專利名稱：在寶石或工業(yè)鉆石上形成標(biāo)記的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在寶石或工業(yè)鉆石上形成標(biāo)記，優(yōu)選為形成微小標(biāo)記。本文中所使用的“微小標(biāo)記”是在寶石或工業(yè)鉆石上的任何非常小的標(biāo)記，例如鉆石珠寶零售商、制造商、或行業(yè)組織的名稱或標(biāo)志。可將該標(biāo)記施加到工業(yè)鉆石上，其中一些工業(yè)鉆石(類似于拉絲模)具有拋光表面。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于珠寶領(lǐng)域，該標(biāo)記可應(yīng)用于寶石的一個(gè)拋光小面，優(yōu)選為應(yīng)用于寶石的頂切面。已經(jīng)提出了各種方案以用于在寶石或工業(yè)鉆石上形成肉眼不可見(jiàn)的標(biāo)記；這樣在寶石的情況下，該標(biāo)記位于在珠寶安置架上可見(jiàn)的小面上。嚴(yán)格意義上說(shuō)，大多數(shù)可行的步驟在表面中(而不是在表面上)形成標(biāo)記，因此，通過(guò)材料的除去(稱為磨銑)從而形成該標(biāo)記。然而，本文中所用的例如“在表面上”的術(shù)語(yǔ)包括這種依據(jù)常規(guī)用法的磨銑。
首先控制該標(biāo)記的深度，以便將該標(biāo)記的可見(jiàn)性限制成如此程度，即，不損壞寶石尤其是鉆石的美感特性和價(jià)值，優(yōu)選的是該標(biāo)記不損壞該鉆石的內(nèi)在清晰度。通常，該標(biāo)記對(duì)于肉眼是不可見(jiàn)的。廣義上說(shuō)，標(biāo)記不損壞寶石的美觀或美感外形。存在有各種標(biāo)準(zhǔn)，但是通常的要求是對(duì)于肉眼使用×10倍的放大鏡，在×10倍放大率下內(nèi)在瑕疵是不可見(jiàn)的，盡管鉆石的標(biāo)記是比較流行的，一定程度上的可見(jiàn)標(biāo)記是可接受的，特別是該標(biāo)記不是嚴(yán)格意義上的內(nèi)在瑕疵。例如，占據(jù)面積達(dá)到1mm2蝕刻深度為25nm或50nm的標(biāo)記雖然在×10倍放大率下在特定照明條件下是可見(jiàn)的，但是該標(biāo)記是可接受的。達(dá)到500nm深度的更深的標(biāo)記也可能是可接受的。最小深度是約20nm或約30nm。然而，優(yōu)選的是，在寶石上的標(biāo)記足夠淺，以便不產(chǎn)生來(lái)自任何區(qū)域的光散射。在WO97/03846中，對(duì)于形成的標(biāo)記的尺寸進(jìn)行了描述。形成該標(biāo)記的線可具有的寬度∶深度比率約為20∶1至3000∶1，但是優(yōu)選的范圍是50∶1至1000∶1。
該標(biāo)記以任何適當(dāng)?shù)姆绞叫纬伞Ｒ环N方法是使用微光蝕刻，小面被旋轉(zhuǎn)涂敷有抗蝕劑或光致抗蝕劑，并且任一圖象的掩膜通過(guò)使用使得抗蝕劑暴光的暴露照射從而投射到被涂敷的小面上，(通常使用透鏡系統(tǒng)來(lái)減小相對(duì)于掩膜的圖象尺寸)，或通過(guò)使用移動(dòng)光束(直接光束刻寫)將圖象刻寫在被涂敷的小面上。該抗蝕劑隨后顯影以去除所選擇的部分，實(shí)際上在該小面上提供了接觸掩膜。在顯影過(guò)程中，抗蝕劑的暴光和不暴光部分以不同的速率顯影，在正性抗蝕劑中，暴光區(qū)域容易地溶解，使得在暴光區(qū)域的表面或小面沒(méi)有遮擋。在Thompson等人所著的“Introduction to Microlithography”1994年第2版中對(duì)于微光蝕刻有詳細(xì)描述。隨后寶石或工業(yè)鉆石通過(guò)使用等離子蝕刻進(jìn)行磨銑，等離子蝕刻在US5344526或WO98/52773中進(jìn)行了描述。另一方法是使用直接侵蝕寶石或鉆石的表面的輻射，或是經(jīng)掩膜進(jìn)行投射或是在表面上直接刻寫，例如WO97/03846中所述。
本發(fā)明的第一方面的背景當(dāng)將掩膜圖象投射到寶石或工業(yè)鉆石的表面上時(shí)，操作者必須該掩膜對(duì)準(zhǔn)例如寶石的頂切面的中心，并且所希望的是，對(duì)該標(biāo)記進(jìn)行定向，使得標(biāo)記中的文字平行于表面的一個(gè)邊緣。另外，必須設(shè)定該暴光圖象的焦點(diǎn)。
US6016185描述了一種用于制造半導(dǎo)體和微機(jī)械裝置的裝置，其通過(guò)使用平鋪技術(shù)來(lái)投射掩膜陣列，其中圖象必須與掩膜具有相同的尺寸?？墒褂秒p向光路徑，以便使在工件上的對(duì)準(zhǔn)掩膜在該掩膜的底表面上形成圖象。該圖象對(duì)于精確聚焦來(lái)說(shuō)在定位上不方便，并且如果需縮小則該裝置無(wú)法使用。
本發(fā)明的這方面的目的是克服或減輕現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)缺點(diǎn)，或提供一種有用的替代方案。
本發(fā)明的第一方面依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種如權(quán)利要求1或34所述的方法和一種如權(quán)利要求20或35所述的設(shè)備。從屬權(quán)利要求主張了優(yōu)選和/或可選的特征。
本發(fā)明的第一方面在于使用兩種在寶石或鉆石上形成標(biāo)記的不同方法中的一種方法，即，通過(guò)將掩膜的圖象投射到寶石或鉆石上或投射到在其上的抗蝕劑上，或者通過(guò)例如激光束的光束掃描和移動(dòng)從而在寶石或鉆石上刻寫或在其上的抗蝕劑上刻寫。在任一方法中，暴光輻射使得用于隨后蝕刻的抗蝕劑暴光，或者直接侵蝕寶石或鉆石的表面。光束直接刻寫具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，不需要對(duì)于每一圖案制造投射掩膜，即可制成不同的圖案，由此使得例如序列號(hào)或選擇的標(biāo)記形成在鉆石中。然而，構(gòu)象優(yōu)選地經(jīng)掩膜投射。
該構(gòu)象的使用提供了一種使該暴光圖象定位(對(duì)準(zhǔn))并定向的簡(jiǎn)單方法。而且，該構(gòu)象的使用提供了一種例如當(dāng)使用可見(jiàn)光或紫外光進(jìn)行掩膜的圖象投射時(shí)使該暴光圖象聚焦的較佳的方法。操作者可相對(duì)于焦平面通過(guò)使用機(jī)械調(diào)節(jié)來(lái)改變寶石或工業(yè)鉆石的位置。如果該構(gòu)象經(jīng)物鏡或透鏡系統(tǒng)進(jìn)行投射并經(jīng)物鏡或透鏡系統(tǒng)被感測(cè)，則該設(shè)備在聚焦中的誤差將翻番，這是因?yàn)樵摌?gòu)象經(jīng)物鏡或透鏡反射回來(lái)，并且因此行進(jìn)了等于聚焦中的誤差兩倍的距離；該聚焦誤差的這種放大使得聚焦非常準(zhǔn)確并且非常容易地來(lái)進(jìn)行。然而可在物鏡或透鏡系統(tǒng)與寶石或鉆石之間加入光束分離器，并且在圖象不經(jīng)過(guò)該主物鏡或透鏡系統(tǒng)的情況下感測(cè)該圖象。
在該方法實(shí)施過(guò)程中，該構(gòu)象可由電子式圖象檢測(cè)器通過(guò)使用任何適當(dāng)?shù)挠糜跇?gòu)圖輻射的波長(zhǎng)來(lái)感測(cè)，或者如果該構(gòu)圖輻射位于可見(jiàn)范圍內(nèi)，則該構(gòu)象可由肉眼觀察。這樣，掩膜的暴光區(qū)域可限定一對(duì)應(yīng)于待形成的微小標(biāo)記的形狀的形狀，或限定對(duì)準(zhǔn)掩膜以便幫助暴光圖象在寶石上的準(zhǔn)確定位?；蛘?，如果該暴光輻射是掃描形式的，例如在激光束的情況下，該暴光輻射穿過(guò)該暴光區(qū)域進(jìn)行掃描，以便進(jìn)行光束直接刻寫。理論上，可使得該對(duì)準(zhǔn)區(qū)域是透明的或根本沒(méi)有掩膜，并且也可進(jìn)行該構(gòu)圖輻射。
本發(fā)明的第二方面的背景當(dāng)在寶石或工業(yè)鉆石上特別是在寶石上施加微小標(biāo)記時(shí)，所希望的是，可施加獨(dú)特的序列號(hào)。然而，如果使用投射掩膜，則由于對(duì)于每一寶石需要不同的掩膜，所以這將產(chǎn)生非常大的費(fèi)用。
本發(fā)明的該方面的目的是克服或減輕現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)缺點(diǎn)，或提供一種有用的替代方案。
本發(fā)明的第二方面依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種如權(quán)利要求19所述的方法和一種如權(quán)利要求33所述的設(shè)備。從屬權(quán)利要求主張了優(yōu)選和/或可選的特征。
本發(fā)明的第二方面提供了一種當(dāng)特別是形成序列號(hào)標(biāo)記時(shí)在逐個(gè)寶石上形成標(biāo)記的簡(jiǎn)單方法。
優(yōu)選實(shí)施例參照附圖結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步來(lái)描述本發(fā)明，在附圖中

圖1是描述安置寶石以便形成寶石夾的方法的示意圖；圖2是描述通過(guò)微光蝕刻在寶石上形成標(biāo)記的方法的光路示意圖；以及圖3示出了用于圖2所示的光學(xué)系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)臉?gòu)圖掩膜。
安裝鉆石-圖1圖1示出了具有主體1的注射模制工具的一部分。具有注射澆口3的環(huán)形(圓形)的寶石夾環(huán)2設(shè)置主體1的凹口1a中。對(duì)中心銷4具有向上施壓的彈簧，該對(duì)中心銷穿過(guò)凹口1a的中心并承載一具有中心孔6的非金屬插入件5。首先，對(duì)中心銷4的位置高于圖1所示的位置。抽吸作用施加在中心孔6和鉆石7上，具有其頂切面7a的圖示的鉆石放置在插入件5的頂部上。頂板8在腔上封閉，以便將鉆石向下推并使得頂板8的下表面與頂切面7a的水平面接合。真空從中心通道6斷開。該對(duì)中心銷4隨后鎖定就位，并且例如為Elastron G 1047的柔性彈性體9經(jīng)主澆口10注射模制到環(huán)2的內(nèi)壁、鉆石7、插入件5和對(duì)中心銷4之間的空間中。寶石夾環(huán)2的一個(gè)澆口3對(duì)準(zhǔn)主澆口10，而另一澆口3對(duì)準(zhǔn)通向卸料口1b的通道。當(dāng)彈性體9設(shè)定時(shí)，頂板8取出，對(duì)中心銷4向上推由環(huán)2和對(duì)中心銷4形成的寶石夾11，并且寶石夾11離開對(duì)中心銷4的頂部。如果橡膠泄漏經(jīng)過(guò)鉆石7的底面進(jìn)入通道6，插入件5與寶石夾11一起離開并被拆下。
清理金剛石7現(xiàn)在通過(guò)用浸入酒精的藥簽機(jī)械清理，或?qū)⒔饎偸?或?qū)毷瘖A11拉過(guò)光學(xué)透鏡專用清理織物或類似物清理。作為選擇，寶石夾11可安裝在真空吸盤上并圍繞最好垂直于鉆石7的頂切面7a的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，可以使用溶劑，隨后旋轉(zhuǎn)干燥，機(jī)械清理和任何其它適合的技術(shù)。
抗蝕劑涂覆如果通過(guò)微刻技術(shù)對(duì)小面進(jìn)行蝕刻，寶石夾11可安裝在真空吸盤上并圍繞最好垂直于并通過(guò)鉆石7的頂切面7a的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。如果多個(gè)鉆石7已經(jīng)設(shè)置在寶石夾11內(nèi)，該軸線應(yīng)該大致通過(guò)寶石夾11的中心線。
施加光致抗蝕劑至少覆蓋鉆石7的頂切面7a。適合的正性抗蝕劑材料是由Shipley Company制造的Microposit 1818，它是酚醛清漆抗蝕劑。帶有寶石夾11和鉆石7的吸盤在通常為4000～8000rpm的高速下轉(zhuǎn)動(dòng)長(zhǎng)達(dá)15～30秒。這造成鉆石頂切面7a大部分上的抗蝕劑膜的均勻厚度為1～2微米。如果頂表面在鉆石頂切面7a、保持材料2的表面和寶石夾11的側(cè)壁5的頂部上連續(xù)，將沒(méi)有小球或邊緣形成在鉆石頂切面7a上。
預(yù)暴光烘焙接著烘焙抗蝕劑。通常的條件是在115℃下進(jìn)行1分鐘。這可以通過(guò)將寶石夾11放置在熱板上完成，最好是使用真空吸盤將其保持緊密接觸。熱量通過(guò)預(yù)熱板的接觸進(jìn)入寶石夾11并快速傳遞到鉆石7。作為選擇，通過(guò)感應(yīng)加熱、結(jié)合在寶石夾11內(nèi)的加熱元件、或以例如用遠(yuǎn)紅外線輻射來(lái)照射頂切面7a的其它適當(dāng)方式來(lái)產(chǎn)生加熱效果。寶石夾11的溫度可以通過(guò)安裝在寶石夾11內(nèi)或與其接觸的熱電偶或類似物測(cè)量，并且該測(cè)量可控制加熱裝置調(diào)節(jié)溫度。作為選擇，熱板的溫度可以測(cè)量和控制。
在烘焙之后，斷開熱源并且寶石夾11快速冷卻。鉆石7現(xiàn)在準(zhǔn)備進(jìn)行抗蝕劑暴光。
光學(xué)暴光寶石夾11放置在適當(dāng)?shù)奈⒖淘O(shè)備的水平臺(tái)板上以便將抗蝕劑暴光成與將要形成的標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的圖案，例如通過(guò)以縮小10倍的比例將掩模投射到鉆石頂切面7a上。暴光圖像的定位、定向和焦距適當(dāng)調(diào)節(jié)，鉆石頂切面7a嚴(yán)格地保持平行于設(shè)備的臺(tái)板并嚴(yán)格地位于該臺(tái)板之上的預(yù)定高度處。在可選擇的配置中，寶石夾11可通過(guò)壓靠設(shè)置有開口的向下形成的對(duì)齊表面保持，鉆石頂切面7a通過(guò)該開口進(jìn)行輻射。在此選擇例中，寶石夾環(huán)2的底側(cè)不需要嚴(yán)格地平行于由寶石夾環(huán)2的頂部形成的參考平面并位于該參考平面之下的預(yù)定距離處。
可以使用任何適合的輻射以便暴光抗蝕劑。對(duì)于Microposit 1818抗蝕劑，350～450nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射是適合的。更短的波長(zhǎng)使得圖案分辨率更高。暴光可通過(guò)單個(gè)波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)，例如采用在436nm的汞放電燈，或者采用波長(zhǎng)帶，例如過(guò)濾的鎢/鹵素?zé)簟?br> 后暴光烘焙希望是將抗蝕劑經(jīng)歷后暴光烘焙。擴(kuò)散的過(guò)程降低抗蝕劑內(nèi)駐波或干涉條紋的影響。該工序與所述的預(yù)暴光烘焙的工序類似。
顯影抗蝕劑的顯影是常規(guī)的。所使用的設(shè)備與所述的抗蝕劑旋涂器類似。
蝕刻可以例如從Oxford Plasma Technology(UK)或South BayTechnology(USA)得到等離子蝕刻設(shè)備?？梢允褂肈C放電蝕刻，但最好使用無(wú)線電頻率等離子以避免鉆石充電的問(wèn)題?；钚噪x子蝕刻是優(yōu)選的，鉆石安裝在蝕刻器的受驅(qū)電極上而不是安裝在地電極上。在一個(gè)實(shí)例中，鉆石相對(duì)于例如100～1000伏的等離子產(chǎn)生負(fù)性偏壓電位。來(lái)自等離子的高能離子的沖擊可造成碳的未反應(yīng)鉆石同素異形體轉(zhuǎn)變成例如石墨的更加活性的形式。可以供應(yīng)純氧或氧/氬混合物或空氣以便氧化石墨。優(yōu)選的等離子是75％的氬和25％的氧，盡管作為選擇可以使用純氧蝕刻，隨后是純氬蝕刻以便去除表面上的氧。
松釋鉆石7從寶石夾11中推出并進(jìn)行清洗以便去除抗蝕劑。
圖2-使抗蝕劑暴光圖2示出了用于使抗蝕劑暴光的一種結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)。該鉆石7位于寶石夾11中，該寶石夾具有由寶石夾環(huán)2的下表面限定的定位表面。臺(tái)板或工作臺(tái)30的上表面形成朝上的對(duì)準(zhǔn)表面。以這種方式，鉆石7的頂切面7a準(zhǔn)確地定位成平行于工作臺(tái)30。標(biāo)記可形成在頂切面7a的中心處或形成在頂切面7a的邊緣處。寶石夾11可在工作臺(tái)30上滑動(dòng)，并且由此可手動(dòng)調(diào)節(jié)，或者可調(diào)節(jié)工作臺(tái)30的位置和旋轉(zhuǎn)。
該光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)構(gòu)圖/暴光(setting-up/exposure)輻射源31，構(gòu)圖/暴光孔徑光闌32、暴光光柵33、構(gòu)圖/暴光場(chǎng)透鏡34、構(gòu)圖/暴光掩膜35、第一光束分離器36、第二光束分離器37、物鏡38、照明輻射源39、照明輻射場(chǎng)透鏡42、照明輻射視場(chǎng)光闌43、以及觀察平面44。物鏡38在焦平面45上形成掩膜35的圖象。所希望但不是重要的是，對(duì)于構(gòu)圖波長(zhǎng)和暴光波長(zhǎng)，物鏡38具有相同的焦距，并且對(duì)于構(gòu)圖輻射波長(zhǎng)和暴光輻射波長(zhǎng)，物鏡38具有良好的像差校正。
輻射源31優(yōu)選的是例如為鎢鹵素?zé)舻陌谉霟艋蛘呃鐬楣螂蚪饘冫u化物電弧燈的放電燈。可替代地使用例如為氙閃光燈的脈沖光源、或發(fā)光二極管或激光源。輻射光束通過(guò)光纖光導(dǎo)器、液體光導(dǎo)器和/或相關(guān)的聚光透鏡和反光鏡傳送到點(diǎn)31。為了在鉆石7的頂切面上(實(shí)際上在基準(zhǔn)面45上)定位、定向并聚焦該圖象，鉆石7優(yōu)選地借助于照明源39進(jìn)行照明，該照明源提供均勻的背景照明，以便可看見(jiàn)整個(gè)鉆石7，(但是使用一些形式的構(gòu)圖輻射，可不需要照明)。照明源39的波長(zhǎng)必須確定成使得該輻射不影響抗蝕劑，例如可使用波長(zhǎng)大于500nm的光。照明濾光器41確保該抗蝕劑不暴光。輻射源31隨后轉(zhuǎn)換成構(gòu)圖輻射。輻射源31可包括兩個(gè)不同的光源，一個(gè)光源用于構(gòu)圖，一個(gè)光源用于暴光，在這樣情況中，暴光光柵33不是必需的，光源可適當(dāng)?shù)乇豢刂??；蛘?，如果該輻射?1發(fā)出構(gòu)圖輻射光束和暴光輻射光束，可設(shè)置有暴光光柵33，以便當(dāng)其閉合時(shí)，該暴光光柵33提供一濾光器，以阻擋暴光輻射光束并且傳送構(gòu)圖輻射光束。暴光光柵33可定位在輻射路徑中的任何位置處，并且可設(shè)置在輻射源31或掩膜35中。該構(gòu)圖輻射在鉆石7的頂切面7a上提供構(gòu)象。通常，該光學(xué)系統(tǒng)顯著地減小圖象相對(duì)于掩膜的尺寸。該構(gòu)圖(和暴光)圖象與該掩膜相比較減小90％(10倍的縮小率)。通常，縮小率優(yōu)選為大約10倍至20倍或者達(dá)到100倍。然而，也可使用較小的縮小率，大約2倍或4倍以上。在觀察面44處通過(guò)肉眼觀看該構(gòu)象，(該觀察面可以是顯微鏡目鏡的標(biāo)度面)，該構(gòu)象定位在鉆石頂切面7a上的正確位置中并(通過(guò)移動(dòng)鉆石或通過(guò)移動(dòng)掩膜35從而)正確地定向，并且隨后機(jī)械地聚焦。然而，作為替換方案，例如CCD(電荷耦合器件式)照相機(jī)的電子式圖象檢測(cè)器可定位在觀察面44上，并且該構(gòu)象可隨后在屏幕上進(jìn)行觀察。通過(guò)使用第一光束分離器36，可使得該觀察面44位于光路徑外側(cè)，該構(gòu)象在觀察面處被感測(cè)，在構(gòu)圖輻射到達(dá)鉆石7之前該構(gòu)圖輻射緊隨該光路徑。
使得構(gòu)圖輻射以這樣一種不影響寶石的小面的方式來(lái)形成標(biāo)記，即，如果使用光蝕刻，則該構(gòu)圖輻射必須使得該抗蝕劑不暴光。對(duì)于以上提到的Microposit 1818抗蝕劑，構(gòu)圖輻射可以是波長(zhǎng)范圍500-550nm的綠色或黃色光，即與照明輻射處于相同范圍內(nèi)。通常，如果其強(qiáng)度足夠低，大大低于暴光輻射的強(qiáng)度，該構(gòu)圖輻射可與暴光輻射相同。然而，該構(gòu)圖輻射和照明輻射優(yōu)選為不同的波長(zhǎng)，以便提供對(duì)比度，這樣根據(jù)該透鏡系統(tǒng)的色差，該構(gòu)圖輻射可以是波長(zhǎng)大于630nm的紅色光。該構(gòu)圖輻射、暴光輻射、照明輻射均可包括波長(zhǎng)段。
一旦定位、定向和聚焦設(shè)定之后，輻射源31轉(zhuǎn)換成暴光輻射，或者該暴光光柵33打開一預(yù)定的時(shí)間。該暴光輻射使得抗蝕劑暴光。
暴光場(chǎng)透鏡34通過(guò)將暴光孔徑光闌32的圖象引入到物鏡38的入射光瞳中從而確保掩膜35的均勻照明，但是可使用其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。通過(guò)改變?cè)摫┕饪讖焦怅@32的尺寸，可控制照明的空間相干性，這樣可改變所產(chǎn)生的圖象的質(zhì)量。
物鏡38可精確校正的顯微鏡物鏡，放大率例如為10或20倍，但是可替換地使用其它形式的物鏡及其反射元件。物鏡38具有的視場(chǎng)非常小，以至于不能觀察整個(gè)鉆石頂切面7a。如果這樣的話，可在其中設(shè)置另一低倍數(shù)(放大率例如為5倍)的物鏡，并帶有用于將該物鏡移入和移出光路徑的顯微鏡鏡頭轉(zhuǎn)塔。
如果需要，第二透鏡(未示出)可設(shè)置在暴光掩膜35與第一光束分離器36之間，以便使得平行光穿過(guò)光束分離器36、37，并由此在光束分離器36、37中獲得更好的光學(xué)性能。
例如為硅光電二極管的傳感器設(shè)置在其中，以便測(cè)量入射到鉆石頂切面7a上的暴光輻射量，以用于設(shè)定暴光時(shí)間以獲得預(yù)定的暴光劑量。
圖3-第一掩膜暴光掩膜35可以是形式為帶有大致不透明的涂層或薄膜的玻璃盤或感光膠片，如果使用正性抗蝕劑，則在標(biāo)記將要形成的位置處形成有透明區(qū)域。如果使用負(fù)性抗蝕劑，則這樣的對(duì)比是相反的。因?yàn)檠谀さ膱D象在尺寸方面減小，所以該膠片的顆粒大小的作用減小了，因此這在圖象中是不重要的。
由示例所示的掩膜35用于在鉆石上形成標(biāo)記“TEST 1234”，并且具有在鉆石頂切面7a的角部上用于對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)部件。
黑線是傳送輻射的部分。該頂切面7a的由點(diǎn)劃線表示。該標(biāo)記“TEST1234”至少傳送該暴光輻射。
對(duì)準(zhǔn)線51、52、53和對(duì)準(zhǔn)曲線54、55傳送該構(gòu)圖輻射，但不傳送該暴光輻射。該對(duì)準(zhǔn)線和對(duì)準(zhǔn)曲線51-55可由形成該掩膜35的一部分的LCD(液晶顯示器)來(lái)制成。作為替代，可使用在觀察面44上的網(wǎng)格，例如如果該掩膜位于鉆石頂切面7a的中心處，可使用顯微鏡目鏡交叉標(biāo)線網(wǎng)格。
通過(guò)使用在鉆石頂切面7a上的構(gòu)象，該標(biāo)記“TEST 1234”利用標(biāo)準(zhǔn)的聚焦裝置(未示出)來(lái)進(jìn)行聚焦。頂切面7a的角部隨后設(shè)置在線37上并朝向圖象的中心手動(dòng)向上移動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)的X和Y方向的測(cè)微計(jì)調(diào)節(jié)裝置設(shè)置用于該圖象相對(duì)于鉆石頂切面7a的精確調(diào)節(jié)。如果鉆石7具有正八邊形的頂切面7a，其中角部的頂角為135度，該頂切面7a的邊緣與線51、53對(duì)準(zhǔn)；構(gòu)象隨后適當(dāng)?shù)投ㄎ徊⒍ㄏ?。如果該鉆石沒(méi)有135度的頂角，則該頂切面7a的邊緣與曲線54、55接觸，并且角部在線52上或在線52的延長(zhǎng)線上。
該暴光掩膜35可在多次暴光之間改變，以便例如印刻序列號(hào)。該改變可通過(guò)使用作為掩膜的一系列的感光圖象來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者該暴光掩膜35是可調(diào)節(jié)的(可隨意改變)，以便其遮擋效果可隨之隨意改變。以這樣方式，逐個(gè)鉆石7可具有投射到其上的不同的暴光圖象，并且可具有在其上形成的不同標(biāo)記。該掩膜可包括可移動(dòng)的或可改變的元件，其形式為可調(diào)節(jié)的數(shù)字或獨(dú)立像素。這樣，該掩膜35可至少包括一由空間光調(diào)制器或獨(dú)立像素形成的區(qū)域，其遮擋效果可隨意改變。例如液晶光閥或液晶空間光調(diào)制器或微鏡陣列的器件可與暴光掩膜35結(jié)合，(該液晶空間光調(diào)制器需要偏振器，該微鏡陣列需要非常穩(wěn)定但對(duì)于偏振光和間接損失沒(méi)有要求)。這種器件不需要實(shí)際地定位在由暴光掩膜35占用的平面上，這是因?yàn)槌上裢哥R系統(tǒng)可用于形成在暴光掩膜35的平面中的器件的圖象。如果使用微鏡陣列或其它反射式掩膜，該照明系統(tǒng)31-34將必須構(gòu)形成對(duì)該掩膜用反射光進(jìn)行照明。作為改變遮擋效果的示例，在圖3中文字“TEST”可形成掩膜35的永久部分，并且數(shù)字“1234”作為對(duì)于每一鉆石7的序列號(hào)形成標(biāo)記。
第二掩膜該構(gòu)圖輻射和/或暴光輻射可掃描到鉆石頂切面7a上，而不使用實(shí)際掩膜，該掃描器由例如計(jì)算機(jī)的可編程的裝置來(lái)控制。通常，優(yōu)選的是對(duì)暴光輻射進(jìn)行掃描，并使用用于構(gòu)圖輻射的掩膜，在這種情況下，該掩膜對(duì)于暴光輻射是透明的，而對(duì)于構(gòu)圖輻射是不透明的，除非其切割成提供構(gòu)象，例如提供定位、對(duì)準(zhǔn)、定向、和聚焦圖案。在該情況下，形成標(biāo)記的實(shí)際圖案不用于構(gòu)圖，并且使用專用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
除非文中清楚需要其它說(shuō)明，在整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求中，與排他或窮盡的含義相反，詞匯“包括”，“包括有”和類似措辭應(yīng)理解為范圍廣的包括；也就是說(shuō)，是“包括但不局限于”的含義。
盡管本發(fā)明結(jié)合寶石或工業(yè)鉆石來(lái)進(jìn)行描述，但是本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于在任何適當(dāng)工件上形成微小標(biāo)記，例如在電子半導(dǎo)體芯片上。
整個(gè)說(shuō)明書中對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的描述絕不理解為是如下認(rèn)同，即這種現(xiàn)有技術(shù)廣泛公知或形成本領(lǐng)域公知常識(shí)的一部分。
本發(fā)明純粹通過(guò)實(shí)例進(jìn)行描述，并且可以在延伸到所述特征的等同概念上的本發(fā)明的精神內(nèi)進(jìn)行變型。
權(quán)利要求
1.一種在寶石或工業(yè)鉆石上形成標(biāo)記的方法，其包括使暴光輻射投射到該寶石或鉆石上，以在其上形成暴光圖象，該方法還包括通過(guò)將不同于該暴光輻射的構(gòu)圖輻射投射到該寶石或鉆石上以便在該寶石或鉆石上形成該構(gòu)象，從而對(duì)該暴光輻射進(jìn)行定位、定向、和/或聚焦，在形成或?qū)⒁纬梢粯?biāo)記的方面該構(gòu)圖輻射不影響該寶石或鉆石，該構(gòu)圖輻射在該寶石或鉆石上在光路徑外側(cè)被感測(cè)，在該構(gòu)圖輻射到達(dá)該寶石或鉆石之前該構(gòu)圖輻射跟隨該光路徑，并且在該寶石或鉆石上調(diào)節(jié)該構(gòu)象的定位、定向、和/或聚焦，由此調(diào)節(jié)該暴光圖象的定位、定向、和/或聚焦。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該構(gòu)象經(jīng)物鏡或透鏡系統(tǒng)被投射并且經(jīng)該物鏡或透鏡系統(tǒng)被感測(cè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該構(gòu)圖輻射和暴光輻射具有不同的波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，該物鏡或透鏡系統(tǒng)對(duì)于該構(gòu)圖輻射和暴光輻射進(jìn)行校正。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該構(gòu)圖輻射和暴光輻射具有相同的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)段，但是該構(gòu)圖輻射的強(qiáng)度低于該暴光輻射的強(qiáng)度。
6.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該標(biāo)記由蝕刻形成，并且抗蝕劑施加到該寶石或鉆石上，該抗蝕劑對(duì)于所述構(gòu)圖輻射是不敏感的。
7.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該構(gòu)圖輻射在可見(jiàn)范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該構(gòu)象由肉眼觀察。
9.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該構(gòu)象由電子式圖象檢測(cè)器感測(cè)。
10.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)使該構(gòu)圖輻射經(jīng)掩膜投射從而形成該構(gòu)象，并且通過(guò)使該暴光輻射經(jīng)掩膜投射從而該暴光圖象。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該構(gòu)圖掩膜至少一部分與該暴光掩膜相同，該構(gòu)圖輻射和該暴光輻射經(jīng)該掩膜投射，并且該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于該構(gòu)圖輻射和該暴光輻射進(jìn)行校正。
12.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)提供包括至少一個(gè)構(gòu)圖區(qū)域和至少一個(gè)暴光區(qū)域的掩膜從而形成該構(gòu)圖掩膜和暴光掩膜，該構(gòu)圖區(qū)域?qū)τ诒┕廨椛涫遣煌该鞫鴮?duì)于構(gòu)圖輻射是透明的，該暴光區(qū)域?qū)τ诒┕廨椛涫峭该鞯?，該?gòu)圖區(qū)域限定一用于在該寶石或鉆石上定位、定向、和/或聚焦該暴光圖象的形狀，該方法包括經(jīng)該掩膜投射該構(gòu)圖輻射，以便在該寶石或鉆石上形成構(gòu)象；在該寶石或鉆石上定位、定向、和/或聚焦該構(gòu)象；以及經(jīng)該掩膜投射該暴光輻射，以便在該寶石或鉆石上形成該暴光圖象，由此在該寶石或鉆石上形成所述標(biāo)記。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該暴光區(qū)域限定一對(duì)應(yīng)于將要形成的標(biāo)記的形狀的形狀。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該暴光區(qū)域是一較大的區(qū)域，其對(duì)于該暴光輻射是透明的，該暴光輻射被掃描。
15.如權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)經(jīng)掩膜顯著縮小地投射該暴光輻射，從而形成該暴光圖象。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該暴光圖象至多大約為該掩膜的線性尺寸的十分之一。
17.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)經(jīng)掩膜投射該暴光輻射，從而形成該暴光圖象，該掩膜包括至少一個(gè)由獨(dú)立像素形成的區(qū)域，該像素的遮擋效果可隨意改變，由此逐個(gè)寶石或鉆石可具有投射到其上的不同的暴光圖象。
18.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該構(gòu)圖輻射和該暴光輻射經(jīng)光束分離器投射，并且該構(gòu)象經(jīng)該光束分離器觀察。
19.一種在寶石或工業(yè)鉆石上形成標(biāo)記的方法，其包括使暴光輻射經(jīng)掩膜投射到該寶石或鉆石上，以形成在其上的暴光圖象，該掩膜包括至少一個(gè)由獨(dú)立像素形成的區(qū)域，該像素的遮擋效果可隨意改變，由此逐個(gè)寶石或鉆石可具有投射到其上的不同的暴光圖象。
20.一種用于在寶石或鉆石上通過(guò)使用暴光輻射形成標(biāo)記的設(shè)備，其包括用于將圖象投射到該寶石或鉆石上的光學(xué)系統(tǒng)；用于投射該暴光輻射以便在該寶石或鉆石上形成暴光圖象的裝置；用于投射構(gòu)圖輻射以便在該寶石或鉆石上形成構(gòu)象的裝置，在形成或?qū)⒁纬梢粯?biāo)記的方面該構(gòu)圖輻射不影響所述表面；用于感測(cè)該構(gòu)象的裝置，該裝置在光路徑外側(cè)，在該構(gòu)圖輻射到達(dá)該寶石或鉆石之前該構(gòu)圖輻射緊隨該光路徑；以及用于在該寶石或鉆石上調(diào)節(jié)該構(gòu)象的定位、定向、和/或聚焦的裝置，由此在該寶石或鉆石上調(diào)節(jié)該暴光圖象的定位、定向、和/或聚焦。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，該構(gòu)象經(jīng)物鏡或透鏡系統(tǒng)被投射并且經(jīng)該物鏡或透鏡系統(tǒng)被感測(cè)。
22.如權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，其特征在于，該構(gòu)圖輻射和暴光輻射具有不同的波長(zhǎng)。
23.如權(quán)利要求21或22所述的設(shè)備，其特征在于，該物鏡或物鏡系統(tǒng)對(duì)于該構(gòu)圖輻射和暴光輻射進(jìn)行校正。
24.如權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，其特征在于，該構(gòu)圖輻射和暴光輻射具有相同的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)段，但是該構(gòu)圖輻射的強(qiáng)度低于該暴光輻射的強(qiáng)度。
25.如權(quán)利要求20-24中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該構(gòu)圖輻射在可見(jiàn)范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該構(gòu)象由肉眼觀察，以用于通過(guò)肉眼在該寶石或鉆石上調(diào)節(jié)該構(gòu)象的定位、定向、和/或聚焦。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，其包括用于由肉眼觀察該構(gòu)象的放大裝置。
28.如權(quán)利要求20-25中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括用于檢測(cè)該構(gòu)圖標(biāo)記的電子式圖象檢測(cè)器，由此提供一用于在該寶石或鉆石上調(diào)節(jié)該構(gòu)象的定位、定向、和/或聚焦的信號(hào)。
29.如權(quán)利要求20-28中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括用于保持掩膜的裝置，該光學(xué)系統(tǒng)將該掩膜的圖象投射到該寶石或鉆石上。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)顯著縮小地投射該標(biāo)記的圖象。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，該暴光圖象至多大約為該掩膜的線性尺寸的十分之一。
32.如上述權(quán)利要求29-31中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該掩膜包括至少一個(gè)由獨(dú)立像素形成的區(qū)域，該像素的遮擋效果可隨意改變，由此逐個(gè)寶石或鉆石可具有投射到其上的不同的暴光圖象。
33.一種用于在寶石或鉆石上通過(guò)使用暴光輻射形成標(biāo)記的設(shè)備，其包括包括至少一個(gè)由獨(dú)立像素形成的區(qū)域的掩膜，該像素的遮擋效果可隨意改變；以及用于將該掩膜的圖象投射到該寶石或鉆石上的光學(xué)系統(tǒng)，由此逐個(gè)寶石或鉆石可具有投射到其上的不同的暴光圖象。
34.一種在寶石或鉆石上形成標(biāo)記的方法，其包括參照如圖2所示的方式對(duì)構(gòu)象進(jìn)行定位、定向、和/或聚焦。
35.一種參照如圖2所示的方式在寶石或鉆石上對(duì)暴光圖象進(jìn)行定位、定向、和/或聚焦的設(shè)備，所述定位、定向、和/或聚焦作為用于在該寶石或鉆石上形成標(biāo)記的程序的一部分。
36.一種在其上通過(guò)如權(quán)利要求1-19和34中任一項(xiàng)所述的方法從而形成一標(biāo)記的寶石或工業(yè)鉆石。
全文摘要
為了在鉆石(7)的頂切面(7a)上形成微小的標(biāo)記，保持器或?qū)毷瘖A(11)與鉆石(7)一起旋轉(zhuǎn)，光致抗蝕劑施加在該頂切面(7a)上，該抗蝕劑通過(guò)加熱該寶石夾(11)的基部從而進(jìn)行烘焙，并且寶石夾(11)轉(zhuǎn)移到設(shè)備的工作臺(tái)(30)以便使抗蝕劑曝光?？刮g劑通過(guò)曝光輻射被曝光成具有圖案，該圖案是掩膜(35)經(jīng)物鏡(38)形成的縮小圖象。曝光輻射通過(guò)輻射源(31)進(jìn)行投射，并且在350－450nm之間。為了定位、定向和聚焦該圖象，輻射源(31)配置成投射500－550nm的光，其不影響抗蝕劑并在頂切面(7a)上形成構(gòu)象。該構(gòu)象經(jīng)物鏡(38)和光束分離器(36)在觀察面(44)處觀察。在曝光之后，抗蝕劑顯影并且該頂切面(7a)的曝光區(qū)域隨后通過(guò)等離子進(jìn)行磨銑。
文檔編號(hào)A44C17/00GK1535213SQ02808317
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2002年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者J·G·C·史密斯, K·B·蓋伊, J G C 史密斯, 蓋伊 申請(qǐng)人:杰桑企業(yè)