KR20010012915A - 다이아몬드에 마크를 표시하는 방법 - Google Patents

Abstract

식별 불가능한 정보 마크를 다이아몬드 원석의 절단면(Facet)에 표시하기 위하여 플라즈마 저항이 원석의 노출된 표면 전부에 사용되었고, 금층이 마크가 새겨질 부분의 절단면에 사용되었다. 절단면에 마크를 표시하기 위해 자외선 레이저를 이용하여 금속층과 저항층의 선택된 부분을 식각하였는데, 금속층에 전기적 연결이 된 다음, 적절한 깊이의 마크를 식각하기 위해 마스크 상에서 절단면이 플라즈마 식각되었다. 그 다음으로 저항층과 금층은 제거되었다.

Description

다이아몬드에 마크를 표시하는 방법{Marking Diamond}

본 발명은 육안으로는 식별할 수 없는 마크를 표시하기 위하여, 다이아몬드 표면을 식각하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 표시하는 마크는 어느 것이나 가능하며, 반드시 정보를 나타내기 위한 마크에만 한정되는 것은 아니다. 다이아몬드는 철사 제조틀(wire-drawing die)과 같은 산업용 다이아몬드도 가능하지만, 본 발명에서 특히 관심있는 것은 다이아몬드 원석에 마크를 표시하는 것이다. 마크가 원석의 투명도나 색의 수준을 떨어뜨리지 않고 원석의 절단면에 식각될 때, 상기 마크는 육안 또는 ×10 확대경(loupe)을 사용하여도 식별할 수 없는 정도인 것이 바람직하다. 확대경이 사용될 때, 식별 정도는 투명도 판단 기준에 관한 국제 공인 조건에 의해 평가되어야 하는데, 상기 조건은 ×10의 무색, 구면수차를 없앤(aplanatic) 확대경과, 조사조명(spot light)이 아닌 산란 조명 즉, 일반 조명을 사용하는 것을 의미한다. 상기 마크는 일련 번호로 원석을 구분하거나 상표 또는 품질 표시로서 사용 가능하다. 일반적으로 상기 마크는 적절한 확대와 관찰 조건하에서 식별이 가능하여야 하고, 원석의 경우 가치 또는 외양의 수준을 떨어뜨리지 말아야 하며 바람직하게는 색이 어두워지지 않아야 한다.

WO97/03846에는 투사 마스크(projection mask)를 이용한 자외선 레이저를 다이아몬드 원석에 조사함으로써 얻어진 마크들의 특성에 대하여 자세히 기재되어 있다.

일반적으로 마크의 해상도를 높이고, 식각에 필요한 시간을 단축시키는 것이 요구되며, 이렇게 함으로써 마스크의 조합이나 순서를 이용하여 일련번호 등을 새기는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 저항층이 다이아몬드 표면에 도말되고, 저항층의 선택된 부분이 제거되어 다이아몬드 표면에 마스크를 형성한다. 전기전도층이 저항층 위에 사용되고, 다이아몬드 표면은 상기 마스크를 통해 식각된다. 그리고, 식각 동안에는 대전을 막기 위해 전기전도층에 전기적 연결을 시킨다. 본 발명은 상기 방법으로 마크가 표시된 표면을 가진 다이아몬드와, 본 발명을 수행하기 위한 장치들에까지 확장되어 포함한다.

식각의 바람직한 형태는 플라즈마 식각이다. 플라즈마 식각동안 금속 같은 전기전도층을 갖는 것과, 다이아몬드가 대전되는 것을 방지하기 위하여 전기전도층에 전기적 연결을 시키는 것이 특히 효과적이고, 이때 저항층은 비전기전도적인 특성을 갖는다. 금속층은 금층을 사용하는 것이 바람직하며, 약 0.1 미크론 두께로 사용하는 것이 바람직하다. 금은 저항층 전체에 사용할 필요가 없으며 플라즈마 식각 동안 대전을 막을 정도의 크기 정도만 사용되면 된다. 상기의 방법으로 형성된 이중층의 마스크는 단일층과 다른 식각 조건이 필요할 수도 있으나, 일반적으로 두층은 실질적으로 동시에 식각된다. 식각 부분에 금속을 제거하는 동안에도 전기전도층은 식각 부분의 저항층 위에 유효하게 남아있어, 플라즈마 식각 동안에 대전을 막는다는 것이 알려져 있다. 금속은 저항층과 동일한 정도의 식각에 대한 저항력(threshold)을 가져야 한다. 금과 같은 금속은 충분히 높은 해상도를 제공하지 못할 뿐 아니라, 너무 쉽게 식각되어 가장자리가 분명한 형태를 지니지 못하여 단독으로 사용할 수 없다. 게다가 금과 같은 금속층이 두꺼울 때는 식각 부분에서 금속이 끓을(sputtering) 위험과 재침전의 위험성이 있다.

본 발명에서는 화학적 식각 또는 스트립핑 단계 없이 완전한 건조 상태에서 식각하는 방법이 사용될 수 있다. 비록 마스크를 제거하기 위해서 플라즈마 식각 이후에 습식 세척 과정이 요구되지만, 이것은 제어가 필요한 중요한 단계는 아니다. 이중층의 마스크는 매우 향상된 해상도를 제공한다(특히 WO97/03846에 의해 공개된 레이저 식각 기술에 따를때) WO97/03846과 비교하여 볼 때, 본 발명에서는 레이져 식각시 감소된 펄스치가 사용되는데, 연속된 마스크를 한번에 하나씩 사용하여 일련번호를 식각하기 위해서는 500 펄스 보다는 약 20 펄스 또는 그 이하의 펄스, 예를 들어 10 펄스가 사용될 수 있다. 본 발명의 식각화는 마스크 투영(projection) 기술을 사용하여 수행할 수도 있지만 직접적으로 빔을 사용하여 수행할 수 있다.

저항층은 어떤 적합한 저항물질도 사용 가능하나 바람직하게는 플라스틱(폴리머) 저항 물질을 사용한다. 이 저항층의 두께는 약 0.5 미크론에서 1 미크론인 것이 바람직하다.

일반적으로 플라즈마 식각은 10 nm 이상 최대 70 nm 이하의 깊이를 넘지 않는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20 ∼ 50 nm의 깊이를 넘지 않도록 한다. 가장 적합한 수치는 약 30 nm이다.

플라즈마 식각의 대안으로서 마스크가 없는 다이아몬드는 산세척 등에 의해 제거되는 위치에 그래파이트(graphite) 또는 비다이아몬드 탄소로 전환시켜 주는 광범위한 이온광선(ion beam)을 사용하여 식각이 가능하다.

다이아몬드 원석을 홀더에 올려놓았다(복수개의 다이아몬드 원석을 올려놓을 수도 있다). 노발락 포토레지스트 또는 증발에 의한 회전 코팅 방법 등에 의하여 비전도성 폴리머 플라즈마 저항층이 다이아몬드 표면에 도말되었다. 저항층의 두께는 0.5 ~ 1 미크론 이었다.

약 0.1 미크론 두께의 금층을 최소한 마크가 표시될 절단면 상의 저항층 위에 도말하였다. 저항층과 금층에 약 10 펄스 정도의 레이저로 식각하여 깨끗한 다이아몬드 표면이 드러나도록 마크를 표시하였다.

선택된 저항 물질에 따라 최상의 결과를 나타낼 수 있는 레이져의 파장이 선택되었는데, 짧은 파장이 긴 파장보다 더 좋은 해상도를 나타내었다. 248 nm 또는 다른 파장이 사용될 수 있지만, 193 nm의 파장을 이용하는 것이 바람직하다.

홀더를 사용한 상태에서 금속층에 전기적 연결을 하고, 다이아몬드는 표준방법으로 플라즈마 식각화되었고, 바람직하게는 산소의 분압하에서 식각화가 이루어졌다.

저항물질에 의해 보호되지 않은 절단면의 부분은 약 30 nm의 깊이로 삭각하였고, 색이 어두워지지 않음을 확인할 수 있었다. 금속층에 전기적 연결을 함으로써 대전을 방지할 수 있었다.

원석 또는 원석들을 홀더에서 내리고, 마스크를 습식세척에 의해 제거하였다.

레이져를 이용한 식각을 위해 사용된 장치는 WO97/03846의 도 2와 유사하다.

지금까지 실시예에 의하여 본 발명을 설명하였으며, 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 본 발명은 또한 상기된 각각의 특징, 또는 본 명세서에서 함축된 것 또는 어떤 특징들의 결합 또는 특징 또는 결합의 조합을 포함한다.

Claims (17)

1) 다이아몬드 표면에 저항층을 도말하는 단계 ;

2) 식각 과정중 대전을 막기 위해 전기적으로 연결(electrical connection)된 전기전도층이 위에 도말된 저항층(the resist layer)의 선택된 부분을 식각(蝕刻, ablating)하여 다이아몬드 표면에 마스크를 형성하는 단계 ; 및

3) 다이아몬드 표면에 마크를 표시하기 위해 마스크를 통해 다이 아몬드 표면을 식각하는 단계 ; 로 구성되는

다이아몬드 표면에 육안으로 식별할 수 없는 마크를 표시하는 방법.

제1항에 있어서, 저항층의 두께는 약 0.5 ∼ 1 미크론(microns)인 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 전도층은 금속인 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 저항층은 비전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 전도층의 두께는 약 0.1 미크론인 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 층의 선택된 부분은 레이저에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 방법.

제6항에 있어서, 레이저는 약 20 펄스(pulse) 또는 그 이하로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 표면은 약 15 ∼ 70 nm의 깊이로 식각되는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 표면은 플라즈마 약 20 ∼ 50 nm의 깊이로 식각되는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 표면은 플라즈마 식각에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 표면은 광범위한 이온 빔을 이용하여 식각되는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 정보 마크는 다이아몬드에 적용 가능한 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 식각된 마크는 ×10 확대경을 이용하여 눈으로 식별할 수 없는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항에서 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드는 원석인 것을 특징으로 하는 방법.

제14항에 있어서, 마크는 원석의 컷팅된 면(polished facet)에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.

상기 실시예에서 기술된 방법으로 원석의 표면에 마크를 표시하는 방법.

제1항에서 제16항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 마크가 표시된 표면을 갖는 다이아몬드.