DE19608937C2

DE19608937C2 - Verfahren zum Herstellen eines Markierungsträgers

Info

Publication number: DE19608937C2
Application number: DE19608937A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Michel; Andreas Dr Franz; Alfons Dipl Ing Spies
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: DE19608937A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Markie rungsträgers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nach dem Stand der Technik werden Markierungsstrukturen für einen Mar kierungsträger zunächst photolithographisch in Photoresist erzeugt und an schließend in weiteren Prozeßschritten (naßchemisches Ätzen, "Liftoff", etc.) auf den Markierungsträger übertragen. Mit jedem zusätzlichen Prozeßschritt verringert sich aber naturgemäß die Exaktheit der Markierung.

Aus der DE 25 15 574 B2 ist es bereits bekannt, die Markierungen von Prä zisionsmaßstäben aus Metall mittels eines Impulslasers (Hochleistungslasers) herzustellen. Dabei wird die Maßstaboberfläche poliert und danach mittels eines Laserstrahlblitzes gezielt Material durch Verdamp fen abgetragen, so daß stufenartige Beugungsgitter gebildet werden.

In der DE 30 42 650 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Maßstäben beschrieben, bei dem auf ein Substrat eine Beschichtung aufgetragen wird, in der dann mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls Markierungen u. a. durch lokales Verdampfen der Beschichtung erzeugt werden.

Die vorgenannten Verfahren, die zur Erzeugung von Markierungen Laser strahlen benutzen, weisen den Nachteil auf, daß beim Materialabtrag durch Verdampfen Wärmebelastungen entstehen können, welche die Genauigkeit des Maßstabes beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen ei nes Markierungsträgers anzugeben, durch welches in möglichst wenigen Prozeßschritten eine Markierungsstruktur entsteht und durch das Markie rungen in Form einer Teilungsstruktur hinreichend genau herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Mit Hilfe der Zeichnung wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen noch näher erläutert.

Es zeigt Figur

Fig. 1 einen Markierungsträger mit Markierungs schicht;

Fig. 2 einen Markierungsträger mit polierter Oberflä che und

Fig. 3 einen Markierungsträger mit Gitterstrukturen, welche Sub-Strukturen aufweisen.

Bei den nachfolgenden Beispielen werden mit Hilfe hochenergetischer La serstrahlung direkt, das heißt mit einem Minimum an Verfahrensschritten, Markierungen in Form von Teilungsstrukturen auf einem Markierungsträger erzeugt. Dieses Verfahren ist für die wirtschaftliche Herstellung eines End produkts schnell genug. Die Dauer typischer Excimer-Laserimpulse ist mit ca. 20 ns so kurz, daß ein Belichten während des Bewegens möglich ist.

Ein in diesem Sinne mögliches Herstellungsverfahren wird im folgenden er läutert. Die Vorschläge beziehen sich auf periodische Gitter bzw. andere geeignete Teilungsstrukturen oder Markierungen.

In Fig. 1 ist ein Markierungsträger 1₁ dargestellt, der aus einem Substrat S₁ und einer Markierungsschicht T₁ besteht. Die Markierungsschicht T₁ ist hochreflektierend und in die Markierungsschicht T₁ ist eine Markierung in Form einer Teilungsstruktur TS₁ eingebracht. Dieses Darstellungsprinzip gilt auch für die folgenden Darstellungen, bei denen den Bezugszeichen jeweils die Figurenbezifferung als Index angehängt ist.

Es gibt unterschiedliche Strukturierungsmöglichkeiten, von denen hier die Veränderung der Oberfläche zur Verminderung der Reflektivität gemäß der Erfindung beschrieben werden soll.

Mit Hilfe von hochenergetischer Strahlung wird die hochreflektierende Oberfläche einer markierungsfähigen Schicht T₁ partiell aufgerauht. Die Markierungsschicht T₁ ist in herkömmlicher Weise als Goldschicht auf einem Stahlband als Substrat S₁ aufgebracht (siehe Fig. 1). Die markierungsfä hige Oberfläche kann aber auch direkt auf der Substrat-Oberfläche T₂ er zeugt werden, beispielsweise durch Polieren, was aus dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 ersichtlich ist.

Die hochenergetische Strahlung kann mit Hilfe des bereits erwähnten Exci mer-Lasers erzeugt werden. Für die Herstellung der Teilungsstruktur TS₁ oder TS₂ in Form eines Gitters wird die hochreflektierende Oberfläche der Goldschicht T₁ oder die polierte Oberfläche T₂ des Substrates S₂ mit Hilfe kurzer Laserimpulse von der Dauer von etwa 20 ns angeschmolzen, wonach es in den Impulspausen zur sofortigen Wiedererstarrung der Oberfläche T₁, T₂ kommt. Um eine Energiedissipation aus dem Bearbeitungsbereich noch während der Dauer des Laserimpulses zu vermeiden, können auch Impulse von deutlich kürzerer Dauer verwendet werden. Die erstarrte Schmelze hat eine andere Rauigkeit und damit andere optische Eigenschaften als die hochreflektierenden Oberflächen T₁, T₂, und es entsteht eine Teilungsstruk tur TS₁, TS₂ mit verminderter Reflektivität.

Dieser Effekt der verminderten Reflektivität kann verstärkt werden durch eine gewollte Sub-Strukturierung der Einzelstruktur in der Größenordnung der Wellenlänge λ, was in Fig. 3 anhand jeweils eines Gitterstriches TS₃ der Markierung schematisch dargestellt ist. Diese Sub-Strukturierung kann aus periodischen oder statistisch verteilten Mustern TS₃₁, TS₃₂, TS₃₃ beste hen, wie im unteren Teil der Fig. 3 gezeigt ist. Die statistische Verteilung gemäß TS₃₂ kann dabei nach einer geeigneten statistischen Funktion erfol gen. Diese statistische Funktion kann eine sogenannte "random"-Funktion sein. Die Sub-Strukturierung kann aber auch periodische Muster wie Punkte TS₃₁ oder Gitter TS₃₃ umfassen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Markierungsträgers vorzugsweise für eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung, dessen Markierungen in Form einer Teilungsstruktur mit Hilfe hochenergetischer Laserstrahlung erzeugt werden, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

- Bereitstellen eines Substrates (S₁, S₂, S₃) und Erzeugen einer hoch reflektierenden, markierungsfähigen Oberfläche (T₁, T₂, T₃) auf dem Substrat (S₁, S₂, S₃)
- Partielles Anschmelzen der hochreflektierenden Oberfläche (T₁, T₂, T₃) des Substrates (S₁, S₂, S₃) zur Erzeugung der Markierungen (TS₁, TS₂, TS₃) mit Hilfe von Strahlungsimpulsen eines Excimer-Lasers bei einer Impulsdauer von ≲30 ns;
- Erstarrenlassen der partiellen Schmelze zur Bildung von aufgerauh ten Markierungen (TS₁, TS₂, TS₃) mit einer optischen Eigenschaft, die gegenüber der Teilungsstruktur der hochreflektierenden Oberfläche (T₁, T₂, T₃) eine reduzierte Reflektivität aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine markie rungsfähige Oberfläche durch Polieren der Substrat-Oberfläche (T₂) er zeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine markie rungsfähige Oberfläche durch Aufbringen einer hochreflektierenden Markierungsschicht (T₁, T₃) auf die Substrat-Oberfläche erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Markie rung (TS₁, TS₂, TS₃) eine Gitterstruktur erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den einzel nen Gitterstrukturen eine Sub-Struktur (TS₃₁, TS₃₂, TS₃₃) überlagert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sub-Struktur (TS₃₁, TS₃₃) als ein periodisches Muster ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das periodi sche Muster (TS₃₃) als Gitter ausgeführt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sub-Struktur (TS₃₂) nach einer statistischen Funktion (Random oder Pseudo-Random) ausgeführt wird.