МАРКИРОВАНИЕ АЛМАЗА Российский патент 2003 года по МПК B44B7/00 B28D5/00 

Предыдущий уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу маркирования поверхности алмаза для получения маркировки, которая невидима невооруженным глазом. Маркировка может представлять собой любой знак, но изобретение конкретно направлено на нанесение на алмаз информационной маркировки, хотя изобретение не ограничивается такой маркировкой. Алмаз может быть, например, промышленно изготовленным алмазом, таким как в форме вытянутой проволоки, хотя изобретение представляет особый интерес для маркирования ювелирных алмазов, например, для нанесения маркировки, которая невидима невооруженным глазом или невидима глазом с помощью лупы с 10-кратным увеличением, когда маркировка может наноситься на отшлифованную грань драгоценного камня, не нарушая его чистоты или цвета. Когда используется лупа, то внешний вид оценивается по международным принятым параметрам для классификации чистоты, т.е. при использовании 10-кратной ахроматической, апланатической лупы при нормальном свете, являющемся белым диффузным светом, а не светом в виде пятна. Маркировка может использоваться для индивидуальной идентификации драгоценного камня с помощью порядкового номера или в виде знака сорта или качества. Обычно маркировка должна быть видна при соответствующем увеличении и условиях обзора, и будучи нанесенной на драгоценный камень, она не должна умалять стоимость или внешний вид камня и предпочтительно не должна давать чернение.

В патенте США 4 425 769 описано маркирование поверхности драгоценного камня путем нанесения на поверхность драгоценного камня фоторезистивной смолы, нанесения фотографической пленки на фоторезистивный слой, экспонирования фоторезиста через фотографическую пленку, обработки фоторезиста путем травления и затем травления поверхности драгоценного камня в вакуумной камере с помощью катодной бомбардировки ионизированным газом. Нанесенные маркировочные знаки обычно имеют довольно плохое разрешение, и на нанесение этих знаков (маркировки) требуется значительное количество времени.

В WО 97/03846 дано подробное описание характера маркировок, которые могут быть нанесены, и описано нанесение маркировок путем облучения ювелирного алмаза излучением ультрафиолетового лазера с использованием проекционного шаблона.

Обычно желательно выполнять маркировку с улучшенным разрешением и уменьшенным временем, требующимся для нанесения этой маркировки, так чтобы, например, порядковые номера можно было наносить, используя совокупность или последовательность шаблонов.

Согласно изобретению на поверхность алмаза наносится слой резиста, выбранная зона слоя резиста подвергается абляции для формирования маски на поверхности алмаза, и поверхность алмаза протравливается через эту маску, причем на слой резиста наносится электропроводящий слой и обеспечивается электрическое соединение с этим электропроводящим слоем для препятствования накопления заряда во время травления. Изобретение распространяется на алмаз, поверхность которого маркируется с помощью этого способа, и на устройство для осуществления этого способа.

Предпочтительным видом травления является плазменное травление. Для плазменного травления предпочтительно иметь электропроводящий слой, например металлический, и обеспечивать электрическое соединение с этим слоем для препятствования накоплению заряда на алмазе, тогда резист может быть не электропроводящим. Слой металла может быть, например, слоем золота, например, толщиной приблизительно 0,1 микрона. Не требуется наносить его на весь слой резиста, он может наноситься только на область, достаточно большую для того, чтобы препятствовать накоплению заряда во время плазменного травления. Если имеется сформированная таким образом двухслойная маска, то для абляции ее отдельных слоев могут потребоваться различные условия, но обычно оба слоя подвергаются абляции по существу одновременно. Обнаружено, что электропроводящий слой эффективно сохраняется на резисте вокруг зоны, подвергаемой абляции, и, следовательно, он препятствует накоплению заряда во время плазменного травления, несмотря на то, что абляционная зона остается свободной от металла. Металл должен иметь порог абляции, не превышающий порог абляции для резиста. Металл, такой как золото, не может использоваться на самом себе в качестве резиста, потому что он не дает достаточно высокого разрешения, абляция происходит слишком легко и остаются плохо определенные края (размытый контур). Более того, если используется более толстый слой металла, такого как, например, золото, то существует опасность, что металл будет распыляться и повторно осаждаться в абляционной зоне.

Может быть использована полностью сухая технология (без этапов химического травления или стравливания (снятия покрытия)), хотя может потребоваться мокрая очистка после плазменного травления для того, чтобы удалить маску, но это не критический этап, требующий регулируемых условий. Двухслойная маска может обеспечить значительно улучшенное разрешение (особенно в отношении технологии лазерного травления, описанной в WO 97/03846), и по сравнению с WO 97/03846 требуется меньшее число импульсов при применении лазерной абляции, например, используя примерно 20 импульсов или менее, скажем, 10 импульсов вместо 500 импульсов, что делает ее практичной для получения последовательных номеров, используя последовательность масок (шаблонов), по одной для каждого номера, на этапе абляции резиста. Абляция может быть выполнена, используя технологию проецирования через шаблон, а может быть выполнена путем прямого "письма" лучом.

Резист может быть любым подходящим резистом, например пластиковый (полимерный) резист. Толщина слоя резиста может быть, например, не меньше чем примерно 0,5 микрона и/или не более чем примерно 1 микрон.

Обычно предпочтительно, чтобы плазменное травление было на глубину не менее чем примерно 10 нм и/или не более чем примерно 70 нм, более предпочтительно не менее чем примерно 20 нм и/или не более чем примерно 50 нм, подходящее значение составляет примерно 30 нм.

В качестве альтернативы плазменному травлению алмаз, экспонированный с помощью маски, может протравливаться с использованием широкого ионного пучка для превращения его в графит или другую форму углерода, не являющуюся алмазом, который затем может удаляться путем, например, очистки с помощью кислоты.

Изобретение особенно полезно при способах травления, которые приводят к зарядке (поверхности).

Пример
Ювелирный алмаз устанавливается в держателе (или несколько ювелирных алмазов могут быть установлены таким образом). На открытую поверхность алмаза наносится слой непроводящего полимерного резиста, который может травиться с помощью плазмы, наносится слой резиста, например, путем центрифугирования с использованием, например, фоторезиста Novalac или путем испарения. Толщина слоя резиста составляет 0,5-1 микрон.

Слой золота толщиной примерно 0,1 микрона наносится на слой резиста, по меньшей мере, на часть маркируемой грани.

На слоях резиста и золота путем лазерной абляции формируется рисунок с помощью примерно 10 импульсов, в результате остается чистая поверхность алмаза. Длина волны лазерного излучения выбирается так, чтобы получить наилучшие результаты для выбранного резиста, причем более короткие длины волн позволяют получить лучшее разрешение, чем при более длинных длинах волн. Могут использоваться длины волн 248 нм или другие, но предпочтительная длина волны 193 нм.

При использовании держателя обеспечивается электрическое соединение с металлическим слоем и алмаз подвергается плазменному травлению стандартным способом, предпочтительно при парциальном давлении кислорода. Зоны грани, не защищенные резистом, протравливаются на глубину примерно 30 нм, обеспечивая чистое травление без видимого зачернения. Электрическое соединение с металлическим слоем препятствует накоплению заряда на поверхности.

Камень или камни снимаются с держателя. Маска удаляется с помощью мокрой очистки.

Устройство, используемое для лазерной абляции, может быть аналогичным устройству, которое показано на фиг.2 WO 97/03846.

Настоящее изобретение было описано с помощью примера, но в рамках изобретения могут быть выполнены различные модификации.

Изобретение относится к области нанесения маркировок и касается способа маркирования поверхности алмаза для получения на ней маркировки, которая невидима невооруженным глазом, включающего нанесение на упомянутую поверхность слоя резиста, осуществление абляции выбранной зоны слоя резиста для формирования маски на поверхности алмаза и травление поверхности алмаза через маску для маркирования поверхности алмаза, при этом перед абляцией выбранной зоны резиста на упомянутый слой резиста наносят электропроводящий слой и обеспечивают электрическое соединение с электропроводящим слоем во время травления для предотвращения накопления заряда во время травления. Данный способ позволяет повысить разрешение маркировки. 2 с. и 14 з.п. ф-лы.

1. Способ маркирования поверхности алмаза для получения на ней маркировки, которая невидима невооруженным глазом, включающий нанесение на упомянутую поверхность слоя резиста, осуществление абляции выбранной зоны слоя резиста для формирования маски на поверхности алмаза и травление поверхности алмаза через маску для маркирования поверхности алмаза, отличающийся тем, что перед абляцией выбранной зоны резиста на упомянутый слой резиста наносят электропроводящий слой и обеспечивают электрическое соединение с электропроводящим слоем во время травления для предотвращения накопления заряда во время травления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя резиста составляет примерно 0,5-1 мкм. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что электропроводящий слой выполнен из металла. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что слой резиста является неэлектропроводящим. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что толщина электропроводящего слоя составляет примерно 0,1 мкм. 6. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что выбранная зона слоя подвергается абляции, используя лазерную абляцию. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что для лазерной абляции используют примерно 20 импульсов или меньше. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поверхность алмаза травится на глубину примерно 15-70 нм. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поверхность алмаза травится на глубину примерно 20-50 нм. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поверхность алмаза травится путем плазменного травления. 11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что поверхность алмаза травится с использованием широкого ионного пучка. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на алмаз наносится информационная маркировка. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесенная маркировка невидима для глаза при использовании лупы с 10-кратным увеличением. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что алмаз представляет собой драгоценный камень. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что маркировка наносится на отшлифованную грань драгоценного камня. 16. Алмаз, на поверхности которого имеется маркировка, невидимая невооруженным глазом и которая нанесена с помощью способа по любому из предыдущих пунктов.