein.

Zum Halten des Glassubstrats 3 auf dem Gegenwerkzeug 20 ist ein lösbarer mechanischer Haltemechanismus (nicht dargestellt) vorgesehen, bevorzugt eine Klemmvorrichtung. Das Gegenwerkzeug 20 ist aus einem harten, temperaturbeständigen Material gebildet, beispielsweise aus einem Stahl, einer Keramik, Glas oder einem Verbundwerkstoff. Das Material des Gegenwerkzeugs 20 ist so gewählt, dass auch bei den zur Heißformgebung erforderlichen vergleichsweise hohen Temperaturen das Material nicht erweicht.

Damit die zur Heißformgebung bzw. Heißprägung notwendigen Temperaturen erzielt werden können, sind an dem Werkzeug 1 Heizeinrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, um das Glassubstrat 3 und/oder das Gegenwerkzeug 20 zu erwärmen. Zu diesem Zweck kann eine Induktionsheizung oder eine langwellige Infrarotheizung vorgesehen sein. Selbstverständlich kann auch das Gegenwerkzeug 20 durch Widerstandsbeheizung erwärmt werden. Bevorzugt wird nur die dem Substrat-Träger 10 zugewandte Oberfläche des Glassubstrats 3 auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Material des Glassubstrats 3 geeignet aufweicht, um heißgeformt bzw. heißgeprägt zu werden. Durch die Temperatur des Glassubstrats 3 kann die Viskosität des heißzuformenden Glases geeignet vorgegeben werden, was die zur Heißformgebung erforderlichen Druckkräfte bestimmt.

Zur Heißformgebung wird das Glassubstrat 3 zunächst auf dem Gegenwerkzeug 20 befestigt und geeignet erwärmt. Auch das Silizium-Substrat 2 und/oder der Substrat-Träger 10 können geeignet vorgewärmt werden. Nach Erreichen einer geeigneten Temperatur werden der Substrat-Träger 10 und das Gegenwerkzeug 20 einander angenähert, bis die Oberfläche des Silizium-Substrats 2 die Vorderseite des Glassubstrats 2 berührt. Durch Druckbeaufschlagung wird das Silizium-Substrat 2 soweit in die Oberfläche des Glassubstrats 3 hineingedrückt, dass eine vollkommene Abformung der Strukturen auf dem Silizium-Substrat 2 in der Oberfläche des Glassubstrats 3 gewährleistet ist. Wie in der 1 gezeigt, ist das Glassubstrat 3 geringfügig breiter als der strukturierte Bereich 5 und das Silizium-Substrat 2. Der Substrat-Träger 10 kann so lange gegen das Gegenwerkzeug 20 gedrückt werden, bis das Silizium-Substrat 2 vollständig in die Oberfläche des Glassubstrats 3 hineingedrückt ist und Randbereiche des strukturierten Bereichs 5 mit der Oberfläche des Glassubstrats 3 in Anlage kommen. Der Substrat-Träger 10 kann auch noch weiter in die Oberfläche des Glassubstrats 3 hinein gedrückt werden, um dort eine vergleichsweise flache trichterförmige Vertiefung einzuprägen. Abschließend werden der Substrat-Träger 10 und das Gegenwerkzeug 20 wieder von einander getrennt und das Glassubstrat 3 von dem Gegenwerkzeug 20 entnommen.

Die 2 zeigt ein Werkzeug zur Heißformgebung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der 2 weist der Substrat-Träger 10 einen von dem Randbereich 11 vorstehenden konvexen strukturierten Bereich 5 auf. Der Randbereich 11 und der strukturierte Bereich 5 sind über einen gewölbten Abschnitt 14 miteinander verbunden. Die Oberfläche des Substrat-Trägers 10 ist in dem strukturierten Bereich 5 plan, sodass das Silizium-Substrat 2 mit seiner planen Rückseite vollflächig auf dem Substrat-Träger 10 aufliegt.

In dem Gegenwerkzeug 20 ist eine korrespondierend zu dem Profil des Substrat-Trägers 10 ausgebildete Vertiefung 22 ausgebildet, mit einem flachen Boden 24 und zwei gewölbten Randbereichen 23. Der Krümmungsradius der gewölbten Abschnitte 14 entspricht dem Krümmungsradius des gewölbten Randbereichs 23.

In dem in der 2 gezeigten Zustand vor dem Heißformgebungsprozess liegen die Kanten des Glassubstrats 3 an den gewölbten Randbereichen 23 auf. Zur präzisen Montage des Glassubstrats 3 können in dem gewölbten Abschnitt 23 des Gegenwerkzeugs 20 geeignete Aufnahmeabschnitte, beispielsweise Rillen, vorgesehen sein. Grundsätzlich kann sich das Glassubstrat 3 auch bis zum Rand des Gegenwerkzeugs 20 erstrecken und dort aufliegen. Wenngleich in der 2 gezeigt ist, dass das Glassubstrat 3 als plattenförmiger Körper ausgebildet ist, kann das Glassubstrat 3 auch geeignet, in Anpassung an die Vertiefung 22 vorgeformt, beispielsweise gewölbt, sein.

Zur Heißformgebung wird das Glassubstrat 3 auf eine geeignete Temperatur erwärmt und wird dann der Substrat-Träger 10 mit dem darauf gehaltenen Silizium-Substrat 2 so lange gegen das Glassubstrat 3 gepresst, bis dieses vollflächig an der Oberfläche der Vertiefung 22 des Gegenwerkzeugs 20 anliegt. Das Glassubstrat 3 wird dabei umgeformt. Gleichzeitig werden die auf dem Silizium-Substrat 2 ausgebildeten Strukturen auf die dem Substrat-Träger 10 zugewandte Oberfläche abgeformt bzw. übertragen.

Die 3 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein Silizium-Substrat 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß der 3 ist das Silizium-Substrat 2 ein plattenförmiger Körper, mit einer Oberfläche 6, auf welcher eine Mehrzahl erhabener Bereiche 13 und Vertiefungen 15 ausgebildet sind, und einer planen Rückseite 7, die an dem strukturierten Bereich 5 des Substrat-Trägers 10 (1) anliegt. Die erhabenen Bereiche 13 und die Vertiefungen 15 bestimmen die Eigenschaften des herzustellenden optischen und/oder mikromechanischen Elements. Die erhabenen Bereiche 13 und Vertiefungen 15 werden auf einem Silizium-Wafer mittels geeigneter Halbleiterprozessschritte ausgebildet, wie nachfolgend anhand der 4 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Strukturgrößen auf der Oberfläche 6 des Silizium-Substrats im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 50 μm liegen, wobei sich relativ hohe Aspektverhältnisse (Verhältnis von Tiefe zu Breite der Strukturen) bis zu etwa 1:1 erzielen lassen.

Wie in der 3 gezeigt, ist die Oberfläche 6 des Silizium-Substrats 2 mit einer metallischen Beschichtung 4 aus einem Edelmetall beschichtet, das die Benetzbarkeit der Oberfläche des Silizium-Substrats 2 mit dem Material des Glassubstrats 3 (1) herabsetzen soll. Als besonders geeignet hat sich die Verwendung von Platin (Pt) und Gold (Au) zur Beschichtung der Oberfläche 6 erwiesen. Besonders bevorzugt wird die Oberfläche 6 mittels Sputtern mit PtAu5 beschichtet, wobei Dicken der Beschichtung 4 im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 20 nm bevorzugt werden. Beim Sputtern kann ein Filter zur Homogenisierung der Metallteilchen verwendet werden. Aufgrund dieser Beschichtung kann eine Prägung von Glas bei relativ niedriger Viskosität durchgeführt werden.

Die 4 zeigt in einem schematischen Flussdiagramm Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs.

In dem Schritt S1 werden ein Substrat-Träger und ein Absatz an dem Werkzeug, der zur vollständigen Abformung dient, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Der Absatz wird bevorzugt in dem Substrat-Träger ausgebildet, kann jedoch grundsätzlich auch durch geeignete Strukturierung in dem Silizium-Substrat ausgebildet werden.

In dem Schritt S2 wird das Silizium-Substrat mittel geeigneter Halbleiterprozessschritte strukturiert. Bevorzugt werden hierzu fotolithografische Belichtungsschritte und Ätzschritte ausgeführt.

Auf der so strukturierten Oberfläche des Silizium-Substrats wird eine Metallisierung aufgebracht, bevorzugt durch Sputtern von PtAu5. So wird ein Substrat gemäß der 3 erhalten.

Das Silizium-Substrat wird in dem Schritt S4 an dem Substrat-Träger angebracht, beispielsweise durch Klemmen, Kleben oder Bonden. Selbstverständlich kann der Verfahrensschritt S4 auch vor dem Ausführen der Schritte S2 und/oder S3 ausgeführt werden, beispielsweise durch Klemmen, Kleben oder Bonden, wobei dann das Silizium-Substrat nachträglich auf dem Substrat-Träger 10 strukturiert und/oder metallisiert werden muß.

Die 5 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein optisches und/oder mikromechanisches Element 30, das durch die erfindungsgemäße Heißformgebung bzw. Heißprägung ausgebildet ist. Gemäß der 5 sind auf der Oberfläche 31 eine Mehrzahl von erhabenen Abschnitten 32 und Vertiefungen 33 abgeformt, in Entsprechung zu den zugeordneten erhabenen Bereichen 13 und Vertiefungen 15 (3) auf der Oberfläche des Silizium-Substrats 2. Selbstverständlich können nach der Heißformgebung geeignete Beschichtungen, beispielsweise ein- oder mehrlagige Interferenz- oder Reflexionsbeschichtungen aus Metall oder dielektrischen Materialien, auf die Oberfläche 31 aufgebracht werden.

Ganz bevorzugt werden gemäß der vorliegenden Erfindung so genannte diffraktive optische Elemente (DOE) aus Glas durch Heißprägen hergestellt, um durch Lichtbeugung einen Lichtstrahl zu modifizieren, beispielsweise abzubilden oder spektral zu beeinflussen. Solche diffraktiven optischen Elemente sind aus dem Stand der Technik beispielsweise zur Kollimierung des Lichts von Lasern, insbesondere Halbleiterdiodenlasern und -arrays, bekannt. Die diffraktiven optischen Elemente können als Einzellinsen, Linsenarrays oder Linsensysteme ausgebildet sein. So können bei dem Beispiel gemäß der 5 die erhabenen Abschnitte 32 in der Art eine Fresnel-Linse in regelmäßigen Abständen angeordnet sein, um einen Lichtstrahl zu beugen. Wenngleich in der 5 die erhabenen Abschnitte 32 im Wesentlichen rechteckförmig dargestellt sind, können diese erfindungsgemäß beliebig strukturiert sein, beispielsweise mit einem kreisförmigen, elliptischen oder hyperbolischen Profil, weil das Silizium-Substrat, das die Strukturen vorgibt, mit hoher Präzision strukturiert werden kann.

Gleichzeitig können solche diffraktiven optischen Elemente durch die Vertiefung in dem Gegenwerkzeug (2) geeignet umgeformt werden zu einem optischen Element, das einen Lichtstrahl aufgrund der durch Umformung ausgebildeten Form refraktiv und aufgrund der abgeformten Oberflächenstrukturen diffraktiv modifiziert.

Als Glassorten können erfindungsgemäß sämtliche Glassorten, gegebenenfalls mit der Ausnahme von reinem Quarzglas, verwendet werden. Bevorzugt werden dabei Glassorten mit einer vergleichsweise hohen Oberflächenspannung gegenüber der Edelmetallbeschichtung des Silizium-Substrats, weil diese so eine geringere Klebeneigung aufweisen und dementsprechend bei niedrigeren Viskositäten geprägt werden können. Versuchsreihen der Anmelderin haben gezeigt, dass erfindungsgemäß Strukturgrößen im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 50 μm mit einem Aspektverhältnis von bis zu etwa 1:1 in den folgenden Glasmaterialien ausgebildet werden können: Calc-Natronglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Phosphatglas, Fluoridglas, Fluoridphosphatglas und Halkogenid-Glas einschließlich von LowTg-Gläsern und optischen Gläsern.

Das erfindungsgemäße Werkzeug kann in entsprechend umgerüsteten Instronmaschinen, Blankpressautomaten und anderen Maschinen eingesetzt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden.

Es wurde ein Silizium-Substrat mit einem Pitchabstand von etwa 1 μm bis etwa 4 μm und einer Tiefe der Strukturen von etwa 300 nm bis etwa 1 μm verwendet. Das Silizium-Substrat wurde zum Heißprägen eines Calc-Natronglases B270 in einer servoelektrischen Pressvorrichtung mit Induktionsbeheizung des Werkzeugs und mit zusätzlicher langwelliger Infrarot-Beheizung der Oberfläche des Glassubstrats verwendet. Die Strukturen des Silizium-Substrats konnten vollständig abgeformt werden, um ein diffraktives optisches Element zu bilden.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wurde ein Silizium-Substrat mit einem Pitchabstand von etwa 11 μm und einer Tiefe der Strukturen von etwa 4 μm verwendet, wobei das Silizium-Substrat auf einer Fläche von 20 × 20mm strukturiert war. Das strukturierte Silizium-Substrat wurde in einer entsprechend umgerüsteten Instronmaschine verwendet, um ein diffraktives optisches Element mit vollständig abgeformten Strukturen zu erhalten.

In sämtlichen Fällen konnte eine vollkommene Abformung der Strukturen des Silizium-Substrats über die gesamte geprägte Oberfläche über mehrere Pressvorgänge beobachtet werden, ohne dass die Abformgenauigkeit nachließ oder eine erneute Metallisierung des Silizium-Substrats erforderlich war.

1: Werkzeug
2: Si-Substrat
3: Glassubstrat
4: Beschichtung aus Metall
5: Strukturierter Bereich des Si-Substrats 2
6: Oberfläche des Si-Substrats
7: Rückseite des Si-Sustrats
10: Substrat-Träger
11: Randbereich
12: Schräge/stufenförmiger Absatz
13: erhabener Bereich
14: gewölbter Abschnitt
15: Vertiefung
20: Gegenwerkzeug
21: Randbereich
22: Vertiefung
23: gewölbter Randbereich
24: flacher Boden
30: diffraktives optisches Element (DOE)
31: Oberfläche
32: erhabener Abschnitt
33: Vertiefung
x: Höhe der Schräge/des Absatzes 12

Claims

Werkzeug zur Heißformgebung eines Glassubstrats, insbesondere zur Heißprägung, umfassend ein Silizium-Substrat (2), das strukturiert ist, um in Anlage mit dem erwärmten Glassubstrat (3) eine Oberfläche des Glassubstrats zu strukturieren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Silizium-Substrats (2) eine metallische Beschichtung (4) aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung aufweist, um eine Benetzbarkeit der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) mit Glas herabzusetzen, und dass ein Substrat-Träger (10) mit einer Anlagefläche vorgesehen ist, um das Silizium-Substrat (2) zu tragen, wobei eine Rückseite des Silizium-Substrats (2) an der Anlagefläche des Substrat-Trägers (10) anliegt.
Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die metallische Beschichtung (4) aus Platin (Pt) und Gold (Au) gebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 2, bei dem die metallische Beschichtung (4) aus PtAu5 gebildet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die metallische Beschichtung (4) mit einer Dicke von etwa 2 nm bis etwa 20 nm auf die Oberfläche des Silizium-Substrats (2) aufgesputtert ist, insbesondere unter Verwendung eines Filters.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Substrat-Träger (10) eine im Wesentlichen plane Oberfläche aufweist und die Rückseite des Silizium-Substrats (2) nicht strukturiert ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein strukturierter Bereich (5) ausgebildet ist, der von einem Randbereich (11) des Werkzeugs (1) vorsteht.
Werkzeug nach Anspruch 6, bei dem der strukturierter Bereich (5) um etwa 50 bis 500 Mikrometer von dem Randbereich (11) des Werkzeugs (1) vorsteht.
Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Randbereich (11) über einen abgeschrägten (12) oder gewölbten (14) Abschnitt mit dem strukturierten Bereich (5) verbunden ist, wobei der Randbereich(11) vorzugsweise unstrukturiert ist.
Werkzeug nach Anspruch 8, bei dem der abgeschrägte (12) oder gewölbte (14) Abschnitt in dem Silizium-Substrat (2) ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 8, bei dem der abgeschrägte (12) oder gewölbte (14) Abschnitt in dem Substrat-Träger (10) ausgebildet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) Strukturen (13) mit einem Aspektverhältnis von kleiner als etwa 1:1 bei einer minimalen Strukturgröße von etwa 2 nm ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Heißformgebung eines Glassubstrats, gekennzeichnet durch ein Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie ein Werkzeug-Gegenstück (20), um das Glassubstrat (3) während der Heißformgebung zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Glassubstrat (3) mechanisch, bevorzugt durch Klemmen, von dem Werkzeug-Gegenstück (20) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wenn dieser rückbezogen ist auf einen der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das Werkzeug-Gegenstück (20) eine Vertiefung (22) mit einem abgeschrägten oder gewölbten Randbereich (23) aufweist, der korrespondierend zu dem abgeschrägten oder gewölbten Abschnitt (12, 14) des Werkzeugs (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei dem ein Krümmungsradius des gewölbten Randbereichs (23) der Vertiefung (22) etwa 3 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, das zur Schaffung von strukturierten Glassubstraten verwendbar ist, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Silizium-Substrats (2); Strukturieren einer Oberfläche des Silizium-Substrats (2); Ausbilden einer metallischen Beschichtung (4) aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung auf einer Oberfläche des strukturierten Silizium-Substrats (2), sodass eine Benetzbarkeit der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) mit Glas herabgesetzt wird; Bereitstellen eines Substrat-Trägers (10) mit einer Anlagefläche, und Anbringen des Silizium-Substrats (2) an dem Substrat-Träger (10), sodass eine Rückseite des Silizium-Substrats (2) an der Anlagefläche des Substrat-Trägers (10) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt eines Strukturierens der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) einen fotolithografischen Belichtungsschritt und/oder einen Ätzschritt umfasst, sodass auf der Oberfläche des Silizium-Substrats (2) Strukturen (13) mit einem Aspektverhältnis von kleiner als etwa 1:1 bei einer minimalen Strukturgröße von etwa 2 nm ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem bei dem Schritt zum Ausbilden der metallischen Beschichtung (4) auf der Oberfläche des strukturierten Silizium-Substrats (2) die Elemente Platin (Pt) und Gold (Au) in einem vorgegebenen Mischverhältnis aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem bei dem Schritt zum Ausbilden der metallischen Beschichtung (4) auf der Oberfläche des strukturierten Silizium-Substrats (2) PtAu5 aufgesputtert wird, insbesondere unter Verwendung eines Filters.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die PtAu5-Schicht (4) mit einer Stärke von etwa 2 nm bis etwa 20 nm aufgesputtert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, weiterhin umfassend den Schritt: Bereitstellen eines strukturierten Bereichs (5), der von einem Randbereich (11) des Werkzeugs (1) um etwa 50 bis 500 Mikrometer vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der strukturierte Bereich (5) so bereitgestellt wird, dass der Randbereich (11) über einen abgeschrägten (12) oder gewölbten (14) Abschnitt mit dem strukturierten Bereich (5) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der abgeschrägte (12) oder gewölbte (14) Abschnitt in dem Silizium-Substrat (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der abgeschrägte (12) oder gewölbte (14) Abschnitt in dem Substrat-Träger (10) ausgebildet wird.
Verfahren zur Heißformgebung eines Glassubstrats, insbesondere zur Heißprägung, umfassend die Schritte: Herstellen eines Werkzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 24; Bereitstellen eines Glassubstrats (3); Bereitstellen eines Werkzeug-Gegenstücks (20); Halten des Glassubstrats (3) auf einem Werkzeug-Gegenstück (20); Heißformgeben, insbesondere Heißprägen, des Glassubstrats (3) durch Erwärmen des Silizium-Substrats (2) und/oder des Glassubstrats (3) und Pressen des Silizium-Substrats (2) gegen das Glassubstrat (3).
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Glassubstrat (3) mechanisch, bevorzugt durch Klemmen, von dem Werkzeug-Gegenstück (20) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wenn dieser rückbezogen ist auf einen der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Werkzeug-Gegenstücks (20) den Schritt umfasst: Ausbilden einer Vertiefung (22) mit einem abgeschrägten oder gewölbten Randbereich (23) in dem Werkzeug-Gegenstück (20), der korrespondierend zu dem abgeschrägten oder gewölbten Abschnitt (12, 14) des Werkzeugs (1) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend den Schritt: Umformen des Glassubstrats (3) durch Hineinpressen des Glassubstrats (3) in die Vertiefung (22) des Werkzeug-Gegenstücks (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, bei dem der gewölbte Randbereich (23) in dem Werkzeug-Gegenstück (20) mit einem Krümmungsradius von etwa 3 mm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Glassubstrats (3) den Schritt umfasst: Auswählen eines Materials des Glassubstrats (3) aus einer Gruppe, bestehend aus: Calc-Natronglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Phosphatglas, Fluoridglas, Fluoridphosphatglas, Halogenidglas, LowTg-Glas, optisches Glas.
Verfahren zur Herstellung eines optischen und/oder mikromechanischen Elements, das eine Oberfläche aus einem Glasmaterial aufweist oder aus diesem gebildet ist, gekennzeichnet durch ein Verfahren mit den Schritten nach einem der Ansprüche 25 bis 30, um die Oberfläche (31) des Elements (30) durch Heißformgeben bzw. Heißprägen zu strukturieren.
Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements aus einem Glasmaterial, gekennzeichnet durch ein Verfahren mit den Schritten nach einem der Ansprüche 25 bis 30, um in einer Oberfläche (31) des Elements (30) durch Heißformgeben bzw. Heißprägen optisch wirksame Strukturen (32, 33) auszubilden.
Optisches und/oder mikromechanisches Element, das eine Oberfläche aus einem Glasmaterial aufweist oder aus diesem gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (31) des Elements (30) durch Heißformgeben bzw. Heißprägen mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30 strukturiert ist.
Diffraktives optisches Element (DOE) aus einem Glasmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (31) des diffraktiven optischen Elements (30) optisch wirksame Strukturen (32, 33) aufweist, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30 ausgebildet sind.