Die Erfindung betri f ft eine monolithische Membran aus Glas . Eine solche Glas-Membran kann zum Beispiel als eine einseitig oder beidseitig aufgehängte Vertikalmembran ausgestaltet sein; oder als eine einseitig oder beidseitig aufgehängte mikromechanischen Biegestruktur oder beispielsweise als ein einseitig oder beidseitig aufgehängter auslenkbarer Federbalken eingesetzt werden . Neben diesen mikromechanischen Anwendungen lässt sich eine solche monolithische Vertikalmembran aus Glas aber auch für andere Anwendungen nutzen, etwa zum Aufbau eines Sensors oder Aktors oder für mikrofluidische Anwendungen .

Die Erfindung betri f ft ferner eine Doppel-Vertikalmembran- Anordnung mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Vertikalmembranen sowie eine hierauf basierende mäandrierende mikromechanische Federstruktur aus Glas .

Die Erfindung betri f ft auch eine Verwendung eine spezi fische Verwendung einer wie zuvor beschriebenen monolithischen Membran aus Glas . Schließlich betri f ft die Erfindung noch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen monolithischen Membran aus einem Glassubstrat .

Die reproduzierbare Herstellung von sehr dünnen (< 5um) Membranen oder Biegeelementen ist mit herkömmlichen Methoden eine große Heraus forderung und mit viel prozesstechnischem Aufwand verbunden . Mikromechanische Glas-Membranen wie eingangs beschrieben können in vielen Anwendungen, wie etwa der Herstellung von elektronischen Bauteilen ( z . B . leistungs fähige Kapazitäten) , in der Sensorik ( chemisch, biologisch oder mikromechanisch) oder zum Beispiel auch in der Mikrofluidik zum Einsatz kommen .

Darüber hinaus s ind gerade vertikal ausgerichtete Biegestrukturen oftmals eine robuste und platzsparende Alternative zu hori zontal in der Substratebene auslenkbaren Strukturen in mi kromechanischen Anwendungen . Gerade die Herstellung vertikaler Biegestrukturen ist j edoch oftmals mit planaren Technologien ( z . B . mittels klassischer Photolithographie ) heraus fordernd .

Im Stand der Technik werden bereits gewellte Membranen, also Membranen mit variabler Dicke , in vielen Produkten ( insbesondere in Lautsprechern) zur Steigerung der mechanischen Flexibilität eingesetzt .

Dünne Membranen oder Feder-/Biegeelemente gehören zudem zu den wichtigsten "bui lding blocks" der Mikrosystemtechnik . Im Bereich MEMS (microelectromechanical systems ) gibt es beispielsweise eine Reihe von Ansätzen zur Verstei fung von Membranen, meist durch abgeschiedene Materialien, wodurch die Biegeeigenschaften gezielt eingestellt werden können .

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht , eine verbesserte Hersteilbarkeit von mikromechanischen Membranen aus Glas zu ermöglichen . Zudem sollen neue Anwendungsmöglichkeiten für Membrane aus Glas mit der Erfindung erschlossen werden .

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einer monolithischen Membran aus Glas die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen . Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einer monolithischen Membran der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Membran aus einem Glassubstrat durch laserinduzierte Modi fikation des Glassubstrats und nachfolgende nass-chemische Ätzung freigelegt wurde und dass die Membran als eine Vertikalmembran ausgestaltet ist , sodass eine Ebene der Vertikalmembran quer, also insbesondere schräg, zu einer Substratebene des Glassubstrats verläuft .

Mit anderen Worten schlägt die Erfindung somit vor, die Vertikalmembran mit Hil fe des sogenannten LIDE ( laser induced deep etching) -Verfahrens monolithisch in dem Glassubstrat aus zubilden . Wenn eine hori zontale Richtung dabei in einer Substratebene des Glassubstrats ( dies kann beim einem typischen Glas-Wafer beispielsweise dessen Oberfläche sein) verläuft , vor verläuft dabei die Vertikalmembran in einer vertikalen Richtung, also insbesondere schräg zu der Substratebene . Somit verläuft die Vertikalmembran (mehr oder weniger tief ) in die Tiefe des Glassubstrats hinein .

Mittels des LIDE-Verf ährens lassen sich auch hori zontale Membranen, also Membrane deren Membranebene mit der Substratebene zusammenfällt und deren Hauptauslenkungsrichtung senkrecht zur Substratebene verläuft , vergleichsweise einfach fertigen; solche Membranen besitzen aber oftmals eine relativ hohe Inhomogenität in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften und sind daher schwierig zu kontrollieren in Bezug auf die Reproduzierbarkeit der Membranschwingung bzw . Membranauslenkung . Zudem benötigen hori zontale Membranen oftmals eine große Substratf läche , was sich negativ auswirkt auf den „footprint" des so hergestellten Mikrosystems . Ein weiteres Problem besteht darin, dass hori zontale Membranen typischerweise auf bzw . in der Substratoberfläche liegen und daher anfällig gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen sind .

Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz lassen sich vertikale Membranen mit einer Dicke ( in der Substratebene ) von weniger als 5pm und einer Dickentoleranz von weniger als 1 pm reproduzierbar herstellen, und zwar für unterschiedliche Dicken des verwendeten Glassubstrats ( etwa zw . 50 pm und 1000 pm) . Dadurch können auch reproduzierbar die mechanischen Eigenschaften der Vertikalmembran eingestellt werden, sodass diese insbesondere als mikromechanisches Biegeelement verwendet werden kann . Mittels erfindungsgemäßer Vertikalmembrane realisierte Biegestrukturen zeigen zudem eine sehr hohe Flexibilität und Bruchfestigkeit und können daher große Auslenkungen verkraften . Zudem werden einige der oben genannten Nachteile von hori zontalen Membranen vermieden .

Es versteht sich, dass die hier vorgestellten Vertikalmembrane gerade für mikromechanische Anwendungen von großem Interesse sind und daher mit mikroskopischen Abmessungen ausgestaltet sein können . Die Dicke des Glas-Substrats kann dabei zum Beispiel zwischen 50 pm und mehr als 1 mm betragen . Hierbei kann unter Umständen eine Dimension der Vertikalmembran quer zu Ihrer Längsachse auch mehrere mm oder gar mehr als 1 cm oder sogar mehrere cm betragen .

Das LIDE-Verf ahren gehört zum Stand der Technik und ist beispielsweise aus der Patentschri ft EP 2964417 Bl vorbekannt . Bislang wurde es häufig eingesetzt , um Strukturen in Glassubstrate zu ätzen, die beispielsweise ein Gehäuse eines Sensors ausbilden . Die Erfindung beschäftigt sich also auch damit , wie die Anwendungen des LIDE-Verf ährens ausgedehnt werden können .

Beim LIDE-Verf ahren wird mithil fe eines einzelnen Laserpulses , typischerweise über eine gesamte Dicke eines Glassubstrats hinweg, eine Materialänderung (Modi fikation) in den Glaskörper eingebracht , die dazu führt , dass in einem nachfolgenden nasschemischen Ätzschritt , die so optisch mit dem Laser vorbehandelte/belichtete Struktur im Glassubstrat anisotrop geätzt werden kann, obwohl die Ätzlösung eigentlich isotrope Ätzeigenschaften im Glassubstrat zeigt . Mit dieser Technologie können beispielsweise durchgehende Vias von hoher Qualität in Glas erzeugt werden, was für hermetische Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT , bzw . hermetic packaging) von Interesse ist .

Beim LIDE-Verf ahren werden ferner gepulste Laser eingesetzt , wobei mit j edem Laserschuss ( ein Laserpuls ) das Glas entlang der z-Richtung (= optische Achse/ Flächennormale des Glassubstrats ) modi fi ziert wird . Hierbei wird typischerweise keinerlei Änderung des verwendeten Strahlprofils angewandt . Beim LIDE-Verf ahren werden somit insbesondere keine einzelnen kleinen Volumina (Voxel ) innerhalb des Glasvolumens mit dem Laser unterschiedlich bearbeitet , wie bei anderen laserbasierten ( z . B . ablativen) Glasbearbeitungsverfahren .

Erfindungsgemäß kann die Aufgabe auch durch weitere vorteilhafte Aus führungen gemäß den Unteransprüchen gelöst werden .

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Oberfläche der Vertikalmembran (wobei diese Oberfläche insbesondere quer zu einer Hauptauslenkungsrichtung der Vertikalmembran verlaufen kann) durch ein Blindloch begrenzt ist , welches mittels laserinduzierter Modi fikation des Glassubstrats und nachfolgender nasschemischer Ätzung erzeugt wurde . Hierbei kann das Blindloch bevorzugt einen nichtkreisrunden Querschnitt aufweisen . Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass das Blindloch quer zu der Hauptauslenkungsrichtung der Vertikalmembran länger ausgestaltet ist als das Blindloch in Richtung einer Flächennormalen des Glassubstrats tief ist .

Eine erfindungsgemäße Vertikalmembran kann bevorzugt durch zwei lateral zueinander versetzte , insbesondere gegenläufige , Blindlöcher begrenzt sein . Hierbei können die beiden Blindlöcher j eweils einen monolithischen Lochboden ausbilden, der mit der Vertikalmembran, also insbesondere mit einem oberen und unteren Ende der Vertikalmembran, verbunden ist . Diese sowie alle im Folgenden beschriebenen Blindlöcher können dabei im selben nasschemischen Schritt wie die Vertikalmembran, also mit Hil fe des LIDE-Verf ährens , hergestellt werden/ sein . Es ist somit bevorzugt , wenn die beiden Blindlöcher in dem Glassubstrat durch laserinduzierte Modi fikation des Glassubstrats , insbesondere von zwei Seiten her, und durch eine nachfolgende gemeinsame nasschemische Ätzung angelegt wurden .

Die zuvor erläuterten beiden Blindlöcher können beispielsweise eine j eweilige Lochtiefe aufweisen, die weniger als 5 % voneinander abweichen . In diesem Fall sind die Blindlöcher somit im Wesentl ichen gleich tief . In einem solchen Fall ist es möglich, dass ein geometrischer Schwerpunkt der Vertikalmembran näherungsweise in einer Mittelebene des Glassubstrats angeordnet ist . Dies ist beispielsweise günstig, um ein noch genauer zu erläuterndes Festkörpergelenk mittig in dem Glassubstrat anzuordnen .

Soll ein solches Festkörpergelenk hingegen exzentrisch in Bezug auf die besagte Mittelebene angeordnet sein, so können die beiden Blindlöcher auch eine j eweilige Lochtiefe aufweisen, die sich erheblich voneinander unterscheiden, also beispielsweise mehr als 20 % , insbesondere mehr als 50 % , voneinander abweichen . In einem solchen Fall kann also ein geometrischer Schwerpunkt der Vertikalmembran exzentrisch zu einer Mittelebene des Glassubstrats angeordnet sein . Durch Verändern der j eweiligen Lochtiefe lässt sich somit die Lage der Vertikalmembran entlang der Flächennormalen des Glassubstrats ge zielt einstellen . Beispielsweise kann so eine erste Vertikalmembran in Nähe der Oberseite des Glassubstrats angeordnet werden, während eine zweite Vertikalmembran in Näher der Unterseite des Glassubstrats angeordnet sein kann .

Bei Verwendung von Blindlöchern kann auch vorgesehen sein, dass zwei sich gegenüberliegende Oberflächen der Vertikalmembran, die vorzugsweise j eweils achsparallel entlang einer Längsachse der Vertikalmembran und/oder j eweils in einem gleichen Taperwinkel zu einer Flächennormalen des Glassubstrats verlaufen, durch j e ein zugehöriges Blindloch begrenzt sind . Auch hier kann wieder vorgesehen sein, dass die beiden Blindlöcher in gegensinniger Verlaufsrichtung ausgestaltet sind .

Das zuvor erläuterte Blindloch bzw . die zuvor erläuterten Blindlöcher kann/ können j eweils wenigstens eine Lochwand aufweisen, die in einem Taperwinkel zu einer Flächennormalen des Glassubstrats verläuft . Hierbei kann der Taperwinkel insbesondere mehr als 1 . 0 ° , oder sogar mehr als 1 . 5 ° , betragen . Hierdurch kann somit erreicht sein, dass die Vertikalmembran schräg zur Substratebene verläuft . Dadurch kann insbesondere die Länge der Vertikalmembran geometrisch vergrößert werden, was günstig ist , um große Auslenkungen zu erzielen . Mittel s des LIDE-Verf ährens ist es auch möglich, dass ein Querschnitt des j eweiligen Blindlochs in einer Vertikalebene quer zu einer Substratebene des Glassubstrats in Richtung auf einen j eweiligen zugehörigen Lochboden hin abnimmt . Auch eine solche Ausgestaltung ist sinnvoll , um große Auslenkungen zu ermöglichen, insbesondere von Rotationskörpern, die monolithisch mit der Vertikalmembran verbunden sind .

Wie noch anhand der Figuren klar werden wird, kann ein Lochboden des Blindlochs durch eine Außenseite des Glassubstrats , also insbesondere durch eine Oberseite oder eine Unterseite des Glassubstrats , begrenzt sein . Eine Längsachse der Vertikalmembran kann quer, also insbesondere schräg, zu einer Substratebene des Glassubstrats verlaufen . Diese Längsachse wird zum Beispiel in einem xz- Querschnitt durch die Membran sichtbar mit der xy-Ebene als der Substratebene . Hierbei kann die Längsachse in einem Taperwinkel zu einer Flächennormalen (= Normale der Substratebene ) des Glassubstrats verlaufen . Der Taperwinkel kann dabei durch eine Anisotropie der nass-chemischen Ätzung von modi fi zierten Bereichen des Glassubstrats definiert sein, die laserinduziert modi fi ziert wurden . Die j eweiligen Lochwände der beiden Blindlöcher können dabei j eweils den Taperwinkel zur Flächennormalen einschließen . Mit anderen Worten können al so die beiden Blindlöcher mit gleicher Querschnitts form ausgebildet sein .

Wenigstens einer der Lochböden, vorzugsweise j edoch alle Lochböden, des j eweiligen Blindlochs können eine Verrundung im Zentrum des zugehörigen Blindlochs zeigen, die durch eine isotrope nass-chemische Schätzung erzielt wurde . Dies ist günstig, um Spitzen der mechanischen Spannung im Bereich des Lochbodens zu vermeiden, wodurch die mechanische Belastbarkeit der Vertikalmembran verbessert werden kann . Hierbei kann insbesondere ein Krümmungsradius der Verrundung durch einen Ätzradius der I sotopenät zung vorgegeben sein . Es ist dabei bevorzugt , wenn zur Ausbildung der Verrundung eine Lochtiefe des j eweiligen Blindlochs durch eine nasschemische Überätzung über eine Modi fi kationstiefe eines zum Blindloch zugehörigen modi fi zierten Bereichs ( der vor der Ätzung laserinduziert modi fi ziert wurde ) hinaus ausgedehnt wurde , sodass die Lochtiefe größer aus fällt als die Modi fikationstiefe des zugehörigen modi fi zierten Bereichs .

Eine Hauptauslenkungsrichtung der Vertikalmembran kann quer, also insbesondere parallel , zur Substratebene verlaufen . Somit kann also die Vertikalmembran quer, insbesondere parallel , zur Substratebene ihre größte Auslenkbarkeit aufweisen .

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens ein seitliches Ende der Vertikalmembran freistehend angelegt ist . Dadurch kann erreicht sein, dass dieses Ende bei entsprechender mechanischer Anregung eine Schwingung aus führen kann .

Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Doppel-Vertikalmembran- Anordnung vorgeschlagen mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Vertikalmembranen, die j eweils wie zuvor beschrieben oder nach einem der auf eine Vertikalmembran gerichteten Ansprüche ausgestaltet sind . Hierbei sind die beiden Vertikalmembranen über eine freistehende Brücke miteinander verbunden, die monolithisch im Glassubstrat mittels eines ( insbesondere mittigen) Blindlochs definiert bzw . ausgebildet ist . Hierbei ist es bevorzugt , wenn das (mittige ) Blindloch j e eine innere Oberfläche der j eweiligen der beiden Verti kalmembranen begrenzt . Eine j eweilige äußere Oberfläche der beiden Vertikalmembranen kann dabei durch j e ein äußeres Blindloch begrenzt sein . Hierbei ist es vorzuziehen, wenn das mittige Blindloch gegensinnig zu den beiden äußeren Blindlöchern verläuft . Die beiden inneren Oberflächen der beiden sich direkt gegenüberliegenden Vertikalmembranen können sich dabei direkt gegenüberliegen, sodass nur ein Hohlraum des mittigen Blindlochs zwischen den beiden Vertikalmembranen besteht . Ferner kann wenigstens eines der äußeren Blindlöcher einseitig durch einen (unbearbeiteten) Körper ( engl . bulk) des Glassubstrats begrenzt sein .

Vorteilhaft an einer solchen Doppel-Vertikalmembran-Anordnung ist , dass damit eine hochpräzise mikromechanische Aktorik implementiert werden kann, wie aus den Aus führungsbeispielen ersichtlich werden wird . Insbesondere können mittels einer oder mehrerer solcher Doppel-Vertikalmembran-Anordnungen monolithische Feder- , Biege- , und Torsionselemente , sowie Festkörpergelenke , insbesondere ausgestaltet als Drehgelenke , ausgebildet werden .

Die Doppel-Verti kalmembran-Anordnung kann beispielsweise eine Viel zahl an sich j eweils gegenüberliegenden Vertikalmembranen aufweisen, die entlang einer Längsrichtung aufgereiht sind . Dadurch kann erreicht sein, dass eine monolithische Federstruktur ausgestaltet ist . Die Federstruktur kann dabei , j e nach Auslegung und/oder Anzahl der Vertikalmembranen, reversibel entlang der Längsrichtung und/oder in einer Torsion um die Längsrichtung verformbar sein . D . h . die Federstruktur kann als Linear- und/oder Torsions feder dienen .

Es wird somit insbesondere eine Vertikalmembran aus Glas wie zuvor beschrieben oder wie beansprucht vorgeschlagen, und zwar als Teil einer wie soeben beschriebenen Doppel- Vertikalmembran-Anordnung, insbesondere als Teil einer wie zuvor beschriebenen Linear- oder Torsions feder aus Glas .

Bei einer solchen Doppel-Vertikalmembran-Anordnung kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die beiden Vertikalmembranen symmetrisch um eine Mittelachse ausgestaltet sind . Hierbei ist es vorzuziehen, wenn die Mittelachse mit einer Flächennormalen des Glassubstrats zusammenfällt . Dies kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass die freistehende Brücke , die die beiden Vertikalmembrane miteinander verbindet , parallel zur Substratebene auslenkbar ist , obwohl die Längsachsen der beiden Biegestrukturen einen Winkel zueinander bilden .

Die Doppel-Verti kalmembran-Anordnung kann ferner zu beiden Seiten ( also links und rechts ) über einen j eweiligen Lochboden eines j eweiligen äußeren Blindlochs monolithisch mit dem Glassubstrat verbunden sein .

Ferner sind Ausgestaltungen möglich, bei denen zwei aufeinander folgende Vertikalmembrane durch einen Lochboden verbunden sind, der oberhalb und unterhalb von einem j eweiligen Blindloch begrenzt ist , wie noch an einem Beispiel gezeigt werden wird .

Eine Alternative Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Doppel-Vertikalmembran-Anordnung nur einseitig über einen Lochboden eines äußeren Blindlochs monolithisch mit dem Glassubstrat verbunden ist . Dies kann beispielsweise zweckhaft sein, um so ein freistehendes Ende der Anordnung aus zubilden . Dieses freistehende Ende kann dann aus der Substratebene heraus und/oder in Längsrichtung der Doppel-Vertikalmembran- Anordnung und/oder in einer Drehung um die Längsrichtung auslenkbar sein .

Mittels wenigstens drei aufeinander folgender erfindungsgemäßer Vertikalmembrane ( die wie zuvor beschrieben oder wie hier beansprucht ausgestaltet sein können) und/oder mittels wenigstens zwei aufeinanderfolgender Doppel- Vertikalmembran-Anordnungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, kann eine mäandrierende mikromechanische Federstruktur aus Glas erhalten werden, die sich vielseitig einsetzen lässt . Hierbei kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine mittlere Vertikalmembran der Federstruktur links und rechts j eweils mit einer j eweiligen freistehenden Brücke der wenigstens zwei Doppel-Vertikalmembran-Anordnungen monolithisch verbunden ist . Es kann ferner eine rechte und/oder eine linke äußere Vertikalmembran mit einem Lochboden eines äußeren Blindlochs monolithisch verbunden sein, wobei das j eweilige äußere Blindloch ( j ewei ls ) einseitig durch einen Körper ( engl . bulk) des Glassubstrats begrenzt ist . Damit eröf fnen sich zahlreiche Möglichkeiten, erfindungsgemäße Vertikalmembrane für Mikro- Aktorik und Mikro-Sensorik einzusetzen .

Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine spezi fische Verwendung einer Vertikalmembran aus Glas vorgeschlagen . Hierbei ist die Vertikalmembran wie zuvor erläutert oder nach einem der auf eine Glas-Membran gerichteten Ansprüche ausgestaltet . Die Verwendung sieht nun vor, dass die Vertikalmembran zur Ausbildung eines monolithischen Festkörpergelenks aus Glas eingesetzt wird . Zudem gleichen Zweck kann auch eine erfindungsgemäße Doppel-Vertikalmembran-Anordnung, wie sie zuvor beschrieben wurde , eingesetzt werden .

Ein solches monolithisches Festkörpergelenk aus Glas kann so ausgestaltet sein, dass es eine Rotation erlaubt um eine Rotationsachse , die quer zu einer Längsachse der Vertikalmembran (und damit auch quer zu einer Flächennormalen des Glassubstrats ) ausgerichtet ist . Hierdurch werden völlig neuartige Anwendungen ermöglicht , wobei aufgrund der monolithischen Ausgestaltung des Festkörpergelenks eine hohe Zuverlässigkeit der Rotationsbewegung erreicht werden kann . Insbesondere tritt keinerlei Spiel auf , wie dies bei Verwendung von Lagern häufig der Fall ist . Die monolithische Realisierung ermöglicht zudem eine extreme Miniaturisierung, wie dies etwa von herkömmlichen planaren MEMS-Ansät zen bekannt ist , j edoch mit dem Unterschied, dass die Festkörpergelenke in der Tiefe des Substrats angelegt werden können . Somit kann sich ein solches erfindungsgemäßes Festkörpergelenk beispielsweise dadurch aus zeichnen, dass seine Rotationsachse in einer Tiefe des Glassubstrats verläuft , die wenigstens 10% , 20% oder sogar 30% der Dicke des Glassubstrats beträgt . Es sei zum besseren Verständnis nochmals erläutert , dass die besagte Rotationsachse des Festkörpergelenks parallel zur Substratebene verlaufen kann, j edoch beabstandet von der Ober- und/oder Unterseite des Glassubstrats . Bei einer solchen Verwendung können auch zwei wie zuvor erläuterte Festkörpergelenke j eweils mittels einer erfindungsgemäßen Vertikalmembran monolithisch in einem Glassubstrat ausgebildet werden . Durch eine solche Anordnung von zwei Festkörpergelenken innerhalb des Glassubstrats kann erreicht werden, dass ein an den beiden Festkörpergelenken aufgehängter Rotationskörper relativ zum Glassubstrat und aus einer Substratebene des Glassubstrats heraus rotiert werden kann . Die Aufhängung des Rotationskörpers kann hierbei vorzugsweise monolithisch realisiert sein, sodass also auch der Rotationskörper selbst aus dem Glassubstrat mittels des LIDE-Verf ährens hergestellt sein kann . Es ist aber auch möglich, den Rotationskörper separat zu gestalten und anschließend mit einer geeigneten Verbindungstechnik ( zum Beispiel Kleben oder Bonden) mit dem monolithisch ausgebildeten Festkörpergelenk ( zumindest indirekt ) zu verbinden und somit an diesem mechanisch auf zuhängen .

Bei der zuvor erläuterten Verwendung von zwei erfindungsgemäßen Festkörpergelenken können hierzu die j eweiligen Rotationsachsen der Festkörpergelenk achsparallel ausgestaltet sein . Denn dies ermöglicht eine reine Rotationsbewegung des Rotationskörpers ohne sonstige Torsion . Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Verbindungslinie , die die beiden Rotationsachsen verbindet (und vorzugsweise j eweils rechtwinklig auf der j eweiligen Rotationsachse steht ) einen Winkel einschließt zu der Substratebene des Glassubstrats . Dies ist beispielsweise dann der Fall , wenn die beiden Festkörpergelenke , genauer deren Rotationsachsen, in unterschiedlichen Tiefen in dem Glassubstrat (bezogen zum Beispiel auf die Oberseite des Glassubstrats ) ausgebildet werden .

Ein weiterer attraktiver Anwendungs fall der hier vorgestellten Erfindung, der also mithil fe erfindungsgemäßer Vertikalmembran realisiert werden kann, sieht vor, dass ein Translationskörper j eweils links und rechts mittels j e zwei derartiger Festkörpergelenke an einem Glassubstrat aufgehängt ist oder wird . Denn dieser Ansatz ermöglicht es , eine Bewegung in einer Substratebene des Glassubstrats (verursacht beispielsweise durch eine Kompression des Glassubstrats , insbesondere durch Druck auf die Substratenden, oder eine Dekompression/Di latation des Glassubstrats , insbesondere durch Zug an den Substratenden) mittels der vier Festkörpergelenke ( die die Verbindung zum Translationskörper herstellen) in eine gleichmäßige , vorzugweise rotations freie , Hubbewegung des Translationskörpers entlang einer Flächennormalen des Glassubstrats umzusetzen . Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass der Translationskörper linear aus der Substratebene in einer, insbesondere stufenlosen / gleichmäßigen / kontinuierlichen Translationsbewegung heraus bewegt werden kann . Eine solche Verwendung ist insbesondere dann möglich, wenn der Translationskörper j eweils über einen j eweiligen Rotationskörper (wie zuvor beschrieben) mit dem Glassubstrat verbunden ist , wobei auch diese Verbindung vorzugsweise wieder monolithisch ausgestaltet sein kann, sodass dann also auch der Translationskörper als auch die Rotationskörper j eweils monolithisch aus dem Glassubstrat mittels des LIDE-Verf ährens hergestellt sind .

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe sind ferner erfindungsgemäß die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs vorgesehen . Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass zum Freistellen der Vertikalmembran wenigstens ein Blindloch in dem Glassubstrat durch laserinduzierte Modi fikation des Glassubstrats und nachfolgende nasschemische , vorzugsweise hochgradig anisotrope , Ätzung angelegt wird, sodass das wenigstens eine Blindloch einen monolithischen Lochboden ausbildet . Bei einem solchen Ansatz ist es vorteilhaft , wenn das wenigsten eine Blindloch eine Oberfläche der Vertikalmembran definiert , die beispielsweise quer zu einer Substratebene des Glassubstrats verläuft und/oder quer zu einer Hauptauslenkungsrichtung der Vertikalmembran verläuft und/oder eine Längsrichtung der Vertikalmembran vorgibt .

Alternativ oder aber ergänzend zu den zuvor erläuterten Merkmalen kann bei einem wie eingangs beschriebenen Verfahren zur Lösung der Aufgabe aber auch vorgesehen sein, dass zwei gegenläufige und lateral zueinander versetzte Blindlöcher in dem Glassubstrat durch laserinduzierte Modi fikation des Glassubstrats und nachfolgende nasschemische Ätzung angelegt werden, um die Vertikalmembran frei zustellen . Ein solcher Ansatz kann insbesondere darin resultieren, dass eine Längsachse der Vertikalmembran in Richtung j eweiliger Lochwände der beiden Blindlöcher verläuft . Ferner können hierbei die Lochwände in einem j eweiligen, vorzugweise gleichen, Taperwinkel zu einer Flächennormalen des Glassubstrats verlaufen, sodass die Vertikalmembran eine gleichbleibende Membrandicke zeigt .

Bei den zuvor erläuterten Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Blindloch durch anisotrope nasschemische Ät zung eines zugehörigen modi fi zierten Bereichs im Glassubstrat angelegt wird . Hierbei kann vorzugsweise zur Ausbildung einer Verrundung im Zentrum des j eweiligen Lochbodens des j eweiligen Blindlochs nachfolgend eine isotrope Ätzung eines nicht-modi f i zierten Bereichs durchgeführt werden . Beispielsweise kann hierzu eine Überätzung durchgeführt werden, sodass eine Lochtiefe des j eweiligen Blindlochs über eine Modi fikationstiefe des korrespondierenden modi fi zierten Bereichs , der vor der Ätzung laserinduziert modi fi ziert wurde , hinaus ausgedehnt wird . Im Ergebnis kann so ein Krümmungsradius der Verrundung einem Ätzradius der isotropen Ätzung entsprechen .

Es kann ferner j e nach Prozess führung vorgesehen sein, dass die Vertikalmembran durch die nasschemische Ätzung von beiden Seiten des Glassubstrats her freigelegt wird . Dies ist vorteilhaft , um eine ef fi ziente Herstellung zu ermöglichen . Hierbei ist es bevorzugt , wenn das Glassubstrat vor der nasschemischen Ätzung mittels Laserpulsen modi fi ziert wird, die von zwei Seiten ausgehend, also in gegenläufigen Richtungen, in das Glassubstrat eingebracht werden . Hierbei kann j eweils ein identisches Laserprofil verwendet werden und/oder eine gleiche Z-Fokuslage ( des Lasers ) . Es ist ferner bevorzugt , wenn hierzu dieselbe Laserquelle verwendet wird und das Glassubstrat zwischen zwei Belichtungsschritten gedreht wird . Um dabei eine exakte Ausrichtung der Blindlöcher zueinander zu ermöglichen, kann ein zweites Einbringen der Laserpulse (= zweiter Belichtungsschritt ) von einer Unterseite des Glassubstrats her anhand wenigstens einer Alignment- Struktur erfolgen, die zuvor mittels eines ersten Einbringens von Laserpulsen (= erster Belichtungsschritt ) von einer Oberseite des Glassubstrats her angelegt wurde . Es versteht sich, dass Oberseite und Unterseite hier austauschbar sind, da dies unterschiedlich definiert sein kann .

Zum Ausbilden der Vertikalmembran können also wenigstens zwei gegenläufige Blindlöcher in dem Glassubstrat als laserinduzierte Modi fikation in dem Glassubstrat angelegt werden . Dies kann durch Belichten des Glassubstrats mit einem Laser von zwei Seiten her erfolgen, und zwar insbesondere mittels eines zweistufigen Belichtungsprozesses . Nachfolgend können dann die Blindlöcher in einem gemeinsamen nasschemischen Ätzschritt freigeätzt werden .

Es zeigt : Fig . 1 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vertikalmembran, wobei die Vertikalmembran Teil einer Doppel-Vertikalmembran- Anordnung ist ,

Fig . 2 eine mäandrierende beidseitig monolithisch aufgehängte mikromechanische Federstruktur aus Glas , die durch Aneinanderreihung mehrerer erfindungsgemäß ausgestalteter Vertikalmembrane entstanden ist ,

Fig . 3 ein weiteres Beispiel einer mikromechanischen Federstruktur aus Glas , die mehrere Doppel- Vertikalmembran-Anordnungen und mehrere Vertikalmembrane aufweist ,

Fig . 4 eine einseitig freigestellte mikromechanische Federstruktur aus Glas auf Basis erfindungsgemäßer Vertikalmembrane ,

Fig . 5-7 ein weiteres Beispiel einer mikromechanischen Federstruktur, die erfindungsgemäße Vertikalmembrane verwendet ,

Fig . 8- 10 ein weiteres Beispiel , wie Vertikalmembrane in einem Glassubstrat angelegt sein können, um mehrere Biegestrukturen 2 in Form von Federbalken zu definieren,

Fig . 11 einen Querschnitt (vergleichbar dem der Figur 1 ) durch eine mäandrierende mikromechanische Federstruktur auf Basis erfindungsgemäßer Vertikalmembrane ,

Fig . 12 eine analoge Federstruktur wie die Figur 11 , wobei hier die Lochtiefe der Blindlöcher reduziert wurde , Fig . 13 eine weitere mikromechanische Federstruktur mit Vertikalmembranen, die einen vergleichsweise großen Abstand in der x-Richtung zeigen,

Fig . 14 eine analoge Federstruktur zu derj enigen der Figur 13 , wobei hier die räumliche Frequenz der Vertikalmembrane erhöht wurde durch Verringerung der Breite der Blindlöcher,

Fig . 15 illustriert die Verwendung der erfindungsgemäßen Vertikalmembran, um zwei Festkörpergelenke aus zubilden und so eine Rotation eines Rotationskörpers zu ermöglichen,

Fig . 16 eine erfindungsgemäße Anordnung aus mehreren Vertikalmembranen, die es ermöglichen, eine Bewegung in der Ebene des Glassubstrats in eine Translationsbewegung aus der Substratebene heraus umzusetzen,

Fig . 17 illustriert unterschiedliche Ätzstadien beim nasschemischen Freiätzen eines Blindlochs durch laserinduziertes Ätzen,

Fig . 18 eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Federstruktur unter Verwendung mehrerer erfindungsgemäßer Vertikalmembranen,

Fig . 19 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Federstruktur, die vergraben innerhalb eines Glassubstrats angeordnet ist , und schließlich

Fig . 20-21 Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen von erfindungsgemäß ausgestalteten monolithischen Vertikalmembranen aus Glas . Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt entlang der xz-Ebene durch ein Glassubstrat 3, dessen Oberseite 17 eine Substratebene 5 (xy-Ebene) definiert. Wie durch die schraffierten Flächen gezeigt ist, die modifizierte Bereiche 22 innerhalb des Glassubstrats 3 anzeigen, wurde mithilfe eines jeweiligen Laserpulses 27 eine Materialänderung (Modifikation) in den Glaskörper 40 des Glassubstrats 3 eingebracht. Hierzu wurde das Glassubstrat 3 mittels eines zweistufigen Belichtungsprozesses mit einem Laser sowohl von der Oberseite 17 her als auch anschließend von der Unterseite 18 her belichtet. Wie anhand der Blockpfeile in Figur 1 illustriert ist, wurden somit Laserpulse 27 in gegenläufigen Richtungen in das Glassubstrat 3 eingebracht, um so eine jeweilige laserinduzierte Modifikation in das Glassubstrat 3 einzubringen .

Wie man ebenfalls in Figur 1 sieht, wurde dadurch der jeweilige modifizierte Bereich 22 mit dem jeweiligen Laserpuls 27 bis zu einer Modifikationstiefe 26, gemessen von der jeweiligen Außenseite 10 des Glassubstrats 3, angelegt. Die so modifizierten Bereiche 22 wurden nachfolgend in einem gemeinsamen nasschemischen Ätzschritt freigelegt. Dadurch entstanden zunächst Blindlöcher 8a, 8b und 8c. Aufgrund der eingebrachten Modifikation schreitet dabei die (eigentlich isotrope) nasschemische Ätzung in den modifizierten Bereichen 22 sehr viel schneller voran als in den nicht-modif izierten Bereichen 23 des Glassubstrats 3, sodass im Ergebnis hochgradig anisotrop geätzt werden kann. Dieses laserinduzierte Ätzverfahren kann unter dem Begriff LIDE (= laser induced deep etching) zusammengefasst werden.

Wie man ferner in Figur 1 erkennt, wurden zur Ausbildung einer jeweiligen Verrundung 25 im Zentrum des jeweiligen Lochbodens 9 des jeweiligen Blindlochs 8a, 8b, 8c eine starke Uberätzung ausgeführt, wodurch nicht-modif izierte Bereiche 23 des Glassubstrats 3 isotrop geätzt wurden. Dies erkennt man beispielsweise in Figur 1 daran, dass die jeweilige Breite des Blindlochs 8 am bodenseitigen Ende größer ausfällt als die Breite des modifizierten zugehörigen Bereichs 22, jeweils gemessen in der x-Richtung.

Die einzelnen Stadien beim laserinduzierten Ätzen sind dabei in Figur 17 illustriert: (a) mittels Laser modifizierter Bereich 22; (b) nasschemisch angeätzt; (c) bis auf die Modifikationstiefe 26 geätzt; (d) leicht überätzt (Ätztiefe übersteigt die Modifikationstiefe 26) ; (e) stark überätzt (und damit Ausbildung einer Verrundung 25 ähnlich wie in Figur 1 schematisch angedeutet) .

Diese Überätzung führt somit insbesondere dazu, dass die jeweilige Lochtiefe 24 des jeweiligen Blindlochs 8 größer ausfällt als die korrespondierende Modifikationstiefe 26 (Vgl . Figur 1) . Das Ergebnis der Überätzung ist auch gut in dem linken Detail der Figur 8 zu erkennen: Dort sieht man, dass der Krümmungsradius der Verrundung 25 einem Ätzradius 37 der isotropen Ätzung entspricht.

Im Ergebnis wurde so bei dem Beispiel der Figur 1, zwei Membrane 1 aus dem gezeigten Glassubstrat 3 durch laserinduzierte Modifikation des selbigen und nachfolgende nasschemische Ätzung freigelegt. Da die Ebene dieser jeweiligen Membran 1 quer zu der Substratebene 5 des Glassubstrats 3 verläuft, wurde somit eine Vertikalmembran 1 monolithisch in dem Glassubstrat 3 ausgestaltet. Wie der horizontale Blockpfeil in Figur 1 anzeigt, verläuft die Hauptauslenkungsrichtung 6 dieser Vertikalmembran 1 quer zu einer Flächennormalen 13 des Glassubstrat 3. Hierbei sind die beiden Oberflächen 7a und 7b, die die linke Vertikalmembran 1 definieren beziehungsweise begrenzen und die jeweils quer zu der Hauptauslenkungsrichtung 6 verlaufen, durch das Blindloch 8a bzw . das Blindloch 8b begrenzt . Genauer ist sowohl die linke Vertikalmembran 1 als auch die rechte Vertikalmembran 1 j eweils durch zwei lateral zueinander versetzte und gegenläufige Blindlöcher 8 ( links : 8a und 8b ; rechts : 8b und 8c ) begrenzt .

Die Hauptauslenkungsrichtung 6 der Vertikalmembran 1 verläuft somit parallel zur Substratebene 5 (bzw . senkrecht zum Taperwinkel 15 ) und nicht etwa quer zu dieser, wie dies bei typischen hori zontal verlaufenden Membranen der Fall ist . Die Vertikalmembran 1 weist quer zur Substratebene 5 ihre größte Auslenkungen auf , weil die Vertikalmembran 1 in der y- und z- Richtung wesentl ich größer ausgedehnt ist als in der x- Richtung : Bei dem Beispiel der Figur 1 weisen die beiden Vertikalmembranen 1 in der x-Richtung eine j eweilige Membrandicke von weniger als 30 pm auf , wobei die Membrandicke beispielsweise sogar weniger als 10pm aufweisen kann . Die Dimension der j eweilige Vertikalmembran 1 in der y-Richtung kann hingegen mehrere 100 pm oder sogar mehr als 1 mm, beispielsweise bis zu 1 cm oder sogar mehrere cm betragen . In der z-Richtung kann die Länge der Vertikalmembran 1 in derselben Größenordnung liegen wie die Dicke des Glassubstrats 3 , wie man in Figur 1 nachvoll ziehen kann .

Jedes der in Figur 1 gezeigten Blindlöcher 8a, 8b und 8c bildet dabei j eweils einen monolithischen Lochboden 9 aus , der mit der j eweiligen Vertikalmembran 1 verbunden ist . Beispielsweise i st die rechte Membran 1 , die rechts durch das Blindloch 8c begrenzt ist , am oberen Ende über den Lochboden 9 monolithisch mit dem Glassubstrat 3 verbunden . Der j eweilige Lochboden 9 ist dabei j eweils durch die obere oder untere Außenseite 10 des Glassubstrat 3 begrenzt . Dies müsste aber nicht zwingend gegeben sein; beispielsweise wäre es auch möglich, die Lochtiefe 26 des j eweiligen Blindlochs 8 nur halb so groß wie die Substratdicke anzulegen und gleichzeitig an derselben Stelle ( also ohne oder mit geringem lateralen Versatz in x- und y-Richtung) ein weiteres Blindloch 8 von der Gegenseite her anzulegen . In diesem Fall würde sich der so entstehende Lochboden 9 in der Tiefe des Glassubstrats 3 befinden und wäre somit gerade nicht durch eine Außenseite 10 des Glassubstrats begrenzt , wie dies in der Figur 18 gezeigt ist . Durch Anlegen von modi fi zierten Bereichen 22 j eweils oberhalb und unterhalb des zu definierenden Lochbodens 9 des j eweiligen Blindlochs 8 kann somit der Lochboden 9 in die Tiefe des Glassubstrat 3 hinein verlegt werden, wie dies etwa auch in dem Beispiel der Figur 19 gezeigt ist .

Bei dem Beispiel der Figur 1 wurden die drei Blindlöcher 8a, 8b und 8c, abgesehen von geringen Prozessschwankungen, j eweils mit gleicher Lochtiefe 24 ( gemessen von der j eweiligen Außenseite 10 aus ) ausgestaltet . Dadurch liegt der j eweilige geometrische Schwerpunkt 32 der j eweiligen Vertikalmembran 1 näherungsweise in einer Mittelebene 33 des Glassubstrats 3 , wie dies etwa in Figur 11 für einen ähnlichen Fall illustriert ist . Dies gilt aber auch beispielsweise für die vier Vertikalmembrane 1 bei dem Beispiel der Figur 19 . Das Beispiel der Figur 18 zeigt hingegen, dass auch Ausgestaltungen möglich sind, bei denen der j eweilige geometrische Schwerpunkt 32 der j eweiligen Verti kalmembran 1 versetzt (nach oben oder unten) zu einer Mittelebene 33 des Glassubstrats 3 angeordnet ist .

Die Figur 15 zeigt demgegenüber ein Ausgestaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vertikalmembran 1 , die durch zwei gegenläufig verlaufende Blindlöcher 8a und 8b definiert ist , wobei diese beiden Blindlöcher 8a und 8b eine j eweilige Lochtiefe 24 aufweisen, die mehr als 50% voneinander abweichen . Da gerade das untere Blindloch 8a sehr kurz gehalten ist , wird dadurch die linke Vertikalmembran 1 vergleichsweise nahe an der Unterseite 18 des Glassubstrats 3 angeordnet , sodass der geometrische Schwerpunkt 32 dieser Vertikalmembran 1 exzentrisch zu der gezeigten Mittelebene 33 angeordnet ist. Der Schwerpunkt 32 der Vertikalmembran eins weist dabei einen Abstand zur Unterseite 18 auf, welcher weniger als 25% der Substratdicke beträgt (d.h. der Schwerpunkt 32 liegt im unteren Viertel des Glassubstrats 3) .

In Figur 1 kann man auch gut erkennen, dass die beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen 7a und 7b der linken Vertikalmembran 1 jeweils achsparallel verlaufen, und zwar entlang der gezeigten Längsachse 4a der linken Vertikalmembran 1. Die beiden Oberflächen 7a und 7b schließen dabei jeweils einen Taperwinkel 15 zu der Flächennormalen 13 des Glassubstrats 3 ein.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet weist jedes der gezeigten Blindlöcher 8a, 8b und 8c in Figur 1 jeweils wenigstens eine Lochwand 12 (siehe z.B. die Lochwände 12a und 12b) auf, die in einem Taperwinkel 15 zu der Flächennormalen 13 verlaufen. Hierbei beträgt der Taperwinkel bei dem Beispiel der Figur 1 mehr als 1,5°. Ferner erkennt man auch gut, dass der jeweilige Querschnitt des jeweiligen Blindlochs 8 in der gezeigten xz-Vertikalebene (also quer zur Substratebene 5) in Richtung auf den jeweiligen zugehörigen Lochboden 9 hin abnimmt. Beispielsweise erkennt man bei dem mittleren Blindloch 8b, dass dort die jeweiligen Lochwände 12, die durch die Oberflächen 7b und 7c gegeben sind, aufeinander zu laufen, sodass sich die Breite des Blindlochs 8b in der x-Richtung mit zunehmender z-Tiefe verringert. Wie in den noch folgenden Ausführungsbeispielen noch besser ersichtlich werden wird, kann dabei das jeweilige Blindloch 8 (zum Beispiel alle Blindlöcher der Figur 1) quer zu der Hauptauslenkungsrichtung 6, also in Figur 1 in y-Richtung, länger ausgestaltet sein als das jeweilige Blindloch 8 in Richtung der Flächennormalen 13 (also in z-Richtung in Figur 1) tief ist. Blickt man also von oben auf die xy-Ebene 5, so würde man erkennen, dass das Blindloch 8b einen nicht-kreisrunden Querschnitt quer zu seiner z-Längsrichtung aufweist .

In Figur 1 erkennt man auch gut , dass die Längsachse 4 der Vertikalmembran 1 schräg zu der xy-Substratebene 5 , also quer zu dieser, verläuft , wobei die Längsachse 4 den Taperwinkel 15 zur Flächennormalen 13 einschließt . Der Taperwinkel 15 resultiert dabei aus der Tatsache , dass aufgrund der laserinduzierten Modi fikation die nasschemische Ätzung in den modi fi zierten Bereichen 22 hochgradig anisotrop abläuft , sodass die Ätzung dort in der z-Richtung wesentlich schneller voranschreitet als in der x-Richtung und als in der y- Richtung .

Man erkennt ferner in Figur 1 , dass drei Blindlöcher 8a, 8b und 8c j eweils mit gleicher Querschnitts form in Bezug auf die xz-Ebene ausgestaltet sind; die j eweiligen Lochwände 12 schließen dabei stets den Taperwinkel 15 zur Flächennormalen 13 ein, da alle diese Blindlöcher 8 mittels eines gemeinsamen nasschemischen Ätzschritts und unter vorheriger Verwendung gleichartiger Laserpulse 27 angelegt wurden .

Zudem zeigen alle gezeigten Lochböden 9 in Figur 1 eine gleichartige Verrundung 25 im Zentrum des j eweiligen Blindlochs 8 , die , wie bereits erläutert wurde , durch eine isotrope nasschemische Überätzung ( also über die Modi fikationstie fe 26 der modi fi zierten Bereiche 22 hinaus ) erzielt wurde .

Das in Figur 1 gezeigte Ausgestaltungsbeispiel kann auch als eine Doppel-Vertikalmembran-Anordnung 16 auf gefasst werden . Denn die beiden sich gegenüberliegenden Vertikalmembran 1 , die j eweils achsensymmetrisch zu der gezeigten Mittelachse 14 verlaufen, sind über eine freistehende (monolithische ) Brücke 11 miteinander verbunden . Diese Brücke 11 wird durch den Lochboden 9 des mittleren Blindlochs 8b ausgebildet , ist somit monolithisch in dem Glassubstrat 3 ausgebildet und mittels des mittigen Blindlochs 8b definiert . Hierbei begrenzt das mittige Blindloch 8b sowohl die rechte Oberfläche 7B der linken Membran 1 als auch die linke Oberfläche 7c der rechten Membran 1 . Ferner verläuft das mittige Blindloch 8b gegensinnig zu den beiden äußeren Blindlöchern 8a und 8c . Die äußeren Blindlöcher 8a und 8c sind hingegen einseitig durch den Körper 40 des Glassubstrats 3 begrenzt .

Wie man in Figur 1 erkennt , fällt dabei die gezeigte Mittelachse 14 gerade mit der Flächennormalen 13 des Glassubstrat 3 zusammen . Daher verläuft auch die Brücke 11 parallel zur Substratebene 5 und ist somit in der Substratebene 5 auslenkbar, obwohl die gezeigten Längsachsen 4a und 4b der beiden Vertikalmembranen 1 einen Winkel zueinander bilden ( der gerade dem Doppelten des Taperwinkels 15 entspricht ) . Die beiden in Figur 1 gezeigten Vertikalmembranen 1 können somit funktional als Biegeelemente 2 genutzt werden, um eine Parallelverschiebung der Brücke 11 in der z-Richtung oder eine Rotationsbewegung in der xz-Ebene zu ermöglichen . Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet kann die Doppel-Verti kalmembran-Anordnung 16 in der x-Richtung komprimiert werden, wobei sich dann die rechte Seite des Glassubstrats 3 entgegen der x-Richtung auf die linke Seite des Glassubstrats 3 zubewegt .

Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel , bei dem eine ähnliche Doppel-Vertikalmembran-Anordnung 16 mittels des LIDE-Verf ährens in einem Glassubstrat 3 nasschemisch definiert wurde , wobei die Anordnung 16 eine Viel zahl an sich j eweils gegenüberliegenden Vertikalmembranen 1 aufweist . Die Vertikalmembranen 1 sind dabei entlang der gezeigten Längsrichtung 31 aufgereiht , wodurch eine monolithische Federstruktur 19 realisiert wird, die reversibel entlang der Längsrichtung 31 ( also in x-Richtung in Figur 2 ) verformbar ( komprimierbar und dehnbar ) ist . Die Längsrichtung 31 stimmt dabei j eweils mit der Hauptauslenkungsrichtung 6 der j eweiligen Verti kalmembran 1 der Anordnung 16 überein . Die gezeigte monolithische Federstruktur 19 kann aber beispielsweise durch entsprechende Dimensionierung auch so ausgelegt werden, dass die Federstruktur 19 als eine Torsions feder verwendet werden kann, wobei dann die Federstruktur 19 um die y-Achse oder die x-Achse verdreht werden kann .

Bei dem Beispiel der Figur 2 ist dabei der erste linke Lochboden 9a durch die Unterseite 18 des Glassubstrats 3 begrenzt , während der letzte rechte Lochboden 9b durch die Oberseite 17 begrenzt ist .

Es sind aber auch Ausgestaltungen möglich, wie etwa in der Figur 3 , wo der linke äußere Lochboden 9 und der rechte äußere Lochboden 9 j eweils von der gleichen Außenseite 10 des Glassubstrat 3 begrenzt sind .

In den Beispielen der Figuren 2 und 3 ist somit j eweils die Doppel-Vertikalmembran-Anordnung 16 zu beiden Seiten über einen j eweiligen Lochboden 9 eines j eweiligen äußeren Blindlochs 8 monolithisch mit dem Glassubstrat 3 verbunden . Bei dem Beispiel der Figur 4 wurde hingegen am rechten äußeren Rand der Anordnung 16 ein Laserpuls 27 gesetzt , der in einer vollständigen Durchätzung 30 des Glassubstrats 3 resultiert . Im Ergebnis ist so die Doppel-Vertikalmembran-Anordnung 16 nur einseitig über den ganz linken Lochboden 9 monolithisch mit dem Glassubstrat 3 verbunden und weist somit ein freistehendes Ende 29 auf der rechten Seite auf . Dieses Ende 29 kann sowohl in der Längsrichtung 31 , aber auch aus der Substratebene 5 heraus , ausgelenkt werden . Die j eweils mäandrierende Form der mikromechanischen Federstruktur 19 , die in den Beispielen der Figuren 2-4 gezeigt sind, wird dadurch erreicht , dass j eweils wenigstens drei wie in Figur 1 illustrierte Vertikalmembranen 1 auf einanderf olgen . Bei den gezeigten Beispielen folgen zudem stets mindestens zwei Doppel-Vertikalmembran-Anordnungen 16 , wie in Figur 1 exemplarisch gezeigt , aufeinander, wobei j eweils abwechselnd die besagte Brücke 11 an der Oberseite 17 und an der Unterseite 18 angeordnet ist . In diesen Beispielen gibt es also somit j eweils wenigstens eine mittlere Vertikalmembran 20 , die links und rechts j eweils mit einer j eweiligen freistehenden Brücke 11 verbunden ist . In Figur 2 erkennt man zum Beispiel gut , dass die auf der linken Seite äußere Vertikalmembran 21 mittels des Lochbodens 9a des äußeren Blindlochs 8a monolithisch verbunden ist , wobei das Blindloch 8a auf der linken Seite , also einseitig, durch den Körper 40 des Glassubstrats 3 begrenzt ist .

Die Figuren 5-7 illustrieren unterschiedliche Ansichten auf ein weiteres Bei spiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten mikromechanischen Federstruktur 19 , die durch eine Aneinanderreihung von mehreren erfindungsgemäßen Vertikalmembranen 1 monolithisch in dem Glassubstrat 3 ausgestaltet ist . Wie man gerade in der Aufsicht der Figur 6 erkennt , weisen die j eweiligen Vertikalmembranen 1 j eweils links und rechts ein seitliches Ende 28 auf , welches frei beweglich ist .

Würde man den in Figur 7 gezeigten rechten Teil des Glassubstrat 3 , der mit dem Bezugs zeichen 38 gekennzeichnet ist , in positiver x-Richtung bewegen, so würde die Federstruktur 19 in der x-Richtung gestaucht . Ebenso ist einfach vorstellbar, dass bei Belastung dieses Rotationskörpers 38 in der z-Richtung, der Rotationskörper 38 aus der xy-Ebene 5 herausrotiert werden kann (Rotation um die y-Achse ) . Damit kann die gezeigte Federstruktur 19 insbesondere als ein monolithisches Festkörpergelenk 35 eingesetzt werden . Hierbei zeigt die in Figur 7 illustrierte Rotationsachse 36 , die entlang der y-Achse verläuft , an, dass der Rotationskörper 38 (näherungsweise ) mithil fe dieses Festkörpergelenks 35 um die y-Achse rotiert werden kann . Diese Rotationsachse 36 ist dabei quer zur Längsachse 4 der Vertikalmembran 1 (vergleiche Figur 1 ) als auch quer zu der Flächennormalen 13 des Glassubstrats 3 ausgerichtet . Darüber hinaus ist auch eine etwas geringere Rotation um die z-Achse möglich, wenn nämlich das hintere Ende in x-Richtung etwas stärker gestaucht wird als das vordere Ende der Federstruktur 19 . Durch entsprechende Dimensionierung der Vertikalmembrane 1 lassen sich diese Rotations freiheitsgrade einstellen .

Die Figuren 8- 10 zeigen ein weiteres Beispiel , wie erfindungsgemäße Vertikalmembranen 1 in einem Glassubstrat 3 mithil fe des LIDE-Verf ährens angelegt werden können . Hierbei sind erneut , wie in Figur 1 , die mittels eines Lasers modi fi zierten Bereiche 22 zu erkennen und ebenso , dass die j eweilige Lochtiefe 24 der Blindlöcher 8 etwas tiefer aus fällt als die Tiefe 26 des j eweiligen modi fi zierten Bereichs 22 aufgrund der durchgeführten Übersetzung, die auch für die nasschemisch erzeugte Verrundung 25 am j eweiligen Lochboden 9 verantwortlich i st . Die Zeichnung ist dabei schematisch zu verstehen und nicht maßstabsgetreu . Anders als noch bei dem Beispiel der Figur 6 zeigt die Figur 9 , dass dort die seitlichen Enden 28 der j eweiligen Vertikalmembran 1 nicht freistehend ausgestaltet sind, sondern j eweils mit dem Körper 40 des Glassubstrats 3 monolithisch verbunden sind . Hierbei kann sich aber weiterhin j ede der Vertikalmembranen 1 relativ zu dem umgebenden Körper 40 des Glassubstrats 3 verformen, was für viel fältige Anwendungen genutzt werden kann . Beispielsweise s ind die in Figur 10 illustrierten Lochböden 9 (vor allem im Zentrum) in der X-Richtung auslenkbar . Die Figuren 11- 14 zeigen weitere Beispiele , wie erfindungsgemäß Vertikalmembranen 1 ausgestaltet sein können . Hierbei zeigt beispielsweise der Vergleich der Figuren 11 und 12 , dass die Raumfrequenz der Vertikalmembran 1 in x-Richtung durch Anpassung der x-Breite der j eweiligen Blindlöcher 8 aber auch der Lochböden 9 angepasst werden kann . Ebenso erkennt man, dass durch geeignete Wahl der Lochtiefe 24 des j eweiligen Blindlochs 8 die Ausdehnung der j eweiligen Vertikalmembran 1 in der z-Richtung verändert werden kann . Solche Parameter lassen sich über die Tiefe (Modi fikationstiefe 26 ) und/oder Breite der modi f i zierten Bereiche 22 als auch über die Ätz zeit steuern (Vgl . dazu die Figuren 11 und 12 ) . Bei beiden Ausgestaltungen der Figuren 11 und 12 liegen die j eweiligen Vertikalmembranen 1 , genauer deren geometrische Schwerpunkte 32 , dabei im Zentrum des Glassubstrats 3 , also auf der illustrierten Mittelebene 33 .

Durch Variation der Anisotropie des zum Freilegen der j eweiligen Verti kalmembran 1 verwendeten nasschemischen Ätzprozesses läs st sich du zudem auch der Taperwinkel 15 einstellen, was beispielsweise am Vergleich der Figuren 13 und 14 gut zu erkennen ist . Auch hier erkennt man wieder deutlich, dass die Federstruktur 19 der Figur 14 eine wesentlich höhere Raumfrequenz in x-Richtung aufweist als die Federstruktur 19 der Figur 13 . Ein weiterer Design-Parameter, der variiert werden kann, besteht im Verhältnis der x-Breite des Blindlochs 8 im Vergleich zur x-Breite des zugehörigen Lochbodens 9 . Dieses Verhältni s bestimmt im Wesentlichen die Dicke der j eweiligen Verti kalmembran 1 in der x-Richtung .

Die Figur 15 zeigt ein weiteres Beispiel , bei dem mithil fe zweier Vertikalmembranen 1 , die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren monolithisch in dem Glassubstrat 3 ausgebildet wurden, zwei Festkörpergelenke 35a, 35b in der Tiefe des Glassubstrats 3 definiert wurden, an welchen der gezeigte monolithische Rotationskörper 38 aufgehängt ist . Wird das gezeigte Glassubstrat 3 beispielsweise in der x-Richtung gestreckt , so wird bei der gezeigten Anordnung der Rotationskörper 38 eine Rotation im Uhrzeigersinn um die y- Achse aus führen, wie dies durch den gestrichelten Pfeil illustriert ist . Hierzu sind die beiden Festkörpergelenke 35a und 35b, genauer die beiden geometrischen Schwerpunkte 32 der j eweiligen Verti kalmembran 1 , so angeordnet , dass die j eweiligen Rotationsachsen 36 a und 36b ( die in dem Beispiel achsparallel j eweils in der y-Richtung verlaufen) durch eine Verbindungslinie 37 verbunden werden können, die einen Winkel einschließt zu der xy-Substratebene 5 . Bei der Ausgestaltung der Figur 15 verläuft diese Verbindungslinie 37 auch durch das Zentrum des Glas substrats 3 bezogen auf die z-Dimension, und zwar im Zentrum des Rotationskörpers 38 bezogen auf die x- Position . Aufgrund der unterschiedlichen Lochtiefe 24 der beiden Blindlöcher 8a und 8b in Figur 15 erkennt man zudem, dass entsprechend auch die x-Breite des j eweiligen Lochbodens 9 variiert .

Die Figur 16 illustriert ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel , bei dem insgesamt vier erfindungsgemäß ausgestalteten Vertikalmembranen 1 verwendet werden ( die j eweils mithil fe des LIDE-Verf ährens monolithisch in dem Glassubstrat 3 angelegt wurden) , um vier Festkörpergelenke 35a, 35b, 35c und 35d zu realisieren . Diese Festkörpergelenke 35a, 35b, 35c und 35d ermöglichen es , eine Bewegung des Glassubstrats 3 in der Substratebene 5 in eine kontinuierliche Hubbewegung des im Zentrum angeordneten monolithischen Translationskörpers 39 in Richtung der Flächennormalen 13 , also in z-Richtung in Figur 16 , umzusetzen . Wird beispielsweise das Glassubstrat 3 durch eine Zugbelastung am linken und rechten Ende gestreckt , so kann der gezeigte Translationskörper 39 in Zentrum linear aus der Substratebene 5 in einer Translationsbewegung ( in der gezeigten z-Richtung) heraus bewegt werden . Wie zu sehen ist , ist dazu der Translationskörper 39 j eweils über einen j eweiligen Rotationskörper 38a, 38b monolithisch mit dem Glassubstrat 3 verbunden . Hierbei weisen die Rotationskörper 38a und 38b einen gegensinnigen Rotationssinn auf , was durch achsensymmetrische Ausgestaltung der Festkörpergelenke 35 in Bezug auf die gezeigte Mittelachse 14 ( angeordnet im Zentrum des Translations körpers 39 ) erzielt wird .

Wie der gestrichelte Kreis in den Figuren 16 und 12 illustriert , könnte das j eweilige in Figur 16 gezeigte Festkörpergelenk 35 auch durch Verwendung mehrerer Vertikalmembranen 1 , also insbesondere mittels einer wie in Figur 12 gezeigten mikromechanischen Federstruktur 19 , ausgestaltet werden .

Die Federstruktur 19 der Figur 18 unterscheidet sich von denj enigen der Figuren 11- 14 insbesondere dadurch, dass einzelne der Lochböden 9 nicht durch die Außenseite 10 des Glassubstrat 3 begrenzt sind, sondern durch ein gegenläufiges Blindloch 8 . Mit anderen Worten sind bei der Federstruktur 19 der Figur 18 zwei aufeinander folgende Vertikalmembrane 1 durch einen Lochboden 9 verbunden, der oberhalb und unterhalb von einem j eweil igen Blindloch 8 begrenzt ist . Wie man anhand der drei Laserpulse 27 erkennt , die von der Unterseite 18 her eingebracht wurden, wird diese Federstruktur 19 insbesondere dadurch ermöglicht , dass die Vertikalmembrane 1 der gezeigten Doppel-Vertikalmembran-Anordnung 6 mithil fe von Blindlöchern 8 definiert sind, die gleichsinnig verlaufen und ineinander übergehen und dabei unterschiedliche Lochtiefen 24 aufweisen . Bei dem gezeigten Beispiel ist dabei mindestens j eweils eine Kombination von drei gleichsinnig verlaufenden, ineinander übergehenden Blindlöchern von der Unterseite 18 und von der Oberseite 17 her in das Glassubstrat 3 mittels LIDE eingebracht worden . Die Federstruktur 19 der Figur 19 zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus , dass die j eweiligen Brücken 11 j eweils beabstandet von den Außenseiten 10 des Glassubstrats 3 angeordnet sind, nämlich in der Tiefe des Glassubstrats 3 . Dadurch ist die Federstruktur 19 vor mechanischen Einflüssen besser geschützt . Zudem fällt auf , dass die Vertikalmembrane 1 sehr viel stärker geneigt sind zur Flächennormalen 13 / zur z-Achse ( der Taperwinkel 15 beträgt in Figur 19 mehr als 10 ° ) als bei den vorherigen Beispielen . Dies wird dadurch erreicht , dass beim Freiätzen der Vertikalmembrane 1 eine sehr viel geringere Anisotropie der nasschemischen Ätzlösung eingestellt ist (wobei hierzu auch das Glasmaterial entsprechend gewählt sein muss ) , sodass die Ätzung mehr in die Breite geht und der Taperwinkel 15 und damit die Neigung der j eweiligen Vertikalmembran 1 zur z-Achse zunimmt .

Die Figuren 20 und 21 schließlich zeigen mit einem Rasterelektronenmikroskop auf gezeichnete Bilder von mikromechanischen Federstrukturen 19 , die mittels des LIDE- Verfahrens auf Basis erfindungsgemäßen Vertikalmembranen 1 definiert wurden . Es ist einerseits zu erkennen, dass die j eweiligen Membrane 1 in vertikaler Richtung in Bezug auf die Substratebene 5 verlaufen und zudem eine Dicke von wenigen Mikrometern aufweisen, während beispielsweise die Lochböden 9 eine Breite von ca . 50 pm aufweisen .

Zusammenfassend wird zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von mikromechanischen Biegestrukturen 2 in Glas vorgeschlagen, quer zu einer Substratebene 5 eines Glassubstrats 3 verlaufende Vertikalmembrane 1 monolithisch in dem Glassubstrat 3 aus zubilden, indem Blindlöcher 8 mithil fe einer laserinduz ierten Modi fikation des Glassubstrat 3 und einer nachfolgenden nasschemischen Ätzung angelegt werden . Hierdurch lassen sich nicht nur Biegestrukturen 2 innerhalb des Körpers 40 des Glassubstrat 3 anordnen, sondern auch Federstrukturen 19 sowie Festkörpergelenke 35 . Dies ermöglicht auch neuartige Aktivierungskonzepte in Glas (Vgl . Figur 5 ) .

Bezugszeichenliste

Vertikalmembran

Biegestruktur, insbesondere Federbalken Glassubstrat Längsachse (von 1) Substratebene (ebene Oberfläche von 3) Hauptauslenkungsrichtung (von 1) Oberfläche (von 1) Blindloch Lochboden (von 8) Außenseite (von 3) Brücke Lochwand (von 8) Flächennormale (von 3) Mittelachse Taperwinkel Doppel -Vertikalmembran-Anordnung Oberseite (von 3) Unterseite (von 3) Feder Struktur mittlere Vertikalmembran (von 19) äußere Vertikalmembran (von 19) modifizierter Bereich (von 3 - hier wurde mittels eines Lasers / durch Setzen eines Laserpulses eine Modifikation in 3 induziert, die die nasschemische Ätzrate wesentlich erhöht im Vergleich zu den sonstigen nicht-modif izierten Bereichen von 3) nicht-modif izierter Bereich (von 3 - dieser Bereich liegt außerhalb der eingebrachten Laserstrahlung) Lochtiefe (von 8 in z-Richtung) Verrundung (im Zentrum von 8/9)

Modifikationstiefe (= Tiefe von 22 in z-Richtung von 3) Laserpuls seitliches Ende (von 1) freistehendes vorderes Ende (von 16 / 19) Durchätzung

Längsrichtung (von 16/19) geometrischer Schwerpunkt (von 1)

Mittelebene (von 3)

Linearf eder

Fe st körper gelenk

Rotationsachse (von 35)

Ätzradius

Rotationskörper

Trans lat ions körper

Körper (engl. bulk) von 3