ФОРМИРОВАНИЕ МЕТКИ НА ДРАГОЦЕННОМ КАМНЕ ИЛИ ПРОМЫШЛЕННОМ АЛМАЗЕ Российский патент 2006 года по МПК B44C1/00 

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к формированию метки, предпочтительно микрометки, на драгоценном камне или промышленном алмазе. Термин "микрометка" в используемом здесь смысле означает очень небольшую метку на драгоценном камне или промышленном алмазе. Метка может представлять собой узнаваемую фабричную марку или товарный знак, такой, как имя, наименование или логотип розничного торговца, производителя или торгующей организации, занимающихся алмазами и ювелирными изделиями. Можно наносить метки на промышленные алмазы, некоторые из которых (подобные протяжным кольцам для проволоки) имеют шлифованные поверхности. Тем не менее изобретение в большей степени применимо в области ювелирных изделий, при этом метку наносят на одну из шлифованных граней драгоценного камня, предпочтительно на базовую грань (алмаза). Были сделаны различные предложения по образованию на драгоценных камнях или промышленных алмазах меток, которые невидимы для невооруженного глаза; таким образом, в случае драгоценного камня метка может находиться на грани, которая будет видна в оправе ювелирного изделия. Строго говоря, при большинстве практически осуществимых способов метка формируется в (а не на) поверхности вследствие того, что метка образуется за счет удаления материала (называемого фрезерованием (травлением)). Однако такие выражения, как "на поверхности", в используемом здесь смысле включают в себя такое фрезерование в соответствии с обычным языком описания.

Глубину метки главным образом регулируют таким образом, чтобы ограничить видимость метки до уровня, который не ухудшает эстетических свойств и, следовательно, ценности драгоценного камня - особенно в случае алмазов предпочтительно, чтобы метка была такой, чтобы она не снижала присущую алмазу степень чистоты. Как правило, метка должна быть невидимой для невооруженного глаза. В наиболее широком смысле метка не должна портить красоту или ухудшать внешний вид драгоценного камня с эстетической точки зрения. Существуют различные стандарты, но обычное требование состоит в том, что внутренние дефекты должны быть невидимыми при 10-кратном увеличении, при использовании невооруженного глаза с применением лупы с 10-кратным увеличением, хотя по мере того как маркирование алмазов становится более популярным, некоторая видимость (различимость) метки может быть приемлемой, в частности потому, что метки не являются точно внутренними дефектами. Например, метки, занимающие площадь до 1 мм², гравированные до глубины 25 нм или 50 нм, могут быть приемлемыми, несмотря на то, что они видны при определенных условиях освещения при 10-кратном увеличении. Значительно более глубокие метки с глубиной до 500 нм также могут быть приемлемыми. Минимальная глубина составляет приблизительно 20 или приблизительно 30 нм. Однако предпочтительно, чтобы на драгоценном камне метка была достаточно не глубокой с тем, чтобы не вызывать значительного рассеяния света из любой зоны. В патентном документе WO 97/03846 описываются размеры меток, которые могут быть сформированы. Линии, из которых сформированы метки, могут иметь отношение ширины к глубине примерно от приблизительно 20:1 до приблизительно 3000:1, но предпочтительный диапазон составляет от 50:1 до 1000:1.

Метки могут быть сформированы любым пригодным способом. Один способ заключается в использовании микролитографии, при которой грань имеет покрытие из резиста или фоторезиста, которое наносится методом центрифугирования, и/или рисунок шаблона проецируют на покрытую грань путем использования экспонирующего излучения, которое обеспечивает экспонирование резиста (обычно используют систему линз, которая существенно уменьшает размер изображения относительно шаблона), или изображение формируют на покрытой грани путем использования движущегося луча (непосредственное лучевое формирование рисунка). После этого резист проявляют для удаления заданных участков, фактически получая контактный шаблон на грани. Во время проявления экспонированные и неэкспонированные зоны резиста подвергаются проявлению с разной скоростью - при позитивном резисте именно экспонированные зоны растворяются быстрее, оставляя поверхность или грань немаскированной в экспонированных зонах. Подробное описание микролитографии имеется в работе Thomson и др. "Introduction to Microlithography" ("Введение в микролитографию"), 2-е издание (1994). После этого драгоценный камень или промышленный алмаз может быть подвергнут фрезерованию (травлению) путем использования, например, плазменного травления, как описано в патенте США 5344526 или в патентном документе WO 98/52773. Другой способ заключается в использовании излучения, которое обеспечивает непосредственную бомбардировку поверхности алмаза или драгоценного камня, при этом проецирование лучей происходит или через шаблон, или формирование рисунка происходит непосредственно на поверхности, например, как описано в патентном документе WO 97/03846.

Сущность изобретения

При проецировании рисунка шаблона на поверхность драгоценного камня или промышленного алмаза оператор должен выставить метку, например, в центре базовой грани драгоценного камня, и может быть предпочтительно сориентировать метку таким образом, чтобы, например, текст, включенный в метку, был параллелен одному из краев поверхности. Кроме того, должен быть установлен фокус экспонируемого изображения.

В патенте США 6016185 описано устройство для изготовления полупроводников и микромеханических устройств путем проецирования матрицы шаблонов при использовании технологии фрагментации изображения, при которой изображение должно иметь такой же размер, что и шаблон. Можно использовать двунаправленный оптический путь для формирования изображения метки для выставления на обрабатываемой детали на нижней поверхности шаблона. Изображение находится в неудобном месте для точной фокусировки, и устройство невозможно использовать, если имело место отрицательное увеличение (уменьшение изображения).

Целью настоящего изобретения является преодоление или частичное устранение, по меньшей мере, одного из недостатков известного уровня техники, или разработка пригодной альтернативы известным методом.

В соответствии с первым аспектом изобретения разработан способ формирования метки на драгоценном камне или промышленном алмазе. В зависимых пунктах формулы изобретения раскрыты предпочтительные и/или возможные, но необязательные признаки.

Первый аспект изобретения предусматривает способ формирования метки на драгоценном камне или промышленном алмазе, который включает в себя проецирование экспонирующего излучения на драгоценный камень или алмаз для формирования изображения на нем, получаемого экспонированием, при этом способ также включает в себя размещение, ориентирование и/или фокусировку изображения, получаемого экспонированием, путем проецирования на драгоценный камень или алмаз настроечного излучения, отличающегося от экспонирующего излучения, для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, причем настроечное излучение не оказывает такого воздействия на драгоценный камень или алмаз, которое вызывает или вызовет образование метки; настроечное изображение на драгоценном камне или алмазе считывают вне оптического пути, по которому проходит настроечное излучение перед тем, как оно достигнет драгоценного камня или алмаза, и регулируют местоположение, ориентацию и/или фокус настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, чтобы тем самым отрегулировать местоположение, ориентацию и/или фокус изображения, получаемого экспонированием.

Кроме того, в указанном способе настроечное изображение проецируют через объектив или систему линз и считывают посредством объектива или системы линз.

При этом настроечное и экспонирующее излучения имеют разные длины волн.

Кроме того, в способе по первому аспекту изобретения объектив или систему линз подвергают коррекции для настроечного излучения и для экспонирующего излучения.

При этом настроечное и экспонирующее излучения имеют

одинаковые длины волн или полосу длин волн, но настроечное излучение имеет меньшую интенсивность по сравнению с экспонирующим излучением.

Кроме того, в указанном способе метку формируют с помощью литографии, и фоторезист наносят ранее на драгоценный камень или промышленный алмаз, при этом резист является нечувствительным к указанному настроечному излучению.

При этом настроечное излучение находится в видимом диапазоне спектра.

А также настроечное изображение может наблюдаться визуально. При этом настроечное изображение считывается электронным детектором изображений.

Кроме того, настроечное изображение формируют путем проецирования настроечного излучения через шаблон, и изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон.

При этом шаблон для настройки согласно первому аспекту изобретения является, по меньшей мере, частично таким же, как шаблон для экспонирования, при этом как настроечное излучение, так и экспонирующее излучение проецируют через шаблон, и оптическую систему подвергают коррекции для настроечного излучения и для экспонирующего излучения.

При этом настроечное изображение и изображение, получаемое экспонированием, формируются посредством проецирования настроечного излучения и экспонирующего излучения через шаблон, содержащий, по меньшей мере, одну зону для настройки, которая является непроницаемой для экспонирующего излучения, но проницаемой для настроечного излучения, и, по меньшей мере, одну зону для экспонирования, которая является проницаемой для экспонирующего излучения, при этом зона для настройки образует некоторую конфигурацию для размещения, ориентирования и/или фокусировки изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе, при этом способ включает в себя проецирование настроечного излучения через шаблон для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, размещение, ориентирование и/или фокусировку указанного настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе и проецирование экспонирующего излучения через шаблон для формирования изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе, и формирование в результате этого указанной метки на драгоценном камне или алмазе.

При этом зона для экспонирования образует некоторую конфигурацию, соответствующую конфигурации метки, подлежащей формированию. Кроме того, зона для экспонирования может представлять собой зону проницаемую для экспонирующего излучения, при этом экспонирующее излучение сканируют.

Согласно способу по первому аспекту изобретения изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон с существенным уменьшением. При этом линейный размер изображения, получаемого экспонированием, составляет не более приблизительно одной десятой линейного размера шаблона.

Кроме того, изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон, при этом шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, при этом действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни или алмазы могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них.

Кроме того, согласно указанному способу настроечное и экспонирующее излучения проецируют через расщепитель лучей, и настроечное изображение видят через расщепитель лучей.

При этом экспонирующее излучение проецируется через шаблон на драгоценный камень для формирования на нем изображения, получаемого экспонированием, при этом шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них. При этом шаблон может содержать жидкокристаллические световые клапаны, а также шаблон может содержать решетку микроотражателей.

Таким образом, способ формирования метки на драгоценном камне или алмазе согласно первому аспекту изобретения может быть использован путем проецирования изображения шаблона на драгоценный камень или алмаз или на резист, находящийся на нем, или путем формирования рисунка на драгоценном камне или алмазе, или резисте путем сканирования или перемещения луча, такого, как лазерный луч (непосредственное лучевое формирование рисунка). При указанном способе экспонирующее излучение может обеспечить экспонирование резиста для последующего травления, или может обеспечить непосредственную бомбардировку поверхности драгоценного камня или алмаза. Преимуществом непосредственного лучевого формирования рисунка является то, что различные рисунки могут быть получены в резисте, и при этом отсутствует необходимость подготовки шаблона для проекционной литографии для каждого рисунка, тем самым обеспечивается возможность нанесения, например, порядковых номеров или выбора меток, подлежащих формированию на алмазе. Тем не менее настроечное изображение предпочтительно проецируют через шаблон.

Использование настроечного изображения обеспечивает простой способ размещения (точного совмещения) и ориентирования изображения, получаемого экспонированием. Кроме того, использование настроечного изображения обеспечивает хороший способ фокусировки изображения, получаемого экспонированием, например, при проецировании изображения шаблона путем использования излучения в видимой области спектра или ультрафиолетового излучения. Оператор может изменить местоположение драгоценного камня или промышленного алмаза относительно фокальной плоскости путем использования механических регулировочных устройств. Если настроечное изображение проецируется через объектив или систему линз и считывается через объектив или систему линз, очевидная ошибка фокусировки удваивается, поскольку настроечное излучение отражается назад через объектив или систему линз и поэтому проходит расстояние, равное удвоенной ошибке фокусировки; это преувеличение ошибки фокусировки позволяет установить фокус очень точно и легко. Тем не менее, существует возможность ввести, например, расщепитель луча между объективом или системой линз и драгоценным камнем или алмазом и считать изображение без пропускания его через первичный объектив или систему линз.

При реализации способа настроечное изображение может быть считано электронным детектором изображений при использовании любой пригодной длины волны для настроечного излучения, или, если настроечное излучение находится в спектральной области видимого света, настроечное изображение можно будет увидеть глазами [проконтролировать визуально]. Экспонируемая зона шаблона может образовать форму, соответствующую форме микрометки, подлежащей формированию, или может образовать метки для выставления, чтобы способствовать точному размещению изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне. В альтернативном варианте, если экспонирующее излучение сканируется, например, как в случае лазерного луча, экспонирующее излучение может быть отсканировано через экспонируемую зону, при этом осуществляется непосредственное лучевое формирование рисунка. Теоретически существует возможность иметь прозрачную зону для выставления или вообще не иметь никакого шаблона, а также сканировать настроечное излучение.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрено устройство, предназначенное для использования при формировании метки на драгоценном камне или алмазе путем применения экспонирующего излучения, содержащее

оптическую систему для проецирования изображения на драгоценный камень или алмаз,

устройства для проецирования экспонирующего излучения для формирования изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе,

устройства для проецирования настроечного излучения для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, причем настроечное излучение не оказывает такого воздействия на указанные драгоценный камень или алмаз, которое вызывает или вызовет образование метки,

устройства для считывания настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, которые находятся вне оптического пути, по которому проходит настроечное излучение перед тем, как оно достигнет драгоценного камня или алмаза, и

устройства для регулирования местоположения, и/или ориентации, и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, чтобы тем самым отрегулировать местоположение, и/или ориентацию, и/или фокус изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе.

Кроме того, в указанном устройстве настроечное изображение проецируется через объектив или систему линз и считывается посредством объектива или системы линз. При этом настроечное и экспонирующее излучения имеют разные длины волн.

А также согласно указанному устройству по второму аспекту изобретения объектив или система линз корректируется как для настроечного излучения, так и для экспонирующего излучения. При этом настроечное и экспонирующее излучения имеют одинаковую длину волны или полосу длин волн, но настроечное излучение имеет меньшую интенсивность по сравнению с экспонирующим излучением.

Кроме того, настроечное излучение находится в видимом диапазоне спектра, а также настроечное изображение можно наблюдать визуально для регулировки на глаз местоположения, и/или ориентации, и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе.

Кроме того, устройство, предназначенное для использования при формировании метки на драгоценном камне или алмазе, согласно второму аспекту изобретения может содержить увеличительное средство для визуального контроля настроечного изображения и электронный детектор изображений, предназначенный для обнаружения настроечной метки, для последующей выдачи сигнала для регулировки местоположения и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, а также средства для удерживания шаблона, при этом оптическая система предназначена для проецирования изображения шаблона на драгоценный камень или алмаз.

При этом оптическая система проецирует изображение метки с существенным уменьшением, при этом линейный размер изображения, получаемого экспонированием, составляет не более приблизительно одной десятой линейного размера шаблона.

Кроме того, согласно второму аспекту изобретения шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, при этом действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни или алмазы могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них.

При этом шаблон может содержать жидкокристаллические световые клапаны, а также может содержать решетку микроотражателей.

Согласно третьему аспекту изобретения предусмотрен

драгоценный камень или промышленный алмаз, на котором была образована метка с помощью способа по первому аспекту изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления

Изобретение будет дополнительно описано в виде примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой схематичное сечение, иллюстрирующее способ установки драгоценного камня для образования зажима;

фиг.2 представляет собой оптическую схему, иллюстрирующую способ формирования метки на драгоценном камне с помощью микролитографии; и

фиг.3 иллюстрирует пригодный настроечный шаблон для оптической системы по фиг.2.

Установка алмаза - фиг.1

На фиг.1 показана часть пресс-формы для литьевого прессования, имеющей корпус 1. Круглое кольцо 2 зажима, имеющее литники 3 для литья под давлением, установлено в выемке 1а в корпусе 1. Центрирующий палец 4, который подпружинен в направлении вверх, проходит до центра выемки 1а и несет неметаллическую вставку 5, имеющую центральное отверстие 6. В исходном положении центрирующий палец 4 будет располагаться выше, чем показано на фиг.1. К центральному отверстию 6 подводят всасывающую силу, и алмаз 7, показанный так, что его базовая грань 7а является самой верхней, помещают на верхнюю поверхность вставки 5. Полость закрывают верхней плитой 8, что обеспечивает поджим алмаза 7 вниз и заставляет нижнюю поверхность плиты 8 входить в контакт с базовой гранью 7а и выравнивать ее положение. Прекращают создавать вакуум в центральном канале 6. После этого центрирующий палец 4 фиксируют в заданном положении, и гибкий эластомер 9, такой как Elastron G 1047, вводят под давлением через основной литник 10 и в пространство между внутренней стенкой кольца 2, алмазом 7, вставкой 5 и центрирующим пальцем 4. Один литник 3 кольца 2 зажима совмещается с основным литником 10, в то время как другой литник 3 совмещается с каналом, ведущим к полости 1b сброса. Когда эластомер 9 затвердеет, верхнюю плиту 8 удаляют, центрирующий палец 4 обеспечивает выталкивание вверх зажима 11, образованного кольцом 2 и эластомером 9, и зажим 11 может быть снят с верхней поверхности центрирующего пальца 4. В случае просачивания эластомера мимо площадки 7b алмаза 7 в канал 6 вставка 5 будет сниматься вместе с зажимом 11, и ее можно будет оторвать.

Очистка

Далее алмаз 7 может быть очищен, например, посредством механической очистки с помощью щеток, смоченных в спирте, или путем перемещения алмаза 7 и зажима 11 по соответствующей ткани для чистки оптических линз или т.п. В альтернативном варианте зажим 11 может быть установлен на вакуумном патроне и приведен во вращение вокруг оси, предпочтительно перпендикулярной к базовой грани 7а алмаза 7. В этом случае может быть нанесен растворитель с последующей центробежной сушкой, механической чисткой или с использованием любого другого пригодного способа.

Нанесение резиста

Если грань подлежит травлению посредством микролитографии, зажим 11 может быть установлен на вакуумном патроне и приведен во вращение вокруг вертикальной оси, которая перпендикулярна базовой грани 7а алмаза 7 и проходит через нее. Если в зажиме 11 установлено множество алмазов 7, ось должна проходить приблизительно через центральную ось зажима 11.

Фоторезист наносят так, чтобы он покрывал, по меньшей мере, базовую грань 7а алмаза 7. Пригодным позитивным резистом является Microposit 1818, изготавливаемый Shipley Company, который представляет собой резист на основе диазонафтохинона/новолака (новолачной феноло-формальдегидной смолы). Патрон вместе с зажимом 11 и драгоценным камнем 7 вращают с высокой частотой вращения, как правило, от 4000 до 8000 оборотов в минуту в течение периода, составляющего, как правило, от 15 до 30 секунд. Это приводит к образованию пленки из резиста, имеющей равномерную толщину, на большей части базовой грани 7а алмаза, при этом указанная толщина, как правило, составляет от одного до двух микрон. Если верхняя поверхность будет непрерывной и проходить по всей базовой грани 7а алмаза, по поверхности удерживающего материала 9 и верхним поверхностям боковых стенок зажима 11, на базовой грани 7а алмаза не будет образовываться никакого натека или венчика.

Термообработка перед экспонированием

После этого резист подвергают термообработке. Типовые условия следующие: продолжительность одна минута при температуре 115°С. Такая термообработка может быть выполнена путем размещения зажима 11 в термоэлектрическом устройстве так, чтобы площадка 7b алмаза 7 находилась в слое жидкого припоя, содержащегося в наконечнике устройства. В альтернативных вариантах нагревательный эффект может быть получен с помощью горячей плиты, индукционного нагрева, нагревательного элемента, встроенного в зажим 11, пара или жидкого припоя, циркулирующего над площадкой 12, облучения базовой грани 7а инфракрасным излучением или каким-либо другим пригодным способом. Температура зажима 11 может быть измерена с помощью термопары или т.п., установленной в зажиме 11 или в контакте с ним, и это измерение обеспечивает возможность управления нагревательным средством с целью регулирования температуры. В альтернативном варианте температуру можно измерять и регулировать с помощью термоэлектрического устройства.

После термообработки подвод тепла прекращают, и зажим 11 быстро охлаждают, например, путем использования термоэлектрического устройства в качестве охладителя. Теперь алмаз 7 готов для экспонирования резиста.

Оптическое экспонирование

Зажим 11 помещают на горизонтальную плиту соответствующего оборудования для микролитографии с целью экспонирования резиста с рисунком, соответствующим метке, подлежащей формированию, например, путем проецирования шаблона на базовую грань 7а с 10-кратным уменьшением (отрицательным увеличением). Местоположение, ориентацию и фокус изображения, получаемого экспонированием, регулируют надлежащим образом, при этом базовую грань 7а удерживают строго параллельно плите оборудования и на точно определенной высоте над данной плитой. В альтернативном варианте зажим 11 можно удерживать у обращенной вниз поверхности совмещения, выполненной с отверстием, через которое базовая грань 7а может облучаться. В данном альтернативном варианте нижняя сторона кольца 2 зажима не обязательно должна быть строго параллельной базовой плоскости, образованной верхней поверхностью кольца 2 зажима, и необязательно должна располагаться на предварительно заданном расстоянии от данной плоскости под ней.

Любое пригодное излучение может быть использовано для экспонирования резиста. Для резиста Microposit 1818 пригодным является электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 350 до 450 нм. Волны с более короткой длиной позволяют получить изображение с более высоким разрешением. Экспонирование может осуществляться с одной длиной волны, например, при использовании ртутной лампы G-line при 436 нм, или с некоторым диапазоном длин волн, например, при использовании вольфрамово-галогенной лампы с защитным светофильтром.

Термообработка после экспонирования

Может оказаться предпочтительным подвергнуть резист термообработке после экспонирования. Процесс диффузии позволяет уменьшить влияние стоячих волн или интерференционные полосы в резисте. Процедура аналогична термообработке перед экспонированием, описанной выше.

Проявление

Проявление резиста может быть обычным. Используемое устройство может быть аналогичным центрифуге для распределения резиста, описанной выше.

Травление

Оборудование для плазменного травления может быть получено, например, от компании Oxford Plasma Technology (Великобритания) или от компании South Bay Technology (США). Можно использовать травление в разряде постоянного тока, но предпочтительно использовать плазму высокой частоты для избежания проблем, связанных с накоплением заряда на алмазе. Предпочтительно реактивное ионное травление, при этом алмаз устанавливают на управляемом электроде установки для травления, а не на заземляющем электроде. В одном примере алмаз "создает" отрицательное напряжение смещения относительно плазмы, составляющее, например, от 100 до 1000 Вольт. Бомбардировка ионами большой энергии из плазмы может вызвать частичное превращение инертной аллотропической модификации углерода, представляющей собой алмаз, в более химически активные формы, такие, как графит. Для окисления графита может быть подан чистый кислород или смесь кислорода и аргона, или воздух. Предпочтительная плазма состоит из 75% аргона и 25% кислорода, хотя в альтернативном варианте может быть использовано травление чистым кислородом с последующим травлением чистым аргоном для удаления поверхностного кислорода.

Извлечение

Алмаз 7 выталкивают из зажима 11 и очищают для удаления резиста.

Фиг.2 - экспонирование резиста

На фиг.2 показана оптическая система одной структуры, предназначенной для экспонирования резиста. Алмаз 7 находится в зажиме 11, при этом его базовая поверхность образована нижней стороной кольца 2 зажима. Верхняя поверхность плиты или стола 30 образует обращенную вверх поверхность совмещения. Таким образом, базовая грань 7а алмаза 7 будет точно установлена параллельно столу 30. Метка может быть образована в центре базовой грани 7а или на крае базовой грани 7а. Зажим 11 может плавно перемещаться по столу 30, и следовательно, его положение можно отрегулировать вручную, или можно отрегулировать положение и поворот стола 30.

Оптическая система имеет источник (или источники) 31 настроечного/экспонирующего излучения, апертурную диафрагму 32, используемую при настройке/экспонировании, затвор 33, отсекающий экспонирующее излучение, полевую линзу 34, используемую при настройке/экспонировании, фотошаблон 35, используемый при настройке/экспонировании, первый расщепитель 36 лучей, второй расщепитель 37 лучей, объектив 38, источник 39 освещающего излучения, апертурную диафрагму 40 для освещающего излучения, фильтр 41 для освещающего излучения (светофильтр 41), полевую линзу 42 для освещающего излучения, полевую диафрагму 42 для освещающего излучения и плоскость 44 наблюдения. Объектив 38 формирует изображение шаблона 35 в фокальной плоскости 45. Предпочтительно, чтобы объектив 38 имел одно и то же фокусное расстояние как для длин волн, используемых при настройке, так для длин волн, используемых при экспонировании, и имел хорошую коррекцию аберрации как для длин волн, используемых при настройке, так и для длин волн, используемых при экспонировании, но это не имеет решающего значения.

Источник 31 предпочтительно представляет собой лампу накаливания, такую, как вольфрамово-галогенная лампа, или газоразрядную лампу, такую, как ртутная или ксеноновая, или металлогалогенная дуговая лампа. В альтернативном варианте могут быть использованы источники пульсирующего излучения, такие, как ксеноновая импульсная лампа, или светоизлучающие диоды, или оптические квантовые генераторы (лазеры). Излучение может передаваться в точку 31 с помощью волоконного световода, светопроводящей жидкости и/или взаимодействующих конденсорных линз и зеркал. Для размещения, ориентации и фокусировки изображения на базовой грани 7а алмаза 7 (фактически на базовой плоскости 45), алмаз 7 предпочтительно освещают посредством источника 39 освещения, который формирует равномерное фоновое освещение так, что весь алмаз 7 может быть виден (в то же время при некоторых типах настроечного излучения может отсутствовать необходимость в освещении). Длина волны источника 39 освещения должна быть такой, чтобы излучение не влияло на резист, например, можно использовать излучение, имеющее длину волны, превышающую 500 нм. Светофильтр 41 гарантирует то, что резист не будет подвергаться экспонированию. Источник 31 излучения в этом случае переключают на настроечное излучение. Источник 31 излучения может содержать два различных источника света, один для настройки и один для экспонирования, и в этом случае затвор 33, отсекающий экспонирующее излучение, может не потребоваться при соответствующем управлении источниками света. В альтернативном варианте, если источник 31 излучает как настроечное, так и экспонирующее излучение, затвор 33, отсекающий экспонирующее излучение, может быть встроен таким образом, что при его закрытии он образует фильтр для блокирования экспонирующего излучения при одновременном пропускании настроечного излучения. Затвор 33, отсекающий экспонирующее излучение, может быть расположен в любом месте на траектории излучения и может быть встроен в источник 31 или в шаблон 35. Настроечное излучение обеспечивает формирование настроечного изображения шаблона 35 на базовой грани 7а алмаза. Обычно оптическая система существенно уменьшает размер изображения относительно шаблона. Настроечное изображение (и изображение, получаемое экспонированием) может быть уменьшено приблизительно на 90 процентов (10-кратное уменьшение) по сравнению с шаблоном 35. Обычно уменьшение предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 10-кратного до приблизительно 20-кратного, или до приблизительно 100-кратного. Однако возможно меньшее уменьшение, от приблизительно двукратного или приблизительно четырехкратного и выше. При визуальном контроле настроечного изображения в плоскости 44 наблюдения (которая может представлять собой плоскость окулярной сетки окуляра микроскопа) настроечное изображение размещают в соответствующем положении на базовой грани 7а алмаза и ориентируют его соответствующим образом (путем перемещения алмаза или, альтернативно, путем перемещения шаблона 35), и затем механически фокусируют. Тем не менее, в качестве альтернативного варианта электронный детектор изображений, такой, как телекамера на базе приборов с зарядовой связью, может быть размещен в плоскости 44 наблюдения, и в этом случае настроечное изображение можно будет увидеть на экране. При использовании первого расщепителя 36 лучей плоскость 44 наблюдения, в которой считывают настроечное изображение, располагается вне оптического пути, по которому проходит отрегулированное излучение, прежде чем оно достигнет алмаза 7.

Настроечное излучение не оказывает на грань драгоценного камня такого воздействия, которое бы вызвало образование метки, например, в случае использования фотолитографии настроечное излучение не должно вызывать экспонирования резиста. Для резиста Microposit 1818, указанного выше, настроечное излучение может представлять собой зеленый или желтый свет в диапазоне длин волн от 500 до 550 нм, то есть в том же диапазоне, что и освещающее излучение. Как правило, если его интенсивность является достаточно низкой, значительно более низкой по сравнению с интенсивностью экспонирующего излучения, настроечное излучение может быть таким же, как освещающее излучение. Тем не менее предпочтительно, чтобы настроечное и освещающее излучения имели разную длину волны для создания контраста - таким образом, настроечное излучение может представлять собой красный свет с длиной волны, превышающей 630 нм, в зависимости от хроматической аберрации системы линз. Каждое из настроечного, экспонирующего и освещающего излучений может содержать некоторую полосу длин волн.

Как только местоположение и ориентация будут настроены и фокус установлен, источник 31 излучения переключают на экспонирующее излучение, или затвор 33, отсекающий экспонирующее излучение, открывают на предварительно заданное время. Экспонирующее излучение обеспечивает экспонирование резиста.

Полевая линза 34 для экспонирующего излучения обеспечивает даже освещение шаблона 35 путем направления изображения апертурной диафрагмы 32 для экспонирования во входной зрачок объектива 38, тем не менее для достижения того же эффекта могут быть использованы другие устройства. Путем изменения размера апертурной диафрагмы 32 для экспонирования можно регулировать пространственную когерентность освещения, тем самым изменяя качество получаемого изображения.

Объектив 38 может представлять собой хорошо скорректированный объектив микроскопа, например, с 10-кратным или 20-кратным увеличением, но вместо этого могут быть использованы другие типы линз, включая те, которые включают в себя отражательные элементы. Объектив 38 может иметь поле зрения, которое является слишком малым для обеспечения возможности наблюдения всей базовой грани 7а алмаза. В этом случае в систему может быть включен дополнительный объектив с меньшей оптической силой, например, с 5-кратным увеличением, с соответствующим механизмом, таким, как турель микроскопа, предназначенным для перемещения его на траекторию излучения и в сторону от данной траектории.

При необходимости вторая линза (не показанная) может быть установлена между шаблоном 35, используемым при экспонировании, и первым расщепителем 36 лучей таким образом, чтобы обеспечить пропускание параллельных лучей через расщепители 36, 37 лучей и тем самым добиться лучших оптических характеристик в расщепителях 36, 37 лучей.

Датчик, такой, как кремниевый фотодиод, может быть включен в систему для измерения количества экспонирующего излучения, попадающего на базовую грань 7а алмаза, для задания времени экспонирования для получения предварительно заданной дозы экспонирующего излучения.

Фиг.3 - первый шаблон

Фотошаблон 35 может быть выполнен в виде стеклянного диска или фотографической пленки с, по существу, непрозрачным покрытием, или пленки с прозрачными зонами, образованными в тех местах, где должна быть сформирована метка, при использовании позитивного резиста. При использовании негативного резиста контраст является обратным. Поскольку изображение шаблона уменьшается по размеру, влияние зернистости пленки уменьшается, так что она является несущественной для изображения.

Шаблон 35, показанный в качестве примера, предназначен для формирования на алмазе метки "TEST 1234" и имеет элементы для выставления, предназначенные для выставления относительно угловой зоны базовой грани 7а алмаза.

Черные линии представляют собой части, которые пропускают излучение. Край базовой грани 7а показан штрихпунктирными линиями. Элемент "TEST 1234" пропускает, по меньшей мере, экспонирующее излучение.

Линии 51, 52, 53 для выставления и кривые 54, 55 для выставления пропускают настроечное излучение, но не пропускают экспонирующее излучение. Линии и кривые 51-55 для выставления могут быть получены с помощью жидкокристаллического дисплея, образующего часть шаблона 35. В качестве альтернативного варианта можно использовать координатную сетку в плоскости 44 наблюдения, например, сетку окуляра микроскопа с перекрестием нитей, если метка должна находиться в центре базовой грани 7а алмаза.

При наличии настроечного изображения на базовой грани 7а алмаза элемент "TEST 1234" фокусируют путем использования стандартного фокусирующего устройства (не показанного). После этого угол базовой грани 7а размещают на линии 37 и вручную перемещают вверх в направлении центра изображения. Стандартные микрометрические регулировки по направлениям х и y могут быть предусмотрены для точной регулировки изображения относительно базовой грани 7а алмаза. Если алмаз 7 имеет базовую грань 7а в виде правильного восьмиугольника с углами при вершинах, составляющими 135°, края базовой грани 7а совмещают с линиями 51, 53; в этом случае настроечное изображение будет соответствующим образом размещено и сориентировано. Если алмаз не имеет угла 135° в угловой зоне, края базовой грани 7а могут быть "введены в контакт" с кривыми 54, 55, при этом угол грани будет находиться на линии 52 или на продолжении линии 52.

Фотошаблон 35 может быть заменен между операциями экспонирования, так, что, например, порядковые номера могут быть нанесены. Это изменение может быть выполнено путем использования последовательности фотографических изображений в качестве шаблонов, или в альтернативном варианте фотошаблон 35 может быть регулируемым (изменяемым по желанию), так что его "маскирующее" действие аналогичным образом может быть изменено по желанию. Таким образом, следующие один за другим алмазы 7 могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них, и могут иметь различные метки, образованные на них. Шаблон может включать в себя подвижные или изменяемые элементы в виде чисел или отдельных элементов изображения, которые могут регулироваться. Таким образом, шаблон 35 может содержать, по меньшей мере, зону, образованную с помощью пространственного модулятора света, или отдельные элементы изображения (пиксели), "маскирующее" действие которых можно изменять по желанию. Такие устройства, как жидкокристаллические световые клапаны или жидкокристаллический пространственный модулятор света (для которого может потребоваться поляризатор), или решетки микроотражателей (которые должны быть очень стабильными (устойчивыми), но к которым не предъявляется требование поляризованного света и результирующих потерь), могут взаимодействовать с фотошаблоном 35. Такие устройства не обязательно должны быть физически расположены в плоскости, занимаемой фотошаблоном 35, поскольку система линз для формирования изображения может быть использована для формирования изображения устройства в плоскости фотошаблона 35. Если используется решетка микроотражателей или другой шаблон отражательного типа, система 31-34 освещения должна быть выполнена так, чтобы обеспечить освещение шаблона в отраженном свете. В качестве примера изменения "маскирующего" эффекта на иллюстрации по фиг.3 слово "TEST" может образовывать постоянную часть шаблона 35, а цифры "1234" - порядковый номер, который возрастает для каждого маркируемого алмаза 7.

Второй шаблон

Настроечное излучение и/или экспонирующее излучение может быть отсканировано на базовую грань 7а алмаза вместо использования физического шаблона, при этом управление сканерами осуществляется с помощью программируемого устройства, такого, как компьютер. Как правило, может быть предпочтительным сканировать экспонирующее излучение, но использовать шаблон для настроечного излучения, при этом в данном случае шаблон может быть проницаемым для экспонирующего излучения, но непроницаемым для настроечного излучения, за исключением тех мест, где он вырезан с целью получения настроечного изображения, например, для получения рисунков для размещения, выставления, ориентирования и фокусировки. В данном случае подлинный рисунок, подлежащий маркированию, не используется для настройки, и используются специальные метки для выставления.

Если во всем описании и формуле изобретения контекст четко не требует иного, термины "содержать (comprise)", "содержащий (comprising)" и т.п. следует рассматривать как включающие, в противоположность терминам, имеющим значение исключающих или исчерпывающих; то есть в смысле "включающий в себя, но не ограниченный [чем-то]".

Несмотря на то, что изобретение было описано применительно к драгоценному камню или промышленному алмазу, изобретение более широко применимо для образования микрометки на поверхности любой соответствующей обрабатываемой детали, такой, как полупроводниковая интегральная схема.

Любое рассмотрение известного уровня техники в описании ни в коем случае не должно расцениваться как признание того, что такой предшествующий уровень техники широко известен или образует часть общеизвестных знаний в данной области.

Настоящее изобретение было описано выше исключительно в виде примера, и модификации могут быть выполнены в пределах объема и существа изобретения, которое охватывает эквиваленты описанных признаков приложенной формулы изобретения.

Для образования микрометки на базовой грани алмаза держатель или зажим с алмазом подвергают центрифугированию, фоторезист наносят на базовую грань, резист подвергают термообработке путем нагрева основания зажима, и зажим перемещают на стол устройства для экспонирования резиста. Резист экспонируют путем использования экспонирующего излучения с рисунком, который представляет собой уменьшенное изображение шаблона, при этом экспонирующее излучение проходит через объектив. Экспонирующее излучение проецируют с помощью источника излучения, и длина волны может составлять от 350 до 450 нм. Чтобы обеспечить размещение, ориентирование и фокусировку изображения, источник излучения настраивают так, чтобы проецировать излучение в диапазоне длин волн от 500 до 550 нм, которое не воздействует на резист, образуют настроечное изображение на базовой грани, настроечное изображение наблюдают в плоскости наблюдения посредством объектива и расщепителя лучей. После экспонирования резист проявляют, и экспонированную зону базовой грани затем подвергают травлению путем использования плазмы. Данные изобретения позволяют упростить и ускорить процесс нанесения различных меток на драгоценные камни, а также снизить расходы, связанные с нанесением меток на драгоценные камни. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования метки на драгоценном камне или промышленном алмазе, который включает в себя проецирование экспонирующего излучения на драгоценный камень или алмаз для формирования изображения на нем, получаемого экспонированием, при этом способ также включает в себя размещение, ориентирование и/или фокусировку изображения, получаемого экспонированием, путем проецирования на драгоценный камень или алмаз настроечного излучения, отличающегося от экспонирующего излучения, для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, причем настроечное излучение не оказывает такого воздействия на драгоценный камень или алмаз, которое вызывает или вызовет образование метки; настроечное изображение на драгоценном камне или алмазе считывают вне оптического пути, по которому проходит настроечное излучение перед тем, как оно достигнет драгоценного камня или алмаза, и регулируют местоположение, ориентацию и/или фокус настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, чтобы тем самым отрегулировать местоположение, ориентацию и/или фокус изображения, получаемого экспонированием.2. Способ по п.1, в котором настроечное изображение проецируют через объектив или систему линз и считывают посредством объектива или системы линз.3. Способ по п.1 или 2, в котором настроечное и экспонирующее излучения имеют разные длины волн.4. Способ по п.3, в котором объектив или систему линз подвергают коррекции для настроечного излучения и для экспонирующего излучения.5. Способ по п.1 или 2, в котором настроечное и экспонирующее излучения имеют одинаковые длины волн или полосу длин волн, но настроечное излучение имеет меньшую интенсивность по сравнению с экспонирующим излучением.6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором метку формируют с помощью литографии, и фоторезист наносят ранее на драгоценный камень или промышленный алмаз, при этом резист является нечувствительным к указанному настроечному излучению.7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором настроечное излучение находится в видимом диапазоне спектра.8. Способ по п.7, в котором настроечное изображение наблюдают визуально.9. Способ по любому из пп.1-7, в котором настроечное изображение считывается электронным детектором изображений.10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором настроечное изображение формируют путем проецирования настроечного излучения через шаблон, и изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон.11. Способ по п.10, в котором шаблон для настройки является, по меньшей мере, частично таким же, как шаблон для экспонирования, при этом как настроечное излучение, так и экспонирующее излучение проецируют через шаблон, и оптическую систему подвергают коррекции для настроечного излучения и для экспонирующего излучения.12. Способ по любому из пп.1-9, в котором настроечное изображение и изображение, получаемое экспонированием, формируются посредством проецирования настроечного излучения и экспонирующего излучения через шаблон, содержащий, по меньшей мере, одну зону для настройки, которая является непроницаемой для экспонирующего излучения, но проницаемой для настроечного излучения, и, по меньшей мере, одну зону для экспонирования, которая является проницаемой для экспонирующего излучения, при этом зона для настройки образует некоторую конфигурацию для размещения, ориентирования и/или фокусировки изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе, при этом способ включает в себя проецирование настроечного излучения через шаблон для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, размещение, ориентирование и/или фокусировку указанного настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе и проецирование экспонирующего излучения через шаблон для формирования изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе, и формирование в результате этого указанной метки на драгоценном камне или алмазе.13. Способ по п.12, в котором зона для экспонирования образует некоторую конфигурацию, соответствующую конфигурации метки, подлежащей формированию.14. Способ по п.12, в котором зона для экспонирования представляет собой зону, проницаемую для экспонирующего излучения, при этом экспонирующее излучение сканируют.15. Способ по любому из пп.1-13, в котором изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон с существенным уменьшением.16. Способ по п.15, в котором линейный размер изображения, получаемого экспонированием, составляет не более приблизительно одной десятой линейного размера шаблона.17. Способ по любому из пп.1-9 или 13-16, в котором изображение, получаемое экспонированием, формируют путем проецирования экспонирующего излучения через шаблон, при этом шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, при этом действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни или алмазы могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них.18. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором настроечное и экспонирующее излучения проецируют через расщепитель лучей, и настроечное изображение видят через расщепитель лучей.19. Способ формирования метки на алмазе по любому из пп.1-18, в котором экспонирующее излучение проецируется через шаблон на драгоценный камень для формирования на нем изображения, получаемого экспонированием, при этом шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них.20. Способ по п.19, в котором шаблон содержит жидкокристаллические световые клапаны.21. Способ по п.19, в котором шаблон содержит решетку микроотражателей.22. Устройство, предназначенное для использования при формировании метки на драгоценном камне или алмазе путем применения экспонирующего излучения, содержащее оптическую систему для проецирования изображения на драгоценный камень или алмаз, устройства для проецирования экспонирующего излучения для формирования изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе, устройства для проецирования настроечного излучения для формирования настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, причем настроечное излучение не оказывает такого воздействия на указанные драгоценный камень или алмаз, которое вызывает или вызовет образование метки, устройства для считывания настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, которые находятся вне оптического пути, по которому проходит настроечное излучение перед тем, как оно достигнет драгоценного камня или алмаза, и устройства для регулирования местоположения и/или ориентации и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе, чтобы тем самым отрегулировать местоположение и/или ориентацию и/или фокус изображения, получаемого экспонированием, на драгоценном камне или алмазе.23. Устройство по п.22, в котором настроечное изображение проецируется через объектив или систему линз и считывается посредством объектива или системы линз.24. Устройство по п.22 или 23, в котором настроечное и экспонирующее излучения имеют разные длины волн.25. Устройство по п.24, в котором объектив или система линз корректируется как для настроечного излучения, так и для экспонирующего излучения.26. Устройство по п.22 или 23, в котором настроечное и экспонирующее излучения имеют одинаковую длину волны или полосу длин волн, но настроечное излучение имеет меньшую интенсивность по сравнению с экспонирующим излучением.27. Устройство по любому из пп.22-26, в котором указанное настроечное излучение находится в видимом диапазоне спектра.28. Устройство по п.27, в котором настроечное изображение можно наблюдать визуально для регулировки на глаз местоположения и/или ориентации и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе.29. Устройство по п.28, которое содержит увеличительное средство для визуального контроля настроечного изображения.30. Устройство по любому из пп.22-27, которое содержит электронный детектор изображений, предназначенный для обнаружения настроечной метки, для последующей выдачи сигнала для регулировки местоположения и/или фокуса настроечного изображения на драгоценном камне или алмазе.31. Устройство по любому из пп.22-29, которое содержит средства для удерживания шаблона, при этом оптическая система предназначена для проецирования изображения шаблона на драгоценный камень или алмаз.32. Устройство по п.31, в котором оптическая система проецирует изображение метки с существенным уменьшением.33. Устройство по п.32, в котором линейный размер изображения, получаемого экспонированием, составляет не более приблизительно одной десятой линейного размера шаблона.34. Устройство по любому из пп.31-33, в котором шаблон содержит, по меньшей мере, некоторую зону, образованную отдельными элементами изображения, при этом действие шаблона указанных отдельных элементов изображения можно изменять по желанию, в результате чего следующие один за другим драгоценные камни или алмазы могут иметь различные изображения, полученные экспонированием и спроецированные на них.35. Устройство по любому из пп.31-34, в котором шаблон содержит жидкокристаллические световые клапаны.36. Устройство по любому из пп.31-34, в котором шаблон содержит решетку микроотражателей.37. Драгоценный камень или промышленный алмаз, на котором была образована метка с помощью способа по любому из пп.1-21.