CN102057335B - 用于在存储介质中产生微结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于一种在存储介质中产生微结构的方法，其中，写入光束定向到写入轨迹上，在布置在那里的存储材料上聚焦并且相对于存储材料运动；其中，微结构通过在存储材料内逐点引入光束能量被写入到存储材料内；并且其中，将存储材料连续地或不连续地沿写入轨迹-运行方向继续运动。建议提供至少一个用于另外的存储介质的另外的写入轨迹，并且在第一写入轨迹上写入存储介质后将写入光束偏转到下一个写入轨迹上。

Description

用于在存储介质中产生微结构的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于在存储介质内生成微结构的方法，以及一种根据权利要求10的前序部分的用于生成微结构的光刻设备。
背景技术
在下文中将人工生成的如下结构称为微结构：其包括单独结构的组合，所述单独结构每个的尺度通常在从大约0.1μm至大约100μm的范围内，特别地至大约50μm的范围内。这些单独结构通常是光刻生成的点，所述点一起形成了微结构。此类微结构的优选构造是计算全息图。
数字全息图是二维全息图，所述全息图由具有不同光学特征的单独的点形成，并且在以相干电磁波、特别地以光波照射时，通过透射中的衍射或反射从所述点中再现图像和/或数据。单独的点的不同的光学特征可以是透射特征或反射特征，例如通过表面形状、存储介质的材料中变化的光程(折射率)或材料的色调所导致。
由计算机计算为实现全息图所要求的单独的点的光学特征，因此这涉及所谓的计算全息图(CGH)。借助于聚焦的写入光束，在写入计算全息图期间，将全息图的单独的点写入到存储材料中，其中写入束的焦点位于表面的区域内或存储介质的材料内。聚焦在焦点区域内导致了存储介质的材料上的微小的影响面，使得全息图的多个点可写入到小的区域内。各被写入点的光学特征通过存储介质内的材料改变调整。所述光学特征在此取决于写入光束的强度。为进行写入，将写入光束在二维内相对于存储介质的表面以变化的强度运动。写入光束的强度的调制在此通过例如激光二极管的光源的内部调制实现，或通过光源外的例如借助于光电元件的写入光束的外部调制实现。此外，光源可形成为脉冲激光器，其脉冲长度可控制，使得通过脉冲长度可实现对于写入光束的强度的控制。
通过强度调制的写入光束的扫描，因此形成了带有不均匀的点分布的平面，即计算全息图。这可用于标记或个性化任意的物体。为此，可特别地包含个性化的信息，例如序列号，关于销售途径的信息，等等。
平面写入可特别地也通过使用光栅光阀(GLV)实现，这通过将GLV用作行光调制器并且仅在一个方向上进行写入光束(写入行)向存储介质的相对运动进行。例如来自Silicon Light Machines公司的GLV是已知的。实现平面写入的另外的可能性在于，通过光束倍增器生成多个单独光束。所述多个单独光束然后到达多通道空间光调制器，并且在此被单独调制。由SLM单独反射的光束每个基本上是单模光束并且随后的光学器件将此多个单独光束在存储介质上成像。在此，根据不同构造仅要求在一个方向上的相对运动。
为产生微结构、特别是计算全息图，要求高的分辨率，这仅借助于专门的光刻系统才可实现。这些系统的分辨率应大约为25000dpi或更高。此外，在全息设备的这种形式中，仅写入了相对小的平面。该平面例如为1至50mm2，其中原则上另外的尺寸也是可以的。在用于产生计算全息图的光刻设备中，写入光栅的精度应例如为1mm×1mm(大约±1mm)的平面上1000×1000点。此外，写入速度应为大约1至200兆像素/秒，因此根据尺寸每大约0.1至1秒的时间内可写入一个计算全息图。
从现有技术中已知了满足以上要求的光刻系统(EP 1 377 880B1，EP 1373 981B1)。这些光刻系统的共同点是，使得存储材料的写入在限定的写入部分内进行。为进行写入，使通常为布置在支承带上的带状存储材料或标签的存储材料沿写入轨迹运动通过写入部分。在存储材料到达写入部分时，写入光束在存储材料上方运动，并且写入光束的强度根据待写入的全息图控制。特别地，当应写入标签时，写入在此不连续地进行，因为必须等待直至下一个标签到达写入部分。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，完成一种用于产生微结构特别是计算全息图的方法，其中能够以更高的速度写入存储材料，以及给出一种合适的光刻设备。
本发明在根据权利要求1的前序部分的方法中通过权利要求1的特征部分的特征并且在根据权利要求6的前序部分的方法中通过权利要求6的特征部分的特征解决了前述问题。从属解决方案提供了根据权利要求12的光刻设备。优选的构造和扩展是各从属权利要求的对象。
本发明首先基于如下认知，即使用常规的方法产生多个相继布置的微结构存在空载时间(totzeit)的问题。在该空载时间中在写入光束的写入部分内进行材料传送，而在此期间不使用写入光束。在存储材料到达写入部分之后，写入光束在一个或两个维度上相对于存储材料运动，并且写入微结构，特别是总是要写入计算全息图。因为提供写入光束涉及到高的成本，所以也应在提高光刻生成的微结构的生产节奏的同时避免提供额外的写入光束的可能性。因此开发了本方法，以便将写入光束的空载时间保持为尽可能小。这通过如下方式实现，即不仅如现有情况提供其上提供了用于写入的存储材料的单独的写入轨迹，而且提供至少一个、必要时多个另外的写入轨迹。作为写入轨迹，沿连续或不连续的带有微结构特别是计算全息图的用于写入的存储材料提供了轨道。这特别地如下进行，即，使得存储材料沿写入轨迹在运行方向上运动。
在第一写入轨迹的写入部分内的写入过程后，写入光束被偏转到下一个写入轨迹的写入部分上，以便在那里可进行另外的写入过程。在此，写入光束的偏转可相对快地进行，即明显快于写入材料的材料传送，使得产生两个微结构之间的空载时间明显降低。根据写入轨迹的数量，写入光束从写入轨迹向写入轨迹偏转，直至所述写入光束到达最后的写入轨迹后再次偏转回到第一写入轨迹上。写入光束向写入介质的相对运动优选地通过写入材料在运行方向上的运动和写入光束横向于运行方向的偏移实现。但原则上也可构思写入光束的另外的偏移，特别是2D偏移。
在优选的构造中，相互平行地设置多个写入轨迹。这特别地考虑到节约位置的布置以及对存储介质传送的尽可能简单的控制以及特别地有利的写入光束的偏转。
在该方法的优选的构造中，进一步地使得沿写入轨迹提供的存储材料的写入仅在确定的写入部分内进行。在此，写入光束可仅在该写入部分内相对于存储介质运动，以便在那里进行逐点写入。在此，可以使得写入光束仅垂直于存储材料的运行方向可运动，即，平面写入仅通过存储材料沿写入轨迹的运动和写入光束垂直于该方向的运动的组合来进行。但替代地，可以使得写入光束在平行于写入轨迹的方向(X方向)上以及垂直于写入轨迹的方向(Y方向)上可运动。
根据不同构造，能够按照不同的方式进行微结构在存储材料内的引入。存储材料可以例如连续地沿写入轨迹继续运动；在此情况中，横向于特别地垂直于写入轨迹的写入光束运动是充分的。但存储材料也可不连续地沿写入轨迹继续运动。在此情况中，要求进行写入光束的平面控制，即在X方向和Y方向上的控制。但也可通过行状照射(例如，通过GLV和SLM)和照射行和存储材料在仅一个方向上的重叠的相对运动来进行。
此外，还提供了一种替代的方法，其中在写入轨迹上提供了多个写入区域。与已知的方法相反，在一个写入区域内进行存储材料的写入后，写入光束被偏转到相同的写入轨迹的另外的写入区域内。存储材料仅在至少两个写入区域内写入后被加速并且继续运动。此时，进行写入光束到第一写入区域内的再次偏转。因此，在该方法形式中也利用了如下事实，即，写入光束的偏转可比材料在各写入区域内的进给更快地进行。此外，材料传送然后可在更大的距离上并且同时以更高的速度进行。材料传送因此不连续地进行。必要时，在此，在写入区域内的写入期间也可已经进行了材料传送。然而，关键的是直至可开始下一个写入不必等待材料传送。为此受限制的现在仅是写入光束的偏转。
此外，两个前述的方法当然也可相互组合。
在两个前述方法的优选构造中，写入光束的偏转的进行使得写入光束到待写入的存储材料的光程与各写入区域或各写入轨迹无关地基本上保持恒定。特别地对于产生计算全息图，用于将写入光束在存储材料的希望深度上聚焦的高度调节具有重要意义。为了将高度调节的成本保持为尽可能低，从写入光束的光源到待写入的存储材料的光程应与实际待写入的存储材料布置在其内的各写入轨迹或各写入部分无关地是恒定的光程。特别地，光刻设备因此可具有唯一的高度调节，该高度调节对于所有写入轨迹共同进行统一的写入光束调节。因此可避免对于多个高度调节的多次花费。
优选地，写入光束的偏转的进行使得光程基本上保持恒定。这例如可通过写入部分在写入轨迹上的错开的布置实现。因此，例如可以使得在写入光束偏转时根据写入轨迹将平行于写入平面的较长的光程通过垂直于写入平面的缩短的光程补偿。只要写入部分提供在多个写入轨迹上，则在优选的构造中，各写入轨迹的写入部分在运行方向上相互错开地布置，即，在运行方向上观察时所述写入部分不在相同的高度上开始。相应地，写入材料的写入在写入轨迹的错开地布置的写入部分内进行。通过错开的匹配，因此光程的长度可与各写入轨迹无关地以特别简单的方式保持恒定。
在另一个优选的构造中，光电地和/或机电地进行写入光束的偏转。该偏转例如可通过电流计、多边形棱镜或光电开关进行。这类构造特别地合适于，以进行尽可能快的偏转并且因此降低空载时间。
如前文所述，存储材料例如以带状形式存在。优选地，提供多个该类的存储带，所述存储带每个沿写入轨迹运动。但替代地，也可提供单独的存储带，其覆盖多个写入轨迹或多个写入部分。然而在此，写入在每个相邻布置的写入轨迹或相继布置的写入部分内进行。在带状存储材料中，优选地在写入后进行带的处理以得到单独的标签，例如通过冲压或切割过程来处理。然而，优选地将标签直接用作存储材料。
特别地有利的是如下的构造：内装有微结构特别是计算全息图的单独标签被布置在支承带上。在此，标签沿写入轨迹相继布置，使得标签通过支承带的运动分别到达写入部分。在此优选的是，对于每个写入轨迹提供自己的支承带，不过，在此也可仅提供一个单独的支承带，该支承带在多个写入轨迹的宽度上走向。在后面的情况中，多个标签在支承带上优选地不仅相继地沿写入轨迹布置，而且相邻地(必要时则与运行方向相对地错开)布置，使得又形成了多个写入轨迹。
在该方法的进一步优选的构造中，在连续继续运动的情况中存储材料在写入轨迹上以相等的速度运动，或者在不连续继续运动的情况中以相等的节奏(Taktung)运动，其中单独的写入轨迹的节奏在时间上可错开地实现。通过这种的统一控制，实现了尽可能均匀的写入过程。速度和节奏在每个情况中与用于微结构的写入持续时间以及用于将写入光束从写入轨迹偏转到写入轨迹的时间紧密地一致。
根据本发明的用于在存储材料内生成微结构(特别是计算全息图)的光刻设备，具有用于生成光束的光源(通常为激光器)，以及用于使写入光束在写入部分内运动的驱动装置。该驱动装置可以例如机电地和/或光电地提供。此外，光刻设备具有至少一个用于将写入光束在存储材料上聚焦的镜头。根据不同的结构，在此可形成用于写入光束的一个或多个镜头。为生成微结构，然后提供了多个写入轨迹，在每个写入轨迹上布置了存储材料。为了能够在各写入轨迹上执行写入，光刻设备具有用于将写入光束从一个写入轨迹偏转到下一个写入轨迹的偏转装置。
光电和/或机电装置适合于用作偏转装置，例如电流计、多边形棱镜或光电结构。
在优选的构造中，对于每个写入轨迹或每个写入部分提供至少一个透镜，由此可以实现对于各写入轨迹的最佳的写入光束聚焦。
在光刻设备的另外的优选的构造中，每个写入轨迹与至少一个固定的写入部分相关联，写入光束可在此仅在该写入部分内运动。此外，在另外的优选的构造中，写入轨迹的单独的写入部分与运行方向相对地相互错开布置。由此实现了以尽可能简单的方式实现对于写入光束相同的光程，而与写入轨迹无关。
附图说明
本发明的另外的细节、目的、特征和优点在下文中根据实施例进一步解释。附图中：
图1按照示意图示出了一种光刻设备。
图2按照示意图示出了图1的光刻设备中的写入光束的偏转。
图3按照示意图示出了带有存储材料的多个写入轨迹的俯视图。
图4按照示意图示出了替代图2的写入光束的偏转。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于在布置在支承带3上的存储材料2内生成计算全息图的光刻设备1。存储材料2目前以标签的形式存在，每个标签相继地布置在多个支承带3上。用于生成写入光束5的光源在此并且优选地以激光器的形式提供，替代地，激光二极管或另外的光源也是可以的。写入光束5因此目前形成为激光光束。
光刻设备1此外具有用于使写入光束5相对于存储材料2运动的驱动装置(未示出)。驱动装置目前通过X方向的支承带3的驱动器(未示出)和用于写入光束5的扫描镜形成。扫描镜被形成为电流驱动的扫描镜6，并且目前实现了写入光束5在与图1的图面垂直的方向(Y方向)上的运动。根据不同构造，驱动装置可使写入光束也直接在X方向和Y方向上运动。因此，镜6目前表示X扫描镜设备。作为电扫描镜6的替代，例如也可使用可旋转的多边形镜。
布置在支承带3上的存储材料2目前连续地在X方向上以恒定的速度继续运动，使得可通过存储材料在X方向的运动和写入光束在Y方向上的运动的重叠实现平面写入。替代地，存储材料5例如也可有节奏地继续运动。该节奏可以如下实现：首先写入全息图的一个线，然后存储材料2继续运动一步，写入另外的线，等等。当写入光束5可自身在X方向和Y方向上运动时，节奏也可实现为使得存储材料2在写入区域内运动，进行完整的写入，并且在将写入光束偏转到下一个写入轨迹期间使下一个存储材料2在写入区域内运动。
可选择地，此外在光束行程中在扫描镜6后方布置一个光束扩展器或准直器7，以生成扩展的写入光束5。在写入光束5的光束行程中，优选地提供用于自动聚焦/写入光束5在存储材料2上的高度调整另外的系统(未示出)。该系统可提供为统一地用于所有写入轨迹，使得光学器件构造为尽可能简单。
透镜8将写入光束5聚焦在待写入的存储材料2上，使得在写入光束5的焦点9处取决于写入光束5的集束的强度改变存储材料2的光学特征。
图2按照示意图从另外的透视示出了光刻设备1。现在在图中可见，在光束成形光学器件7后方提供了偏转装置10，用于将写入光束5从第一写入轨迹A偏转到另外的写入轨迹B。此外，偏转装置10也适合于进行从写入轨迹B向另外的写入轨迹C的偏转，以及从写入轨迹C再次回到写入轨迹A的偏转。偏转装置10目前以电镜的形式提供。替代地，例如可使用简单的偏转镜，多边形棱镜或光电开关。此外，从图2中显见，不仅提供了用于将写入光束5聚焦的透镜8，而且每个写入轨迹A、B、C与自己的透镜8相关联。
从图2中此外显见，各写入轨迹的光程具有平行于写入平面的不同的长度。不过，此外写入行程的长度在垂直于存储材料2的运行方向的方向上不同，即在垂直于图2的图面的方向上不同。光刻设备1的布置在此如下地实现并且优选地实现：使得写入光束5的整个光程对于每个写入轨迹基本上相同。以此可避免了对于每个单独写入轨迹为实现写入光束5的最佳聚焦所要求的昂贵的高度调节，而是共同的高度调节就足以。
图3按照俯视图示出了写入轨迹A、B、C。图中可见，在各写入轨迹A、B、C上布置了具有标签形式的存储材料2。多个标签2沿每个写入轨迹相继地布置在支承带3上。
此外，在每个写入轨迹A、B、C上图示了一个写入区域11。标签2如果处于写入区域11内，则所述标签2可仅被写入计算全息图。各写入轨迹A、B、C的写入区域11与运行方向相对地相互错开布置。通过此错开布置，在垂直于存储材料运行方向的方向上实现了不同的光程。因此，与平行于写入平面的不同的光程一起，对于各写入轨迹总地形成了基本上相同的光程。
图4示出了用于偏转光刻设备1的写入光束5的替代的变体。光刻设备如前所述具有激光器形式的光源4，扫描镜6以及光束成形光学器件7。在光束成形光学器件7后方的光程中提供了用于偏转写入光束5的偏转装置10。与前述构造相反，在此现在不实现写入光束5从一个写入轨迹向下一个写入轨迹的偏转，而是从写入区域11向下一个写入区域11(虚线)的偏转。
图4示出了作为存储材料的标签2，所述标签2在运行方向(X方向)上相继布置在传送带上。第一标签2a在此刚离开第一写入区域11a，而第二标签2b完全布置在第二写入区域11b内，并且此时正在第二写入区域11b处被写入。在写入期间，传送带均匀地继续运动，使得写入光束5仅需在垂直于标签2的运行方向的方向上运动，以实现平面写入。只要标签2b完全被写入，则写入光束通过偏转装置11偏转到第三写入区域11c内。此时，第三标签2c也已达到此第三写入区域11c，并且可在那里被写入。在完成写入后，写入光束5向第一写入区域11a偏转回。在此最后的偏转期间也将传送带加速，使得下三个标签2被传送向各写入区域11。根据方法的不同构造，也可建议使得传送带在写入光束5偏转期间基本上静止，并且仅在从最后的写入区域向第一写入区域偏转时以高速度运动。在该情况中，标签2布置在传送带上，使得所有标签每个同时到达写入区域11。

Claims (13)

1.一种用于在布置在带状存储介质(3)上的存储材料(2)中产生微结构的方法，其中，写入光束(5)定向到第一写入轨迹(A)上，在布置在那里的存储材料(2)上聚焦并且相对于存储材料(2)运动，并且
其中，所述微结构在所述第一写入轨迹(A)上的第一写入区域(11；11a，11b，11c)内通过在该存储材料(2)内逐点引入光束能量被写入到该存储材料(2)内，
其特征在于，提供至少一个用于写入另外的微结构的、第一写入轨迹(A)上的写入区域(11；11a，11b，11c)，提供至少一个具有另外的写入区域(11；11a，11b，11c)的另外的写入轨迹(B，C)，在所述另外的写入轨迹(B，C)上提供了用于写入的存储材料(2)，并且在第一写入区域(11；11a，11b，11c)中写入第一微结构后将所述写入光束(5)偏转到另外的写入轨迹的下一个写入区域(11；11a，11b，11c)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
相互平行地设置所述第一写入轨迹(A)和另外的写入轨迹(B，C)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
在所述第一写入轨迹(A)和另外的写入轨迹(B，C)上，写入仅在确定的写入部分(11；11a，11b，11c)内进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
写入分别在所述第一写入轨迹(A)和另外的写入轨迹(B，C)的与运行方向相对的相互错开布置的写入部分(11；11a，11b，11c)内进行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述存储材料(2)沿所述第一写入轨迹(A)和另外的写入轨迹(B，C)以相同的速度和/或相同的节奏运动。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述存储材料(2)在最后的写入区域(11；11a，11b，11c)内进行写入后不连续地继续运动，特别地被加速，直至所述存储材料的最后被写入的部分离开所有写入区域(11；11a，11b，11c)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
将所述写入光束(5)从写入轨迹到写入轨迹或者从写入区域(11；11a，11b，11c)到写入区域(11；11a，11b，11c)如下偏转：使得该写入光束(5)到待写入的存储材料(2)的光程基本上保持恒定。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述写入光束(5)被光电地和/或机电地偏转。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
使用带状的存储材料(2)或其形式为布置在支承带(3)上的标签的存储材料。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述写入光束(5)在到达最后的写入轨迹后偏转回到第一写入轨迹(A)，或者在到达最后的写入部分(11；11a，11b，11c)后偏转回到第一写入部分(11；11a，11b，11c)。
11.一种用于执行根据权利要求1至10中任一项所述方法的光刻设备，
包括：用于生成写入光束(5)的光源(4)，用于使所述写入光束(5)在写入部分(11；11a，11b，11c)内运动的驱动装置，以及用于将该写入光束(5)聚焦的至少一个透镜(8)，
其特征在于：
提供多个写入部分(11；11a，11b，11c)或写入轨迹(A，B，C)，并且
提供用于将所述写入光束(5)从写入部分(11；11a，11b，11c)偏转到下一个写入部分(11；11a，11b，11c)或从写入轨迹偏转到下一个写入轨迹的偏转装置(10)。
12.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于：
每个写入部分(11；11a，11b，11c)或每个写入轨迹(A，B，C)分别与至少一个透镜(8)相关联。
13.根据权利要求11或12所述的光刻设备，其特征在于：
提供电流计、多边形棱镜和/或光电结构作为所述偏转装置(10)。
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