CN1535212A - 安装和制备宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记 - Google Patents

Abstract

为了在金刚石夹(31)内安装金刚石(7)，使得金刚石顶切面(7a)水平并位于预定高度，金刚石(7)定位在注射模制工具中，使得金刚石通过插件(54)向上推动。弹性体(35)注射模制在金刚石夹环(32)内并将金刚石(7)固定保持在金刚石夹环(32)内，其中弹性体(35)位于金刚石(7)的支承边缘(7c)的前后部。尽管出现弹性体(35)收缩，金刚石的顶切面(7a)设置成严格地平行于金刚石夹环(32)的上下表面，顶切面(7a)仅略微低于金刚石夹环(32)的顶部限定的平面。以此方式，在金刚石顶切面(7a)施加光致抗蚀剂之后，金刚石夹(31)可放置在设备的台板上以便通过微刻形成标记。为了烘焙抗蚀剂，金刚石夹(31)放置在具有包括结合物小滴的空腔(64)的珀尔帖热泵的加热器尖端(63)之上，为了快速加热金刚石(7)，控制烘焙期间的时间和温度，并快速冷却金刚石(7)。

Description

安装和制备宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记

技术领域

本发明总体涉及在宝石或工业金刚石上形成最好是微小标记的标记，并为该工序设置宝石或金刚石。这里使用的术语“微小标记”是宝石或工业金刚石上的任何非常小的标记。标记可以是例如珠宝零售商、制造商或商业组织的名称或标志的可识别的商标或厂标。可以将标记施加在工业金刚石上，某些金刚石(例如拔丝模)具有抛光的表面。然而，本发明更适用于珠宝领域，标记施加在宝石的最好是顶切面的抛光小面之一上。已经提出不同的建议以便在宝石或工业金刚石上形成肉眼不可见的标记，因此在宝石的情况下，小面上的标记在珠宝安装中将是可见的。在严格含义下，在表面内(而不是在其上)形成标记的大多数不同工序是通过去除材料(即磨削)来形成的。但是，按照传统的用法，这里使用的例如“在表面上”的表达方式包括这种磨削。

主要控制标记的深度来将标记的可见性限制在不影响美观以及特别是钻石的宝石价值的程度。最好是标记使其不影响钻石的内部清晰度。通常，标记对于肉眼不可见。在广义上，标记应该不影响宝石的漂亮或美观的外表。有不同的标准，但是正常需要是内部缺陷在放大10倍情况下对于在10倍放大镜的帮助下的肉眼不可见，尽管对钻石进行标记变得更加广泛，某些可见的标记是可以接受的，特别是该标记严格来说不是内部缺陷。例如，面积为1mm²、蚀刻深度为25nm或50nm的标记是可以接受的，尽管它们在放大10倍的某些照明条件下是可见的。深达500nm的更深标记也可以接受，最小深度是大约20或30nm。但是，最好是宝石上的标记应该足够浅，从而对于任何区域不产生显著的光散射。在WO97/03846中，描述了可以形成的标记尺寸。形成的标记线的宽度∶深度比从大约20∶1到大约3000∶1，但优选的范围是从50∶1到1000∶1。

标记以任何适当的方式形成。一种方式是使用微刻技术，其中小面用抗蚀剂或光致抗蚀剂旋涂，并且掩模的图像使用使得抗蚀剂曝光的曝光辐射投射到涂覆的小面上(通常使用相对于掩模显著减小图像尺寸的透镜系统)，或者使用运动光束在涂覆的小面上写入图像(直接光束写入法)。接着显影抗蚀剂以便除去所选部分，实际上在小面上提供接触掩模。在显影期间，抗蚀剂的曝光和未曝光区域以不同速率显影，在正性抗蚀剂中，曝光区域更容易溶解，使得未掩模的表面或小面留在曝光区域内。在Thompson等人的第二版“Introduction toMicrolithography”(1994)中详细描述了微刻技术。宝石或工业金刚石可以使用例如等离子蚀刻磨削，如US 5 344 526或WO 98/52773中所述。另一方法是使用直接冲击钻石或宝石表面的辐射，该辐射通过掩模投射或直接写入该表面，如WO 97/03846所述。

本发明尤其涉及安装和制备宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记。

本发明第一和第二方面的背景

希望增加对于宝石或工业金刚石进行标记的速度。一个问题是花费许多时间来设定宝石或金刚石。该表面应该准确地设定成与曝光辐射垂直，使得图像的完整区域清晰，最大倾斜误差的实例是大约0.1°或0.2°。虽然允许相当大的误差，例如高达±100微米，该表面通常应该设定在特定的高度上；高度上的小差别可以通过可调整的聚焦矫正，只要进行标记的表面不太远离设备的参考平面即可。但是，蚀刻的速度对于将要蚀刻表面的高度很敏感。因此，希望提供保持宝石或金刚石的表面与曝光辐射垂直并保持在与预定高度总体靠近的高度上的方法。由于金刚石需要用抗蚀剂旋涂并加热以便固定抗蚀剂，保持必须牢固，并且加热到例如105°、110°或115℃长达50到70秒不显著改变宝石或金刚石的定位。

WO 00/76583提出此问题的解决方法，即提供金属板形式的保持器，该金属板具有柱形通孔，该通孔具有与将要安装在板内的金刚石的尺寸相同的尺寸。板放置在平的参考或接触表面上，并且金刚石以顶切面向下方式插入孔，使其顶切面与接触表面接合。插塞插入每个孔，并且粘合剂施加在金刚石和插塞以及插塞和孔之间，粘合剂干燥以便将插塞和金刚石固定在孔中。该解决方法需要带有不同尺寸的孔的范围广的保持器，并且存在略微大尺寸的金刚石卡在孔中或不能正确调平或不能牢固固定的危险，并还存在金刚石上的点碎裂的危险。

通常，宝石或金刚石以适于所有涉及标记的工艺的方式保持。除此之外，安装方法应该简单，并且尽可能快速安装、拆卸和清理。在大多数标记方法中，加上安装工序本身有六种主要的方法。列出它们所需特性：

安装-应该快速、干净、安全、可靠、廉价和简单；

清理-应该是完全干净的顶切面；

旋转-应该是宝石或金刚石的传统处理和固定保持方法；

烘焙-下面将进行说明；

曝光-将要标记的表面应该调平，如上所述；

显影-应该是传统的处理方法；

蚀刻-支座应该是真空相容，并且宝石或金刚石应该与支座对中，其误差在0.5mm内；

拆卸-相对于安装而言；

支座和宝石的清理-相对于安装而言。

使用以下步骤是公知的：

热熔粘合剂-其温度高于40℃的健康和安全极限，并且对于宝石和保持器需要经常使用酸进行化学清理；

常温粘合剂-其具有长的固化时间并通常需要酸浸蚀来去除；

机械爪保持-它相对大和昂贵，并且需要费时的设定，对于不同的宝石和金刚石有显著的变化，并且热传导性不好。

这些问题已经妨碍了在金刚石上蚀刻标记的特殊微刻技术的商业使用，总体上也是如此。

本发明的第一方面的目的是克服或消除现有技术的至少一个缺陷，或提供一种与安装宝石或金刚石相关的有用的选择。

本发明的第一方面

本发明的第一方面提供权利要求1、37或38所述的方法和权利要求41所述的保持器。从属权利要求要求了优选和/或任选的特征。因此总体上，按照本发明，宝石或金刚石放置在模具中，将要标记的表面与接触表面接合，设定或保持材料围绕宝石或金刚石模制并将宝石或金刚石固定保持，使其不能相对于保持材料运动，并且限定平行于接触表面或与其共面的定位表面。该定位表面可位于保持材料上，但更方便的是将宝石或金刚石保持在容器内并将定位表面位于容器上。

所提出的步骤不需要按照上面提出的顺序，例如，根据情况，在将宝石或金刚石放置在容器内之前或之后，用液体保持材料填充容器。如果容器是圆形的，可以说它具有单个侧壁。

该方法提供一种设定宝石或工业金刚石的方式，使得各自小面或表面与参考表面共面，因此使得宝石或金刚石便于处理并快速和简单地定位以便用曝光辐射处理。一个优点是对于大多数宝石的形状和尺寸只需要一定尺寸的容器。宝石或金刚石可以安装在单个车间中，以便输送到其他地方进行标记。安装的金刚石或其来源通过标示容器或保持材料进行识别，或将染料或显迹装置或隐藏的标示物质结合在保持材料中。

最好是保持材料不应该粘接在宝石或金刚石上，以便避免以后的清理问题，纯粹通过机械互锁装置(即通过形状)保持宝石或金刚石。但是，宝石或金刚石通过保持材料固定保持并不相对于保持材料在垂直于将要标记的表面的方向或在平行于该平面的方向上运动。在宝石的情况下，实际上当支承边缘由保持材料保持时，保持材料将所有力传递到支承边缘上。

至少在理论上，如果通过旋涂施加抗蚀剂，保持材料的相关表面可与宝石或金刚石的小面或表面共面，使得任何小球或边缘形成在将要标记的表面之外；但是，如果由于不连续性形成小球，标记将离开该表面的边缘形成。

抗蚀剂只覆盖将要标记的表面，并且在蚀刻期间，除了将要标记的表面之外的宝石或金刚石的所有部分可通过保持材料保护，防止其他小面进行不需要的蚀刻。因此，在宝石小面的情况下，围绕小面的宝石所有部分可覆盖保持材料，保持材料的上表面与将要标记的表面共面。

采用本发明，可以使用相对便宜和可靠的设备施加高质量的标记，使得本发明的方法以节省成本的方式与抛光宝石或工业金刚石的制造方法结合在一起。

通常，如果使用抗蚀剂，保持材料应该在所述抗蚀剂烘焙温度下稳定。可以使用不同类型的保持材料。

第一优选的保持可以是柔性或弹性的，例如是弹性体。弹性体是橡胶或橡皮带；尽管不局限于此限定，弹性体是一种材料(可以是天然橡胶、合成橡胶或塑料材料)，室温下该材料在低应力下拉伸到其原始长度的至少两倍的长度，并在松开拉力之后马上有力地返回到其大致原始长度。这里使用的词汇“弹性体”具有普通含义，但不局限于此。例如在旋涂抗蚀剂时，如果保持材料足够牢固地保持金刚石，由于在关键阶段(即曝光该表面以便形成标记)可以允许一定的柔性，金刚石实际上没有受力。使用柔性或弹性保持材料的优点在于在工序结束、表面已经进行标记时，例如使用相对小的力量，通过从后背向外推动将宝石或金刚石向外弹出；由于保持材料将剥落(如果它在容器内)并接着扔掉或回收，此时保持材料是否变形超过其弹性极限并不重要。容器不需要清理。在拆卸宝石或金刚石之后，宝石或金刚石只需要去除抗蚀剂的清理。

对于柔性或弹性保持材料的硬度进行选择并作出折衷。保持材料越硬，蚀刻和清理期间的定位和抗力越好。但是，如果保持材料太硬，更难以取出宝石或金刚石，并且对于例如卵形的某些特殊形状的宝石来说，如果保持材料太硬，会有切掉拐角的危险。通常，保持材料可以足够弹性或柔性，以便能够将宝石或金刚石在垂直于将要标记的表面的方向上推出保持器，而没有使得保持材料块脱离，尽管在保持材料中也许有一些裂纹。更优选的是，尽管保持材料可以变形超过其弹性极限，在保持材料中没有裂纹。对于圆的多面形琢型石来说可以使用最硬的保持材料，并且以肖氏(硬度)A级测量，肖氏硬度可例如从大约60或70到大约100；对于圆的多面形琢型金刚石来说，优选的硬度是大约92。理论上，即使由聚合物制成，该保持材料可在室温下很硬，并加热以便取出宝石，但这不是所希望的。保持材料可以是透明的，透明可以帮助对齐特别“奇怪”的形状，即宝石在平面视图内不是圆形的。导热性越低越好。适合的塑料是热塑材料或合成橡胶，最好是改变性能的热塑材料(即可熔化并且固化)。但是，保持材料可通过注射预制件制成，使得保持材料通过化学反应制成。同样，尽管优选方法是使用热注射模制，可以找到适合的聚合物，该聚合物可常温注入并通过化学反应定形。

第二类型的保持材料是易碎的，使得保持材料在标记工序结束时便于破坏，以便松开宝石或金刚石，而没有损坏宝石或金刚石的危险。该保持材料可注射模制成易碎聚合物或其预制件或以其他方式插入。

第三类型的保持材料是高于其熔点的液体，其通过正常冷冻或固化定形。如果选择具有高导热性的保持材料，宝石或金刚石可在短时间内加热并且其温度可准确控制。宝石或工业金刚石与该保持材料进行良好的热接触。

一种这样的保持材料是例如铟的金属或其合金。可以使用除了铟之外的金属或合金。优选的合金是共晶合金，这是由于它们具有单个熔点，一种这样的合金是锡/铋合金。铟具有高的导热性，并且其熔点大约是156℃，这意味着它可以方便地熔化。抗蚀剂烘焙温度安全地位于熔点之下，并且可以使用过热的水进行烘焙。铟具有低的蒸汽压力。它趋于湿润金刚石。可以使用助熔剂。尽管在更高的温度下，铟在可以使用的温度下对于金刚石没有造成可测量到的损害，但存在蚀刻的危险。

在工序结束时，固化的第二类型的保持材料可进行熔化以便将其去除，任何留在宝石上的痕迹可以擦去。尽管如上所述铟趋于湿润金刚石，它不粘接在金刚石的表面上。如果留有任何痕迹，它们可例如用王水去除。

使用任何类型的保持材料有助于清理宝石或工业金刚石的表面。可以使用适当的清理化学品，而不溶解保持材料以及例如造成污染。保持材料相对柔软，并覆盖将要标记的小面或表面的锋利的边缘或拐角，在机械清理期间防止或减小清理擦拭物和类似物的摩损。

不同尺寸和形状的宝石和金刚石可安装在相同尺寸的保持器中。通过适当配置，多个宝石可安装在一个保持器中。

容器可以是任何适当的类型。例如，它可具有靠着接触表面放置的开口顶部，或者它可具有靠着接触表面放置的开口底部，或者它可采用环的形式，该环的顶部和底部靠着接触表面放置，如果需要，另一端由另一构件闭合。在最为广义的概念中，容器不需要形成保持器的一部分，但可只用来模制保持材料就位，随后取出，或者形成保持材料和宝石或金刚石从中取出的模具。如果容器不形成保持器的一部分，保持材料必须足够刚硬。容器或模具上的定位表面限定保持材料上的相应表面，以便定位保持器从而进行例如曝光抗蚀剂的另一工序，从而形成标记，使得容器定位表面间接定位保持器以便进行另一工序。定位表面可以是容器或模具与接触表面相对的表面。作为选择，定位表面可以是接触表面，使得保持材料上的相应表面与将要标记的宝石或金刚石表面共面。在此选择例中，保持器可定位在用于曝光步骤的台子或台板之下，在台子的下表面上对齐，并且在台板内设置用于曝光辐射的孔。

本发明的第二方面

本发明的第二方面提供如权利要求25所述的方法和如权利要求45所述的保持器。从属权利要求要求了优选和/或任选的特征。

本发明第三方面的背景

通常，上面提到的抗蚀剂在其已经施加时必须烘焙。烘焙的温度和时间是重要的，这是由于抗蚀剂的所需曝光量取决于抗蚀剂的性质和已经烘焙的程度。如果烘焙不正确，曝光将不正确，例如，烘焙时间必须不太长，以致于抗蚀剂干透。温度和时间如上所述。

本发明的第三方面的目的在于克服或消除现有技术的至少一个缺陷，或提供与烘焙抗蚀剂相关的有用的选择。

本发明的第三方面

本发明的第三方面提供如权利要求31所述的方法。从属权利要求要求了优选和/或任选的特征。

使用热泵可以实现非常准确地控制加热时间和温度以及快速加热和冷却。

本发明在总体思想在于无论保持器和保持材料的配置如何，或即使宝石或金刚石只卡在保持器上，宝石或金刚石的与将要标记的表面相对的部分可布置成不被保持材料或粘合剂覆盖，使其自由或暴露，并且使得该部分可以加热或冷却以便加热或冷却宝石或金刚石。如果使用保持材料，所述部分最好从周围保持材料伸出。以此方式，宝石或金刚石可例如使用珀尔帖热泵直接加热或冷却，或者使用蒸汽或例如过热的水或结合物的热液体加热。可以使用其他加热方式，例如通过辐射将要标记的表面，或者用远红外线辐射宝石或金刚石的相对侧。如果宝石或金刚石由低导热性的保持材料包围，或者由空气包围，可以获得快速加热和冷却以及准确的温度控制。本发明的这一方面可很好地控制石印方法。

优选实施例

本发明将进一步通过实例并参考附图进行描述，附图中：

图1a～1d是表示在第一保持器中设置宝石的方法的示意垂直截面图；

图2是表示在第二保持器中设置宝石的方法的示意垂直截面图；

图3是表示第三保持器的垂直截面图；

图4是通过用于在第三保持器中设置宝石的模制工具的局部截面图；

图5是表示第四保持器的垂直截面图；以及

图6是通过珀尔帖装置的一部分并表示正在加热或冷却的第三保持器中的金刚石的垂直截面图。

图1a～1d-第一保持器

图1a表示放置在加热台板或热板2上的保持器1。保持器1包括已经通过加热液化的保持材料3。保持器1由底部4和向内倾斜的侧壁5形成，使得保持器1提供上开口。侧壁5的顶部是平的并提供参考或定位表面或平面6。底部4的下侧可严格地平行于参考平面6并位于其下方预定距离处，而且用作定位表面。

在第一保持器中安装金刚石

金刚石7放置在真空吸盘8(真空施加在中央导管9上)的中央，并且通过真空保持就位。吸盘8限定用于保持器1的盖子，其中平的下表面10用作接触表面，金刚石7的平的顶切面7a靠置在下表面上。下表面10由向下突出部11包围，该突出部在吸盘8降低时包围侧壁5。

如果保持材料3是铟，台板2可加热到170℃的温度，高于156℃的铟熔点温度。

吸盘8降低直到其下表面与保持器1的顶部接触为止，当参考平面6与表面10(图1b)接合或重合时。向内倾斜的侧壁5降低熔化保持材料渐射到吸盘8的下侧上的任何趋势，使得任何渐射向内指向。快速降低金刚石7可冷冻保持材料3；使得人们使用非常快速的方法，压入金刚石7，并接着抬起吸盘8。作为选择，在这种情况没有出现的工序中，以金属丝12为形式的另一保持材料可通过开口或通道12引入，直到保持器1完全充满为止，金属丝12当其通过接触保持器1(如果接触的话)加热熔化并与已经熔化的保持材料3在一起。在另一可选择的工序中，使用足够的保持材料3以便升高到金刚石7的支承边缘之上，但是在保持材料3的表面和吸盘8下侧之间留有间隙。

保持器1接着冷却以便冷冻保持材料3(如果还没有冷冻的话)，例如通过降低热板2的设定温度，或施加冷却液体或更冷的固体到保持器1上。所需冷却的程度不是很大，这是由于保持材料3只要冷却到其熔点之下而不是室温。

吸盘8可用来从热板2上抬起保持器1和金刚石7，以便进一步进行冷却(图1c)。接着关闭真空。保持器1形成带有设置在保持器1内的金刚石7的金刚石夹，其中顶切面7a与吸盘8的下表面10、定位表面或平面6(见图1d)共面，并且严格地平行于底部4的下侧。金刚石夹(1)可与吸盘8分开。通过适当选择吸盘8的材料和保持材料3，金刚石夹(1)在真空不连续时坠落，例如，如果保持材料3是铟或铋/铅合金，吸盘8可由铝合金制成。

通常，保持器1和吸盘8可由铝或铝合金、黄铜、不锈钢或可加工的陶瓷制成。保持器1和吸盘8可以是圆的形状。

如果保持器1是适合的尺寸，并且设置适合数量的真空导管9，多个金刚石7可安装在保持器1内。

清理

金刚石7现在通过用浸入酒精的药签机械清理，或将金刚石7或金刚石夹(1)拉过光学透镜专用清理织物或类似物清理。作为选择，金刚石夹(1)可安装在真空吸盘上并围绕最好垂直于金刚石7的顶切面7a的轴线转动。在这种情况下，可以使用溶剂，随后旋转干燥，机械清理和任何其他适合的技术。

抗蚀剂涂覆

如果通过微刻技术对小面进行蚀刻，金刚石夹(1)可安装在真空吸盘上并围绕最好垂直于并通过金刚石7的顶切面7a的轴线转动。如果多个金刚石7已经设置在金刚石夹(1)内，该轴线应该大致通过金刚石夹(1)的中心线。

施加光致抗蚀剂至少覆盖金刚石7的顶切面7a。适合的正性抗蚀剂材料是由Shipley Company制造的Microposit 1818，它是酚醛清漆抗蚀剂。带有金刚石夹(1)和金刚石7的吸盘在通常为4000～8000rpm的高速下转动长达15～30秒。这造成金刚石顶切面7a大部分上的抗蚀剂膜的厚度为均匀的1～2微米。如果顶表面在金刚石顶切面7a、保持材料2的表面和金刚石夹(1)的侧壁5的顶部上连续，将没有小球或边缘形成在金刚石顶切面7a上。

预曝光烘焙

接着烘焙抗蚀剂。通常的条件是在115℃下进行1分钟。这可以通过将金刚石夹(1)放置在热板上完成，最好是使用真空吸盘将其保持紧密接触。热量通过预热板的接触进入金刚石夹(1)并快速传递到金刚石7。作为选择，通过感应加热、结合在金刚石夹(1)内的加热元件、或以例如用远红外线辐射来照射顶切面7a的其他适当方式来产生加热效果。金刚石夹(1)的温度可以通过安装在金刚石夹(1)内或与其接触的热电偶或类似物测量，并且该测量可控制加热装置调节温度。作为选择，热板的温度可以测量和控制。

在烘焙之后，断开热源并且金刚石夹(1)快速冷却。金刚石7现在准备进行抗蚀剂曝光。

光学曝光

金刚石夹(1)放置在适当的微刻设备的水平台板上以便将抗蚀剂曝光成与将要形成的标记相对应的图案，例如通过以缩小10倍的比例将掩模投射到金刚石顶切面7a上。曝光图像的定位、定向和焦距适当调节，金刚石顶切面7a严格地保持平行于设备的台板并严格地位于该台板之上的预定高度处。在可选择的配置中，金刚石夹(1)可通过压靠设置有开口的向下形成的对齐表面保持，金刚石顶切面7a通过该开口进行辐射。在此选择例中，底部4的下侧不需要严格地平行于参考平面6并位于该平面之下的预定距离处。

可以使用任何适合的辐射以便曝光抗蚀剂。对于Microposit 1818抗蚀剂，350～450nm波长范围内的电磁辐射是适合的。更短的波长使得图案分辨率更高。曝光可通过单个波长实现，例如采用在436nm的汞放电灯，或者采用波长带，例如过滤的钨/卤素灯。

后曝光烘焙

希望是将抗蚀剂经历后曝光烘焙。扩散的过程降低抗蚀剂内驻波或干涉条纹的影响。该工序与所述的预曝光烘焙的工序类似。

显影

抗蚀剂的显影是常规的。所使用的设备与所述的抗蚀剂旋涂器类似。

蚀刻

可以例如从Oxford Plasma Technology(UK)或South BayTechnology(USA)得到等离子蚀刻设备。可以使用DC放电蚀刻，但最好使用无线电频率等离子以避免金刚石充电的问题。活性离子蚀刻是优选的，金刚石安装在蚀刻器的受驱电极上而不是安装在地电极上。在一个实例中，金刚石相对于例如100～1000伏的等离子产生负性偏压电位。来自等离子的高能离子的冲击可造成碳的未反应金刚石同素异形体转变成例如石墨的更加活性的形式。可以供应纯氧或氧/氩混合物或空气以便氧化石墨。优选的等离子是75％的氩和25％的氧，尽管作为选择可以使用纯氧蚀刻，随后是纯氩蚀刻以便去除表面上的氧。

松开

在蚀刻之后，为了松开金刚石7，金刚石夹(1)放置在热板上直到保持材料3熔化为止。金刚石7向上浮起并用真空吸盘或镊子取出。

图2-第二保持器

图2表示保持器21可以放置在金刚石7之上。参考或定位表面或平面6由保持器21的侧壁22的底部限定，该底部具有底部开口。保持器21的顶部的上侧可严格地平行于定位平面6并位于该定位平面之上的预定距离处。金刚石放置在台板23上，该台板具有形成接触表面的平的上表面10并通过开口24的抽吸作用保持于此。保持器21具有顶部开口25以便供应以金属丝12为形式的保持材料3。保持器21不需要完全填充。当已经加入足够的保持材料时，进行冷却，抽吸停止，并且保持器21抬起离开台板23，其中金刚石7设置在保持器21内。此配置的优点在于首先覆盖接触表面10，并且如此形成的保持材料3是平的，没有任何波痕。

保持器21可以对于保持器1所进行描述的任何方式定位在微刻设备内。

图3-第三保持器

第三保持器或金刚石夹31具有形成单个侧壁的圆环形的金刚石夹环或容器32，其中下切部33具有半个燕尾的形状。该环具有两个注射模制浇口34并包括保持材料35，该保持材料固定地保持多面形琢型金刚石7，金刚石具有顶切面7a、底面7b和支承边缘7c。保持材料35的顶表面与顶切面7a共面，在支承边缘7c之上和之下(在垂直于顶切面7a的方向上前后观看)存在保持材料35，使得金刚石7通过保持材料35固定地保持，并且不能相对于保持材料35在垂直于顶切面7a的方向或平行于顶切面7a的方向上运动。金刚石底面7b从周围的保持材料35伸出。

图4表示如何形成金刚石夹31。图4表示具有主体41的注射模制工具。在所示的配置中，主体41具有两个注射模制或模具空腔42，两个倾卸空腔43和带有主体41内适当导管的真空连接件44。每个模具空腔42具有销子或类似物(未示出)以便在空腔内定位金刚石夹环32，其中一个浇口34与主浇口45连接，并且其他的浇口与倾卸空腔43连接。两个对中销46可在主体41内垂直滑动并通过螺旋压缩弹簧47向上偏置。弹簧47应该提供牢固的小压力，但足以在模制之后向上推动对中销46。左侧表示对中销在模制位置，而右侧表示对中销46在受力位置，即高位置。弹簧47由翼形螺钉48保持，螺钉48旋入主体41，并且主体41承载由帽螺钉50保持就位的翼形螺钉止挡49。每个翼形螺钉48的底部载有阻挡排放销51，该销向上进入各自对中销46内的中心孔46a。每个对中销46具有横孔52，并在其顶端限定柱形空腔53以便保持插件54。在主体41之上具有可抬起的顶板55，只由左侧部分示出，并在其闭合位置。

模制过程如下：

1.将金刚石夹环32加载到模具空腔42内。

2.在插件54顶部的凹口内定位每个金刚石7的底面，该凹口由插件54内的孔56形成。只出于说明目的，图4表示左侧插件54上的0.25克拉(0.05克)的金刚石7和右侧插件54上的2克拉(0.4克)的金刚石7。使用真空将金刚石7保持就位。插件54的顶部凹口将金刚石7对中，如果金刚石是例如多面形琢型并且向上保持顶切面7a。尽管对于不同重量的金刚石可以使用相同尺寸的插件54，可以提供不同尺寸的插件54。另外，如果金刚石是例如具有龙骨的高价琢型，可以提供特殊形状的插件。如下面说明，多余的保持材料不应该进入孔56，并且允许的最大间隙大约是30微米。

3.顶板55降低。它向下推动金刚石7，压缩弹簧47并造成金刚石顶切面7a与顶板55的下侧固定接合，使得金刚石顶切面7a邻靠由顶板55的下侧提供的接触表面，并且调平。实际上，金刚石7对中夹紧并夹平。如图4左侧所示，当对中销46向下推动时，阻挡排放销51进入中心孔并大大降低通道的尺寸。

4.旋转翼形螺钉46以便轻轻地将对中销46锁定就位，并防止向下推动对中销46的注射模制的压力。

5.该工具放入注射模制机器中并且液体弹性保持材料35从主浇口45注入，第一部分直接通过各自金刚石夹环32并进入倾卸空腔43以便倾卸冷却的最初加料并排出空气。阻挡排放销51周围的受限制的通道使得空气在金刚石7和插件54之间泄漏，但该间隙足够小以便防止保持材料35泄漏到真空通道内。但是，孔56和空腔53将由保持材料35填充，使其具有铆钉头的形状。由于浇口34在金刚石夹环32的侧部，保持材料35没有从金刚石夹32的顶部伸出的问题。通常，保持材料是否填充金刚石夹32并不重要，只要金刚石7锁定就位即可，但该配置是金刚石环32将被填充。

6.该工具从注射模制机器中取出，并且翼形螺钉48退后。

7.顶板55抬起，当弹簧47向上推动对中销46是，抬起已经固定在金刚石夹环32的金刚石7以便形成金刚石夹31。

8.金刚石夹31抬起离开对中销46的顶部。如果保持材料35在金刚石7后面泄漏，插件54将与金刚石夹31一起离开，但由保持材料35的“铆钉头”截住。“铆钉头”接着撕开；保持材料35将在最小截面区域处断裂，该区域是金刚石底面7b座置在插件54的孔56内的位置。撕开“铆钉头”暴露底面7b。如果在底面7b上有任何多余的保持材料35，它们可用镊子摘掉。

9.多余的保持材料35拉出倾卸空腔43和流道等。

10.插件54重新放置在对中销46中。

循环时间可以是大约1分钟(每两分钟四个金刚石夹31)，并且不需要预热。如果保持材料35是Elastron G 1047，可以在180温度下注射。模制工具和金刚石夹31不到达高于40℃的温度，因此不影响健康和安全。金刚石7可在0.5mm的范围内对中。使用非常少的保持材料35，其成本因此降低；同样，如果适合，它可以回收。

金刚石夹31现在包括金刚石7，其顶切面7a严格地平行于金刚石夹环32的上和下表面(端表面)，两个表面可形成定位表面。通常，希望保持材料35将略微收缩。保持材料35在下切部33(见图3)下面接合，并且当保持材料35收缩时，由于对称布置，尽管金刚石顶切面7a将严格地保持平行于金刚石夹环32的顶部，该下切部略微向下拉动金刚石7。下切部33将保持材料35锁定在金刚石夹环32上。

对于保持工具来说可以使用任何适合的材料。但是，在一个实施例中，主体41由工具钢制成，顶板55由例如聚碳酸酯的透明塑料制成，例如Macrolon(可以看到其内部)，如果由于保持材料35在金刚石夹环32的顶边缘上蠕动而存在问题，顶板55可以在其下表面上设置橡胶衬底。插件54由乙缩醛和聚甲醛树脂制成，例如Delrin，其对于对中来说足够刚硬，并留有小的空气通道，但将不使得金刚石7破碎。金刚石夹环32本身可由不锈钢或铝合金或铝制成。

图5-第四保持器

第四保持器或金刚石夹36类似于金刚石夹31整个由保持材料35形成，但没有金刚石夹环32。所示的金刚石夹36已经模制在图4的工具的注射模制空腔42内，流道随后去掉。保持材料35是硬聚合物，并且选择插件54的聚合物和材料使得保持材料35将不粘接在插件54上；以此方式，插件54可抬起离开对中销46，但将通过渗入孔56的聚合物保持在金刚石夹36中，并可以如上所述分开。模具空腔的顶部和底部限定定位表面，该表面形成金刚石夹36的顶部和底部表面，并间接定位金刚石顶切面7a以便形成标记。因此金刚石夹36的任何顶表面和底表面可用作定位表面。

图6

对于所述的“预曝光烘焙”以及对于“后曝光烘焙”，可以使用珀耳帖装置或热泵(热电冷却器)，两者可用来加热金刚石7并将其冷却。

图6表示其一部分的珀耳帖装置是标准的热泵，其具有带有加热器尖端63的珀耳帖单元62。尖端63形成有包括液体结合物65小滴的空腔64。尖端夹66成形为容纳可以落下的金刚石夹31(或36)(图6表示其略微抬起)，使得结合物65湿润金刚石7的底面7b。以此方式，加热金刚石7，加热顶切面7a上的抗蚀剂以便烘焙抗蚀剂(未示出)。在适当烘焙时间之后，珀耳帖热泵61进行转换，并且金刚石7快速冷却。结合物65设置在大约70℃下，尽管它不湿润金刚石7，但始终提供良好的热接触。随后，金刚石夹31(或36)可仅仅抬起，不需要进行清理。

使用珀耳帖装置出色地控制了烘焙循环。可以有3～4秒的快速加热时间和12～15秒的快速冷却时间，并且在110℃下烘焙一分钟。保持材料35可进行选择使其不被加热损坏。由于保持材料35可以是绝热元件，金刚石夹环32保持冷却并可以处理，并避免多余的热损失。

金刚石夹31或36接着如所述处理，从“清理”到“蚀刻”。对于金刚石夹31情况下的“松开”来说，金刚石7仅通过使用适当的非金属工具在底面7b上按压，从而推出金刚石夹31。保持材料35的其余部分可从金刚石夹环32上撕开，并且金刚石夹环32回收。在金刚石夹36的情况下，如果保持材料35太硬而不能使得金刚石推出，可以切去保持材料35。

除非文中清楚需要其他说明，在整个说明书和权利要求中，与排他或用尽的含义相反，词汇“包括”、“包括有”和类似措辞应理解为范围广的包括；也就是说，是“包括但不局限于”的含义。

整个说明书中对于现有技术的描述绝不理解为是如下认同，即这种现有技术被广泛公知或形成本领域公知常识的一部分。

本发明纯粹通过实例进行描述，并且可以在延伸到所述特征的等同概念上的本发明的精神内进行变型。

Claims (48)

1.一种安装宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记的方法，其包括将该宝石或金刚石放置在容器内，将所述表面与接触表面接合，并围绕该宝石或金刚石模制保持材料，方法是以如下方式在该容器的一个或多个侧壁和该宝石或金刚石之间填充液体保持材料，使得至少将要标记的表面保持自由，该宝石或金刚石不接触该容器的侧壁，并且在垂直于将要标记的表面的方向上观看，该保持材料位于该宝石或金刚石的前和后部分，使得设置保持材料时，该宝石或金刚石通过该保持材料固定保持，并造成或使得保持材料固定，该容器限定与将要标记的表面平行或重合的定位表面，该定位表面可直接或间接使用以便将带有将要标记的宝石或金刚石总体定位在预定平面内，从而进行形成所述标记的另一工序。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，围绕该宝石或金刚石的连续环状保持材料将该容器的一个或多个侧壁与该宝石或金刚石分开。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该容器具有开口，其边界限定所述定位表面，在模制该保持材料之前该开口的边界与所述接触表面接合，并且在模制之后该开口的边界与所述接触表面脱开，因此将该宝石或金刚石设置在容器内，其中将要标记与所述定位表面共面。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该容器的开口位于最上边，并且该宝石或工业金刚石降低到该容器内。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该容器由底部和一个或多个在向上方向上向内倾卸的壁限定。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述接触表面具有向下的突出部，该突出部定位成使其在与开口的边界接合时围绕所述开口的边界。

7.如权利要求4～6任一项所述的方法，其特征在于，在相对降低该宝石或工业金刚石到容器内之前，该容器至少部分填充保持材料。

8.如权利要求4～7任一项所述的方法，其特征在于，在接触表面上有至少一开口，以便当接触表面与该开口的边界接合时将保持材料供应到容器内。

9.如权利要求4～8任一项所述的方法，其特征在于，在容器内放置该宝石或金刚石之后，将另外的保持材料供应到容器内。

10.如权利要求4～9任一项所述的方法，其特征在于，该容器大致填充液体保持材料，使得该保持材料与所述接触表面接合。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该容器具有限定所述定位表面的底部开口，将要标记的表面放置在所述接触表面上，该容器放置在所述接触表面上的宝石或金刚石之上，以便将宝石或金刚石放置在该容器内，并且液体保持材料供应到该容器。

12.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，该宝石或工业金刚石通过抽吸压靠所述接触表面来进行保持。

13.如权利要求1～11所述的方法，其特征在于，该宝石或金刚石放置在具有容纳宝石或金刚石的与将要标记的表面相对的一侧的凹口的构件，并且该带有凹口的构件抬起以便将所述宝石或金刚石压靠所述接触表面保持，该接触表面形成该容器的顶部。

14.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，该容器包括环形构件，该构件设置一个或多个侧壁，在模制期间设置至少一分开的底部构件，并在模制之后去除，使得该宝石或金刚石保持在由该环形构件围绕的保持材料中。

15.如权利要求1～4、13和14任一项所述的方法，其特征在于，该保持材料通过注射模制插入。

16.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，该容器的一个或多个侧壁是下切的。

17.如权利要求1～14任一项所述的方法，其特征在于，该保持材料是铟。

18.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，该保持材料是聚合物。

19.如权利要求1～16所述的方法，其特征在于，该保持材料是弹性物或弹性体。

20.如权利要求1～16所述的方法，其特征在于，该保持材料是柔软的。

21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，在该标记已经形成在该宝石或金刚石的表面上时，通过在垂直于将要标记的表面的方向上推出，将该宝石或金刚石从保持材料中取出。

22.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，将要标记的表面是宝石的顶切面。

23.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，该宝石或金刚石的与将要标记的表面相对的部分不被保持材料覆盖，使得所述部分可加热或冷却以便加热或冷却该宝石或金刚石。

24.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述部分从周围的保持材料伸出。

25.一种安装宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记的方法，其包括以如下方式围绕该宝石或金刚石放置柔性或弹性的保持材料，使得至少将要标记的表面保持自由，并且在垂直于将要标记的表面的方向上观看，该保持材料位于该宝石或金刚石的前和后部分，使得该宝石或金刚石通过该保持材料保持。

26.如权利要求25所述的方法并与权利要求1～4、13～15和21～24任一项所述的方法相结合。

27.一种在宝石或工业金刚石的表面上形成标记的方法，其包括按照上述权利要求任一项的方法制备该宝石或金刚石，并直接或间接使用所述定位表面定位该宝石或金刚石，使得所述宝石或金刚石的表面与参考曝光平面平行并大致与其共面。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，包括旋涂施加表面层到将要标记的表面上。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，该表面层是光刻抗蚀剂。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该光刻抗蚀剂在施加之后进行烘焙。

31.一种安装和制备宝石或工业金刚石以便在其表面上形成标记的方法，其包括将该宝石或金刚石固定在保持器上，使得将要标记的表面可以接近，并且该宝石或金刚石的与将要标记的表面相对的部分可以接近，在将要标记的表面上施加抗蚀剂，并通过将所述部分热连接到热泵上烘焙抗蚀剂。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述部分伸出，并且其中该热泵具有限定容座的加热器，液体金属包含在该容座内，并且所述部分放置在液体金属内以便将该宝石或金刚石热连接到热泵上。

33.如权利要求31或32所述的方法，其特征在于，该热泵是热电冷却器。

34.如权利要求31～33任一项所述的方法，其特征在于，所述部分随后通过该热泵冷却，以便冷却该宝石或金刚石。

35.如权利要求31～34任一项所述的方法并与权利要求1～30任一项所述的方法相结合。

36.如权利要求29～35任一项所述的方法，其特征在于，在辐射抗蚀剂以便曝光该部分之后，通过施加显影液体显影图像，同时旋转该宝石或金刚石。

37.一种安装宝石或工业金刚石以便在其上形成标记的方法，其包括如同参考附图的图1a～1d或图2或图3和4和图5在这里描述的那样设置该宝石或工业金刚石。

38.一种在宝石或工业金刚石的小面上形成标记的方法，大致参考附图的图1a～1d或图2或图3和4和图5在这里进行描述。

39.如权利要求27所述的方法，并大致参考附图的图6在这里进行描述。

40.一种通过权利要求1～26任一项所述的方法安装的宝石或工业金刚石。

41.一种保持宝石或金刚石以便在其表面上形成标记的保持器，该宝石或金刚石由该宝石或金刚石周围的保持材料保持，该保持材料使得将要标记的表面自由，并且在垂直于将要标记的表面的方向上观看，保持材料位于该宝石或金刚石的前和后部，使得该宝石或金刚石通过该保持材料固定保持，该保持器限定与将要标记的表面重合或平行的定位表面，该定位表面可用来在预定平面内定位带有将要标记的表面的宝石或金刚石，以便进行形成所述标记的另一工序。

42.如权利要求41所述的保持器，其特征在于，该保持材料包含在刚性环内，环的一个或多个端面限定所述定位表面。

43.如权利要求41或42所述的保持器，其特征在于，该保持材料是弹性物或如下聚合物。

44.如权利要求41～43任一项所述的保持器，其特征在于，该保持材料已经注射模制。

45.一种保持宝石或金刚石以便在其表面上形成标记的保持器，该宝石或金刚石由该宝石或金刚石周围的弹性或柔性保持材料保持，该保持材料使得将要标记的表面自由，并且在垂直于将要标记的表面的方向上观看，保持材料位于该宝石或金刚石的前和后部，使得该宝石或金刚石通过该保持材料固定保持。

46.如权利要求45所述的保持器，其特征在于，该保持材料已经注射模制。

47.一种通过权利要求27～30和39任一项所述的方法制备的宝石或工业金刚石。

48.一种通过权利要求27～30和39任一项所述的方法在其上形成标记的宝石或工业金刚石。

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