專利名稱：用于為制造微結(jié)構(gòu)的激光設(shè)備制造掩膜的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求I和14的前序部分的用于為產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的激光設(shè)備制造掩膜和/或光闌的方法和裝置。為了簡(jiǎn)化，此后將僅涉及掩膜，但該術(shù)語在本文中還包括光闌。
背景技術(shù)：
如例如本發(fā)明的申請(qǐng)人所有的WO 2007/012215中公開的，在特定的激光設(shè)備中，根據(jù)掩膜投影技術(shù)產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)。所述激光可以是例如具有248納米(nm)的波長(zhǎng)的KrF受激準(zhǔn)分子激光。以這種激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)的掩膜投影技術(shù)要求可以布置在改變器裝置中的掩膜和光闌組合。
掩膜用于成形激光束的預(yù)定的強(qiáng)度剖面(profile)，并且由此僅在掩膜表面的特定部分中傳輸所述激光束。因此，當(dāng)以高能激光照射時(shí)，所述掩膜承受高應(yīng)力，該高應(yīng)力可以導(dǎo)致變形和高度磨損。為了避免這種變形和高度磨損，激光輻射可以通過掩膜表面的非傳輸區(qū)域，存在以下可能性吸收、反射或散射。對(duì)于第一種可能性，可以在這些區(qū)域中應(yīng)用漆涂層，但其不能長(zhǎng)時(shí)間抵擋應(yīng)力。這同樣適用于光學(xué)平版印刷木。對(duì)于第二種可能性，例如，電介質(zhì)鏡面可以沉積在期望的位置中。然而，這種技術(shù)是要求非?？量痰?。為了制造散射區(qū)域，目前本領(lǐng)域公知的是蝕刻技木，但是蝕刻技術(shù)非常不精確。如果掩膜用于產(chǎn)生例如光的有效衍射光柵和類似的微結(jié)構(gòu)，則上述缺點(diǎn)特別適用。具有低透明度的區(qū)域的相當(dāng)粗糙的形成的這種嚴(yán)重缺陷同樣應(yīng)用于根據(jù)JP 2002-011589A的由噴沙制成的粗加工表面。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種用于制造掩膜和光闌的方法和裝置，所述掩膜和光闌高度耐磨、尺寸穩(wěn)定、并且適合用于為產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的激光設(shè)備中。該目標(biāo)由根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法實(shí)現(xiàn)并且由根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置實(shí)現(xiàn)。根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法制造的掩膜和光闌特別適于產(chǎn)生光的有效衍射光柵，所述光的有效衍射光柵產(chǎn)生高亮度的光譜顏色，并且基于所述光譜顏色，產(chǎn)生高顏色強(qiáng)度的混合顔色。現(xiàn)有技術(shù)的衍射光柵是凹槽和肋狀光柵，并且在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的第二個(gè)目的是使用根據(jù)權(quán)利要求I制造的掩膜和光闌以產(chǎn)生衍射光柵，所述衍射光柵基于光線照射而提供更高的顏色強(qiáng)度和更純粹的光譜顏色。該目的根據(jù)權(quán)利要求5實(shí)現(xiàn)。


此后將參考示例性實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖，所述裝置具有兩個(gè)激光設(shè)備以直接在固體表面上產(chǎn)生衍射光柵陣列，
圖2示出了通過掩膜和光闌組合成形激光射束強(qiáng)度，圖3以截面圖示出了優(yōu)選的閃耀光柵結(jié)構(gòu)，圖4示出了用于產(chǎn)生圖3中的閃耀光柵結(jié)構(gòu)的第一掩膜，圖5示出了用于產(chǎn)生圖3中的閃耀光柵結(jié)構(gòu)的第二掩膜，圖6示出了具有柱狀物或盲孔光柵形式的另ー種衍射光柵，所述柱狀物或盲孔光柵具有矩形柱狀物或凹陷的橫截面，圖7示出了具有相關(guān)聯(lián)的顔色像素的衍射光柵陣列，以及圖8示出了子區(qū)域，該子區(qū)域不再是人類的眼睛可分辨的，并且由多個(gè)不同的顏色像素區(qū)域構(gòu)成。
具體實(shí)施例方式在圖I中，示出用于通過兩個(gè)激光器設(shè)備制作衍射光柵的裝置，其中，圖中左面的一個(gè)是適用制作例如閃耀光柵陣列的受激準(zhǔn)分子激光器設(shè)備，右面的激光器設(shè)備是一方面用于制作用于制作光柵結(jié)構(gòu)的掩模和/或光闌并且另一方面適于制作直接起作用的波紋光柵結(jié)構(gòu)或重疊通過受激準(zhǔn)分子激光制作的光柵結(jié)構(gòu)與基于波紋之間的間隔的變化的第ニ光柵結(jié)構(gòu)的飛秒或皮秒激光器設(shè)備。包括具有248納米(nm)的波長(zhǎng)的KrF受激準(zhǔn)分子激光的第一激光器設(shè)備LI用于根據(jù)掩模投影技術(shù)在固態(tài)表面中產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)，并且，包括具有775nm的中心波長(zhǎng)或其兩倍或三倍頻率波長(zhǎng)的飛秒激光器15的第二激光器設(shè)備L2用于根據(jù)聚焦技術(shù)在固體表面中制作例如波紋光柵結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)或者制作掩模。出于本申請(qǐng)的目的，術(shù)語“固體”意味著可通過激光制作的表面微結(jié)構(gòu)衍射光柵的任何基板，例如，玻璃、由玻璃或藍(lán)寶石、陶瓷、適當(dāng)?shù)暮铣刹牧现瞥傻谋聿Ａ?，并且主要有珠寶或硬幣上的金屬表面，特別地，還有諸如用于壓紋封裝箔以及有機(jī)固體的壓紋模具和壓紋板的壓紋工具的硬材料涂敷表面。表面可事先被預(yù)處理、化學(xué)處理或機(jī)械處理，并被構(gòu)建。作為硬材料涂層，例如，可設(shè)想四重鍵合非晶碳(ta-C )、碳化鎢(WC )、碳化硼(B4C )、碳化硅(SiC)或類似的硬材料。微結(jié)構(gòu)可以例如為具有I 2μπι的光柵周期的所謂的閃耀光柵，并且，納米結(jié)構(gòu)可以例如為用作光學(xué)衍射光柵的具有300nm IOOOnm的周期的自組織波紋結(jié)構(gòu)。如以下解釋的那樣，通過光照射時(shí)的衍射產(chǎn)生角度依賴分散即光譜顔色分離的衍射光學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)的任何周期陣列是可能的。在圖I中，表示作為其射束2在這里具有矩形斷面的第一激光器的受激準(zhǔn)分子激光器I?？赏ㄟ^衰減器3調(diào)整和改變?cè)摷す馐膹?qiáng)度。通過均化器3A和物鏡3B，在均勻的斑點(diǎn)HS中產(chǎn)生跨著激光束斷面的均勻強(qiáng)度分布。制作微結(jié)構(gòu)所需要的跨著激光束斷面的強(qiáng)度輪廓通過位于均勻的斑點(diǎn)HS中的掩模18從該均勻的強(qiáng)度分布被整形。配置在掩模后面并優(yōu)選與其接觸的光闌6中的開ロ的幾何形狀產(chǎn)生通過掩模18整形的激光束的強(qiáng)度輪廓的斷面幾何或輪廓形狀。掩模18和光闌6位于掩模和光闌改變器裝置中。作為KrF受激準(zhǔn)分子激光器的替代，可以使用具有193nm的波長(zhǎng)的ArF受激準(zhǔn)分子激光器、具有157nm的波長(zhǎng)的氟石(F2)激光器或具有308nm的波長(zhǎng)的XeCl受激準(zhǔn)分子激光器作為第一激光器I。
作為飛秒激光器的替代，可以使用具有1064nm的波長(zhǎng)或530nm的其雙倍頻率波長(zhǎng)或266nm的其三倍頻率波長(zhǎng)的Nd = YAG型的皮秒激光器作為第二激光器15。通過圖2也示出的掩模18和光闌6整形的激光束入射到通過適當(dāng)?shù)某上窆鈱W(xué)器件8引導(dǎo)光束的偏轉(zhuǎn)鏡7上，該成像光學(xué)器件8以例如8:1的預(yù)定的成像比例將微結(jié)構(gòu)的適當(dāng)?shù)募す鈴?qiáng)度輪廓成像到壓紋輥10上的ta-C層的表面9上。通過旋轉(zhuǎn)箭頭11，表示壓縮輥10可通過預(yù)定的角度沿其縱軸旋轉(zhuǎn)。壓縮輥10被配置于位移裝置32上。為了調(diào)整、監(jiān)視和穩(wěn)定化激光束的功率和強(qiáng)度，小部分的激光束通過束分離器4被引到傳輸用于控制衰減器3和/或激光器I的數(shù)據(jù)的功率計(jì)5上?？蓪?duì)于由圖I中的雙箭頭表示的激光束強(qiáng)度輪廓測(cè)量裝置5A選擇性地交換該功率計(jì)5。為了能夠正確地測(cè)量均勻斑點(diǎn)HS中即掩模面中的激光束的功率和強(qiáng)度分布，在到束分離器4的距離與位于均勻斑點(diǎn)HS中的掩模18相同的距離上設(shè)置裝置5和5A。照相機(jī)26用于觀察微結(jié)構(gòu)處理。因而，偏轉(zhuǎn)鏡7具有反射248nm波長(zhǎng)的受激準(zhǔn)分子激光照射但透過可見光的干涉層設(shè)備。
為了將通過成像光學(xué)器件8成像的激光束的成像面的精確確定的位置調(diào)整到要在壓紋輥10的整個(gè)表面區(qū)域上構(gòu)建的ta-c層上，通過用于壓紋輥的位置檢查的裝置16，例如，通過三角測(cè)量方法，測(cè)量壓縮輥從理想的幾何位置的位置和制造相關(guān)偏離。這些測(cè)量數(shù)據(jù)然后被用于通過位移裝置32的壓縮輥10的自動(dòng)調(diào)整，并被用于構(gòu)建過程中的位移裝置32的X軸的校正控制。如在根據(jù)圖I的示例性實(shí)施例的描述中簡(jiǎn)要提到的那樣，通過掩模和光闌整形根據(jù)掩模投影技術(shù)的受激準(zhǔn)分子激光構(gòu)建處理所需要的強(qiáng)度輪廓。以下參照?qǐng)D2更詳細(xì)地描述該處理從均勻斑點(diǎn)HS中的激光束29的均勻強(qiáng)度分布74，通過位于均勻斑點(diǎn)HS中的掩模18整形在壓紋輥10上的ta-C層中制作的微結(jié)構(gòu)所需要的跨激光束斷面的強(qiáng)度輪廓。在該示意圖中，掩模18具有以格子狀方式配置的透明區(qū)域19和對(duì)于激光束不透明的表面區(qū)域20，并由此形成具有立方形強(qiáng)度輪廓部分的格子狀強(qiáng)度輪廓75。沿激光束的方向被配置在掩模后面并優(yōu)選與其接觸的光闌6通過其開ロ或透明表面區(qū)域的幾何形狀產(chǎn)生通過掩模18整形的激光束的強(qiáng)度輪廓的斷面幾何。在該示圖中，光闌開ロ 6T的形狀或?qū)τ诩す馐该鞯牟煌该鞑糠?P內(nèi)的光闌的表面區(qū)域采取三角形的形式，因此，在光闌之后，激光束29A的強(qiáng)度輪廓76表現(xiàn)三角斷面幾何。在圖2中，沿X坐標(biāo)方向在強(qiáng)烈放大的比例上示出掩模18的光柵周期以及掩模之后的激光束強(qiáng)度輪廓75、76的立方體強(qiáng)度輪廓部分的厚度以及間隔。為了通過掩模整形的激光束29A在固體表面9中、例如在壓紋輥10上的ta-C層中制作例如具有O. 5 5 μ m的光柵周期的光柵結(jié)構(gòu)，掩模的光柵周期在8:1的掩模投影設(shè)備的成像比的例子中測(cè)量4 20 μ m。實(shí)際上，通過均勻斑點(diǎn)HS的表面區(qū)域和例如8mmX8mm = 64mm2的掩模18的構(gòu)建區(qū)域的均勻尺寸，構(gòu)建的掩模區(qū)域，與圖2的示意圖相対，包含具有2000 400個(gè)光柵周期的條帶光柵，并且，通過其整形的激光束包含2000 400個(gè)立方體強(qiáng)度輪廓部分。以下稱為掩模結(jié)構(gòu)的掩模18的透明表面區(qū)域的尺寸、形狀、間隔、位置和數(shù)量確定用于在ta-C層中產(chǎn)生具有預(yù)定的光學(xué)效果的微結(jié)構(gòu)的激光束強(qiáng)度輪廓，并且，光闌6確定激光束強(qiáng)度輪廓的斷面幾何，并由此確定壓紋輥上的微結(jié)構(gòu)區(qū)域要素的幾何形狀。這里使用術(shù)語“區(qū)域要素”表示在沒有激光束和輥表面的相對(duì)移動(dòng)的情況下，通過掩模和光闌整形并以激光束脈沖次序成像到ta-C涂敷輥表面上的激光束構(gòu)建的壓紋輥或壓紋模具上的表面。因此，通過掩模結(jié)構(gòu)的變化，特別是通過以預(yù)定的角度關(guān)于激光束的光軸旋轉(zhuǎn)掩模，通過掩模被整形并通過聚焦光學(xué)器件8在壓紋輥的ta-C層上成像的激光束強(qiáng)度輪廓的取向可改變，由此，多色光照射時(shí)的微結(jié)構(gòu)區(qū)域要素的光學(xué)效果，例如，觀察方向和觀察角度以及顏色和強(qiáng)度可改變。通過以預(yù)定的角度關(guān)于激光束的光軸旋轉(zhuǎn)光闌6，通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)在壓縮輥上的ta-C層上成像的激光束的通過光闌整形的斷面幾何的取向改變，因此，壓紋輥的表面上的激光構(gòu)建區(qū)域要素的取向改變。微構(gòu)建區(qū)域要素可以根據(jù)特定的圖案被井置，或者，在以預(yù)定的角度旋轉(zhuǎn)掩模之后，在該預(yù)定角度下與相同的微結(jié)構(gòu)重疊。并且，如果使用不同的掩模，那么可以在區(qū)域要 素中重疊不同的微結(jié)構(gòu)。如果它們被井置，那么區(qū)域要素可具有相同或不同的表面形狀和微結(jié)構(gòu)。當(dāng)作為近陽光的白光輻射被衍射時(shí)，或者，當(dāng)衍射光柵被多色光、例如被日光熒光燈或燈泡照射時(shí)，這些光在以下被稱為“光”，由于波長(zhǎng)依賴衍射角，因此，出現(xiàn)所謂的衍射角分散，即，分離成光子具有特定的波長(zhǎng)的光譜顏色，即，分離成単色光。因此，如果衍射級(jí)均不重疊，那么只在衍射光中觀察到這些光譜顏色。根據(jù)本發(fā)明，通過衍射光柵陣列，通過可在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的觀察角度和衍射光柵陣列的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的方位觀察方向下觀察的光譜顏色的多個(gè)光子波長(zhǎng)的重疊產(chǎn)生混合顔色。在人眼的分辨能力下通過在顯微子區(qū)域=顔色像素區(qū)域中具有不同的光柵周期的固體表面中的衍射光柵陣列，在用來自在衍射光譜中出現(xiàn)的三個(gè)不同的原光譜顏色波長(zhǎng)紅色、緑色和藍(lán)色的光子的光照射光柵陣列時(shí)，原光譜顏色的波長(zhǎng)根據(jù)意圖的應(yīng)用被選擇，優(yōu)選產(chǎn)生混合顔色。因此，如果混合顔色要被人眼觀察，那么，對(duì)于原光譜顏色紅色，例如，630nm的波長(zhǎng)λ red是有利的,對(duì)于綠色,530nm的波長(zhǎng)λ green是有利的，并且,對(duì)于藍(lán)色，430nm的波長(zhǎng)λ blue是有利的。與包含主要對(duì)于紅色、緑色和藍(lán)色敏感的三種不同的類型的視覺色素的人眼的錐形感光體類似，衍射光柵陣列可例如由產(chǎn)生原色紅色、緑色和藍(lán)色的顔色像素衍射光柵區(qū)域構(gòu)成。適用的衍射光柵類型為例如根據(jù)掩模投影技木通過受激準(zhǔn)分子激光構(gòu)建制作的溝槽和肋條光柵、柱狀格柵和閃耀光柵或根據(jù)聚焦技木通過飛秒或皮秒激光照射制造的具有預(yù)定的、調(diào)整的波紋光柵周期的自組織波紋光柵或者兩種結(jié)構(gòu)的重疊。對(duì)于預(yù)定角度的入射光，或者在擴(kuò)散照射上，分別地，光柵周期和顔色像素區(qū)域內(nèi)的衍射光柵的取向確定光譜顏色的衍射方向，并因此確定各單個(gè)顏色像素的原色的觀察角度和方位觀察方向。在該方面，為了沿至少ー個(gè)方位觀察方向在至少ー個(gè)觀察角度下實(shí)現(xiàn)有效的顏色混合，必須選擇混合顔色的波長(zhǎng)并且必須對(duì)準(zhǔn)陣列的衍射光柵，使得至少ー個(gè)衍射級(jí)的衍射角度和衍射方向?qū)τ诨旌项喩母鞑ㄩL(zhǎng)相同。以下，參照?qǐng)D3 8描述閃耀光柵結(jié)構(gòu)的制作以及用于制作閃耀光柵結(jié)構(gòu)的適當(dāng)?shù)难谀５闹圃?。在閃耀光柵中，由于分離函數(shù)的最大值和伴隨的最高強(qiáng)度最大值總是相對(duì)于臺(tái)階法線SN位于反射方向上，因此，通過臺(tái)階的傾角的變化即通過閃耀角CIb的變化，分離函數(shù)的最大值和伴隨的最高強(qiáng)度最大值可從O衍射級(jí)的最大值偏移到更高衍射級(jí)的最大值。當(dāng)α Β變化時(shí)，只要光柵周期g和入射光的入射角度a e保持恒定，衍射角度a m =不同的衍射級(jí)的觀察角以及伴隨的光柵衍射的最大值的位置就保持不變。并且，在圖3中，s表示閃耀光柵側(cè)，h表示閃耀光柵高度，eS表示入射束，GN表示光柵法線，SN表示臺(tái)階法線。由于對(duì)于衍射利用幾乎整個(gè)光柵表面或者更準(zhǔn)確地說利用通過臺(tái)階寬度s乘以光柵溝長(zhǎng)和溝的數(shù)量形成的表面，因此，與簡(jiǎn)單的條帶光柵=溝和肋條光柵上的衍射相比，在閃耀光柵中衍射強(qiáng)度以及伴隨的衍射的光譜顏色的觀察的光彩明顯更高。通過圖4的掩模制作圖3的閃耀光柵結(jié)構(gòu)，該掩模包含可通過飛秒激光或F2激光束制作不透明表面的石英玻璃基板，同時(shí)節(jié)省用于在用在前的受激準(zhǔn)分子激光照射并且同時(shí)掃描掩模時(shí)制作閃耀光柵結(jié)構(gòu)的透射三角區(qū)域。通過用飛秒激光脈沖或氟激光脈沖的照射，石英基板的表面被粗糙化并且改性，使得入射光散射但不被吸收。這里，術(shù)語“改性”表示基板的材料密度、結(jié)構(gòu)和折射率的變化。以這種方式，確保非常低的熱負(fù)載、高的尺寸精度和這種掩模的非常長(zhǎng)的壽命。
在通過根據(jù)聚焦技術(shù)的飛秒激光或根據(jù)掩模投影技術(shù)的F2激光的石英玻璃基板中的掩模的制造中，通過用最小的可能的焦點(diǎn)或成像斷面F掃描并重疊在圖4中表示為fs激光的小灰色填充圓或F2激光的小黒色填充圓的激光脈沖，制作使透射透明三角區(qū)域自由的非透明區(qū)域。小的正方形表示也可使用激光束的正方形斷面形狀。以這種方式，除了白色表示的透射三角區(qū)域以外，掃描圖4中的灰色表示的整個(gè)表面。具體而言，掃描區(qū)域的表面以這些區(qū)域強(qiáng)烈散射受激準(zhǔn)分子激光的入射的激光束部分并由此用作激光束的不透明區(qū)域的方式，通過激光的適當(dāng)?shù)挠绊懕淮植诨⑶腋男?。由于這里對(duì)于通過該掩模根據(jù)受激準(zhǔn)分子激光掩模投影技術(shù)制作閃耀光柵使用8:1的成像比，因此，量G是透射三角的基礎(chǔ)并且等于8 X光柵常數(shù)g。相應(yīng)地，H是高度，并且，φ是透射三角的底角，并且，I是掩模掃描方向的透射三角之間的距離。如果使用F2激光設(shè)備，那么使用25:1的不同的成像比?？商娲愿鶕?jù)圖5通過條帶掩模79制作閃耀光柵結(jié)構(gòu)，該條帶掩模具有制作閃耀光柵溝所需要的兩個(gè)不同的條帶寬度，該閃耀光柵溝的透射率根據(jù)預(yù)定的線性或階梯函數(shù)在各條帶寬度上在O與I之間以及I與O之間改變。并且，這里，指示Sg和8gX sin α Β源自根據(jù)掩模投影技術(shù)在閃耀光柵結(jié)構(gòu)的制作中使用的8:1的成像比。在可通過fs或F2激光設(shè)備制作的適當(dāng)?shù)难谀５闹谱髦?，存在大量的可能的變更方式。為了在第一激光設(shè)備LI中即根據(jù)掩模投影技術(shù)對(duì)于受激準(zhǔn)分子激光器I制作閃耀光柵結(jié)構(gòu)，選擇的掩模與改變器裝置中的適當(dāng)?shù)墓怅@放置在一起。可通過與掩模相同的制造技術(shù)制作光闌。作為用于掩模或光闌的基板，可以使用石英玻璃(SiO2)、藍(lán)寶石(Al2O3),氟化鈣(CaF2)或氟化鎂(MgF2)?？梢允褂蔑w秒激光器以制作在光柵結(jié)構(gòu)中配置的波紋并允許產(chǎn)生可混合的光譜顔色。為了可調(diào)整地制作對(duì)于各光譜顏色的產(chǎn)生希望的光柵常數(shù)的不同波紋間隔，在波紋的產(chǎn)生中相對(duì)于激光束通過確定的角度傾斜基板的面。由于如上面描述的那樣，眼睛只能分辨200 μ mX200 μ m的區(qū)域，因此，正方形顏色像素的最大邊長(zhǎng)必須小于200μπι除以3 = 66. 67 μ m。然后，為了產(chǎn)生混合顔色，200 μ mX 200 μ m的子區(qū)域包含原色紅色、緑色和藍(lán)色的至少9個(gè)正方形顔色像素，通過定義的各顔色像素包含單個(gè)光譜顏色作為原色。因此，對(duì)于33. 33 μ m的顔色像素邊長(zhǎng)，對(duì)于原色紅色、緑色和藍(lán)色，根據(jù)圖8的子區(qū)域81包含總共36個(gè)正方形顔色像素82、83、84。大小的這些量級(jí)使得能夠?qū)崿F(xiàn)新類型的驗(yàn)證特征，其中，在特定的子區(qū)域中，例如，散布對(duì)于眼睛不可見但可通過適配的光譜計(jì)檢測(cè)的不同顔色的一個(gè)或僅幾個(gè)顏色像素。以下，表示根據(jù)圖8的子區(qū)域81的光柵結(jié)構(gòu)的示例性計(jì)算。對(duì)于33. 33 μ m的正方形顏色像素的邊長(zhǎng)、垂直的光入射和伴隨gred = I. 26 μ m>ggreen = I. 06 μ m、gblue = O. 86 μ m的光柵周期的計(jì)算值的30°的對(duì)于紅色、緑色和藍(lán)色的衍射角度=觀察角度απ，紅色像素正方形包含29個(gè)光柵周期，緑色像素正方形包含38個(gè)光柵周期，藍(lán)色像素正方形包含47個(gè)光柵周期。顔色像素的衍射強(qiáng)度是光柵周期的數(shù)量即顏色像素內(nèi)的總光柵溝長(zhǎng)和原色的波長(zhǎng)的函數(shù)?？蓛H分別通過表面區(qū)域的尺寸和各單個(gè)原色像素的數(shù)量實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度控制。在這ー 方面，必須考慮諸如光源的不同的因素，即，例如，白天、早期或晚上的太陽光、白天熒光燈或燈泡等，它們?cè)诎l(fā)射波長(zhǎng)范圍上具有不同的強(qiáng)度特性，并因此影響各光譜顏色的強(qiáng)度。并且，必須考慮人眼即人眼對(duì)于原色的選擇的波長(zhǎng)的適光光譜感度。根據(jù)基于DIN 5033標(biāo)準(zhǔn)顏色圖的計(jì)算，例如，從通過以下的像素布局沿觀察方向在由分別具有33. 33ymX33. 33μπι的像素表面區(qū)域的36個(gè)顏色像素構(gòu)成的200 μ mX200 μ m的子區(qū)域由14個(gè)紅色像素82、10個(gè)綠色像素83和12個(gè)藍(lán)色像素83構(gòu)成時(shí)通過衍射光柵產(chǎn)生的上述的光譜顏色紅色、緑色和藍(lán)色獲得顔色白色。根據(jù)相同的計(jì)算，通過以下的像素布局獲得顏色粉色22個(gè)紅色像素82、3個(gè)綠色像素83和11個(gè)藍(lán)色像素84?；谙嗤挠?jì)算，通過以下的像素布局獲得膚色21個(gè)紅色像素82、7個(gè)綠色像素83和8個(gè)藍(lán)色像素84。提到人眼的分辨能單元也不意味著產(chǎn)生的光譜和混合的顔色不是機(jī)器可讀和可分析。特別是在一般應(yīng)盡可能小的驗(yàn)證特征的情況下，機(jī)器讀取是特別合適的。對(duì)于預(yù)定的光入射角度，光柵周期和顔色像素區(qū)域內(nèi)的衍射光柵的取向確定光譜顔色的衍射方向，并因此確定觀察角度和單個(gè)像素的原色的方位觀察方向。在該方面，為了沿至少ー個(gè)方位觀察方向在至少ー個(gè)觀察角度下實(shí)現(xiàn)有效的顏色混合，必須選擇混合顔色的各單個(gè)波長(zhǎng)的不同的光柵周期并且必須對(duì)準(zhǔn)陣列的衍射光柵，使得至少ー個(gè)衍射級(jí)的衍射角度和衍射方向?qū)τ诨旌项伾母鞑ㄩL(zhǎng)相同。根據(jù)圖3，在閃耀光柵77中，ciB是衍射光柵溝的傾角(閃耀角度)，衍射角度％是光柵法線GN與各衍射級(jí)z的衍射單色束部分gs的強(qiáng)度最大值的衍射方向之間的角度,并由此表示該束部分在預(yù)定入射角度ae上的觀察角度am和觀察方向gS。通過入射光的波長(zhǎng)、通過入射角度a e并且通過光柵周期g確定衍射角度a m。術(shù)語衍射的單色束部分的“方位觀察方向”aB指的是光柵法線和衍射方向gS跨著的面與光柵面GE的交線的源自光柵法線GN的方向，該方向由方位角度αζ表征，也參見圖7。在圖7中，SB表示衍射束的觀察方向。因此，混合顔色的觀察角度依賴于不同的顔色像素類型的匹配的光柵周期，并且，通過例如產(chǎn)生混合顏色所需要的不同的顏色像素區(qū)域中的光柵溝GF的光柵結(jié)構(gòu)的取向確定觀察方向。必須在通過足夠數(shù)量的不同的顔色像素區(qū)域形成的最多200μπιΧ200μπι的人眼不再可分辨的子區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合顔色的產(chǎn)生。如果顏色像素內(nèi)的光柵溝GF具有多個(gè)方位取向，則可實(shí)現(xiàn)多個(gè)觀察方向如果例如包含于子區(qū)域中的原色的像素的一半中的光柵結(jié)構(gòu)與像素中的另一半中的光柵結(jié)構(gòu)垂直地被配置，那么，特別是在用于擴(kuò)散白光照射光柵時(shí)，還存在相互垂直的兩個(gè)方位觀察方向aB，參見圖8。但是，子區(qū)域中的顔色像素的總數(shù)的一半必須足以產(chǎn)生混合顔色。但是，在這種情況下，將沿兩個(gè)方位觀察方向中的每ー個(gè)以更低的強(qiáng)度覺察混合顔色。并且，以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)相互偏移120°的三個(gè)方位觀察方向。根據(jù)圖6，借助于柱格柵80，S卩，通過例如圓形、三角形、矩形、六邊形的不同的斷面形狀和不同的尺寸的凸部和互補(bǔ)的凹部的形式的柱體P，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)方位觀察方向。例如，三角柱或坑體斷面導(dǎo)致偏移2/3 =120°的三個(gè)方位觀察方向aB。為了實(shí)現(xiàn)最大可能的混合顏色強(qiáng)度，如果選擇原色的不同的像素尺寸，那么較大的像素的邊長(zhǎng)必須為最小的像素的邊長(zhǎng)的整數(shù)倍，使得子區(qū)域可完全被顔色像素填充?？赏ㄟ^將像素區(qū)域插入到例如在ta-C層基板的情況下被解構(gòu)或者具有吸收光波長(zhǎng)或沿不同 的方向衍射的光柵結(jié)構(gòu)的子區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的降低即暗化效果。為了對(duì)于混合顔色的產(chǎn)生控制原色的強(qiáng)度，除了顔色像素的數(shù)量和表面區(qū)域和觀察方向的像素的衍射級(jí)的選擇以外，由于例如閃耀光柵產(chǎn)生比溝槽和肋條光柵高的強(qiáng)度，因此，可以利用子區(qū)域的原色的像素中的不同的衍射光柵類型。根據(jù)本發(fā)明，衍射光柵陣列被應(yīng)用于諸如金屬、金屬合金、玻璃、具有硬表面的合成材料以及ta-C層或諸如硬金屬的其它硬材料、諸如碳化鎢或碳化硼的碳化物的固體的表面。具體而言，衍射光柵陣列可被應(yīng)用于耐磨硬材料，例如，應(yīng)用于用于壓紋驗(yàn)證特征、顏色圖案或?qū)τ诜庋b箔具有顔色效果的符號(hào)的壓紋工具，同吋，很顯然，必須通過這種斷面幾何和基于要被壓紋的材料的性能和壓紋參數(shù)的微結(jié)構(gòu)的這種尺寸設(shè)計(jì)壓紋工具上的負(fù)衍射光柵結(jié)構(gòu)，正壓紋代表意圖的衍射光學(xué)效果的最佳衍射光柵圖案。具有允許將任何希望的掩模和任何希望的光闌放置到受激準(zhǔn)分子激光的束路徑中的光闌和掩模用改變器裝置的第一激光設(shè)備LI使得不僅能夠大大改變具有不同的光柵常數(shù)的不同的光柵結(jié)構(gòu)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大量的可能的光柵結(jié)構(gòu)區(qū)域的外輪廓的設(shè)計(jì)。因此，能夠?qū)⒂啥鄠€(gè)子區(qū)域構(gòu)成的構(gòu)建的區(qū)域要素的形狀設(shè)計(jì)為正方形、矩形、三角形、平行四邊形、六角形等，或者可能設(shè)計(jì)為圓形，用于產(chǎn)生顔色和混合顔色的大多數(shù)的不同的光柵結(jié)構(gòu)在這些區(qū)域要素中是可能的。在某些布置中，還能夠例如產(chǎn)生由具有多個(gè)射線的三個(gè)平行四邊形或星形構(gòu)成的三維表現(xiàn)的立方形圖案。并且，兩個(gè)激光器設(shè)備允許重疊大多數(shù)的不同的光柵結(jié)構(gòu)，例如，首先，為了產(chǎn)生還可特別地被用作驗(yàn)證特征的顏色和混合顔色的另ー組合，制作上面通過飛秒激光施加波紋光柵結(jié)構(gòu)的通過受激準(zhǔn)分子激光在圖案中配置的特定的光柵結(jié)構(gòu)和區(qū)域要素。并且，可以實(shí)現(xiàn)不同的觀察角度，或者，通過光柵周期或光柵溝的取向的逐步變化，在衍射光柵圖案的傾斜或旋轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)逐步或連續(xù)的顏色變化，或者出現(xiàn)顏色圖案或顏色圖像的出現(xiàn)和消失。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生掩膜和/或光闌的方法，所述掩膜和/或光闌用于在固體表面上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的激光設(shè)備，其中對(duì)激光射線不透明的所述掩膜和/或光闌的區(qū)域散射入射激光射線，其特征在于散射所述激光射線的區(qū)域通過以飛秒、皮秒或氟石激光射束的照射而被粗糙化和修改。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于基板是石英玻璃(SiO2)、藍(lán)寶石(A1203)、氟化鈣(CaF2)或氟化鎂(MgF2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述飛秒激光具有775nm的中心波長(zhǎng)，或者具有其頻率兩倍或三倍的波長(zhǎng)，并且所述氟石激光具有157nm的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于產(chǎn)生具有多個(gè)透明三角形的掩膜(78)或者產(chǎn)生具有多個(gè)步進(jìn)的透明的條帶的掩膜(79)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用于在固體表面上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的方法產(chǎn)生的掩膜和光闌的用途，其中具有至少ー個(gè)光闌的至少ー個(gè)掩膜被旋轉(zhuǎn)地布置并且布置在改變器裝置中，并且所述至少一個(gè)掩膜位于受激準(zhǔn)分子激光設(shè)備的掩膜投影単元的同質(zhì)點(diǎn)(HS)中并且用于產(chǎn)生閃耀光柵(77)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用途，其特征在于所述閃耀光柵(77)被布置在衍射光柵陣列中，所述閃耀光柵的光柵周期g在O. 5 μ m-5 μ m的范圍內(nèi)，并且所述閃耀光柵是直線的或圓形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用途，其特征在于每個(gè)衍射光柵陣列包括子區(qū)域，該子區(qū)域的縱向尺寸具有低于人類眼睛的分辨カ的值，并且該子區(qū)域包括至少ー個(gè)像素，像素是用于產(chǎn)生單個(gè)光譜顏色的有限的衍射光柵結(jié)構(gòu)，其通過選擇的光柵參數(shù)以及至少ー個(gè)確定的方位觀察角(aB)中的確定的衍射角(a m)中的入射角(a e)而被衍射。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征在于每個(gè)子區(qū)域包括至少兩個(gè)像素，每個(gè)像素具有不同的光柵常數(shù)，該光柵常數(shù)用于在相同的方位觀察角(aB)中的相同的衍射角(Cim)中產(chǎn)生兩個(gè)不同的光譜顏色。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其特征在于所述像素區(qū)域和/或所述像素的數(shù)量被選擇為使得不同的光譜顏色重疊在至少ー個(gè)預(yù)定的觀察方向上，從而產(chǎn)生混合色。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用途，其特征在于根據(jù)期望的應(yīng)用選擇用于主光譜顏色紅色、緑色和藍(lán)色的波長(zhǎng)，并且如果所述混合色被人類的眼睛看到，則三個(gè)顏色是具有630nm的波長(zhǎng)λ red>530nm的波長(zhǎng)λ green和430nm的波長(zhǎng)λ blue的紅色、綠色和藍(lán)色。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)所述的用途，其特征在于所述子區(qū)域具有200μ m的最大縱向尺寸和66. 67 μ m的最大縱向尺寸的相關(guān)聯(lián)的像素區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任意一項(xiàng)所述的用途，其特征在于多個(gè)子區(qū)域被應(yīng)用于固體表面，并且被并置以形成符號(hào)、圖像、標(biāo)識(shí)或鑒別特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用途，其特征在于所述固體表面是用于壓紋封裝箔的壓紋輥或壓紋模具的硬質(zhì)材料涂覆的表面，硬質(zhì)材料涂層包括ta-C、碳化鎢WC、碳化硼B(yǎng)4C、金剛砂SiC或類似的硬質(zhì)材料。
14.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)所述的方法的裝置，其特征在于用于產(chǎn)生閃耀光柵、凹槽和肋狀光柵或柱狀柵格光柵的第一激光設(shè)備LI包括具有248nm的波長(zhǎng)的KrF受激準(zhǔn)分子激光器(I)、或者具有193nm的波長(zhǎng)的ArF受激準(zhǔn)分子激光器、或者具有157nm的波長(zhǎng)的氟石激光器、或者具有308nm的波長(zhǎng)的XeCl受激準(zhǔn)分子激光器，并且用于產(chǎn)生波紋結(jié)構(gòu)的第二激光設(shè)備L2包括具有775nm的中心波長(zhǎng)或者其頻率兩倍或三倍的波長(zhǎng)的飛秒激光器(15)、或者具有1064nm的波長(zhǎng)或其頻率兩倍或三倍的波長(zhǎng)的Nd = YAG類型的皮秒激光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于在所述第一激光器(I)及其成像光學(xué)器件(8)之間,布置有至少ー個(gè)掩膜和光闌組合(18，6),多個(gè)掩膜和光闌組合被布置為旋轉(zhuǎn)的并且布置在改變器裝置中，并且所述改變器裝置適于將所述掩膜(18)中的ー個(gè)和所述光闌(6)中的一個(gè)兩者彼此獨(dú)立地置于所述激光器(I)的射束路徑(29)中，所述掩膜(18)和光闌(6)被布置在固定器中，同時(shí)能夠線性或旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)并且能夠關(guān)于其自身旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述掩膜(6)是用于產(chǎn)生閃耀光柵的三角形掩膜(78 )或條帶掩膜(79 )。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任意一項(xiàng)所述的裝置，用于構(gòu)造壓紋輥或壓紋模具上的區(qū)域，用于在封裝箔上壓紋光學(xué)衍射的有效區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任意一項(xiàng)所述的裝置，用于在涂敷或未涂敷表部分、玻璃或藍(lán)寶石的表玻璃、硬幣或裝飾性物體的部分上產(chǎn)生光學(xué)衍射的有效符號(hào)或鑒別特征。
19.以根據(jù)權(quán)利要求17構(gòu)造的輥或壓紋模具壓紋的封裝箔，其特征在于，所述封裝箔具有光學(xué)衍射的有效區(qū)域和/或鑒別特征，所述鑒別特征包括光譜顏色的顔色像素或用于產(chǎn)生混合色的不同顔色的顔色像素。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的封裝箔，其特征在于其在多個(gè)位置中拋光，在那些位置中，不提供光學(xué)衍射的有效區(qū)域、鑒別特征和/或標(biāo)識(shí)。
全文摘要
在根據(jù)掩膜投影技術(shù)用于在固體表面上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的激光設(shè)備的掩膜和/或光闌的方法中，散射激光射線的預(yù)定的不透明表面部分通過借助飛秒、皮秒或氟石激光射束而粗糙化并修改掩膜和/或光闌基板而在其中產(chǎn)生。這種掩膜和光闌具有明顯提高的壽命和精確度，并且可以例如用于產(chǎn)生閃耀光柵，該閃耀光柵布置在固體表面上的衍射光柵陣列中，用于產(chǎn)生高光輝的光譜顏色和混合色。
文檔編號(hào)B23K26/00GK102687072SQ201080057395
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者A·恩格爾, C·伯格利, G·雷瑟, R·伯特徹, S·威斯曼特爾, W·斯蒂芬 申請(qǐng)人:伯格利-格拉維瑞斯股份有限公司