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CN116075386A - 用于使用激光器、检流计和数字微镜在第一材料的层(10)上或中高速记录数据的方法和装置 - Google Patents

用于使用激光器、检流计和数字微镜在第一材料的层(10)上或中高速记录数据的方法和装置 Download PDF

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CN116075386A
CN116075386A CN202080103125.0A CN202080103125A CN116075386A CN 116075386 A CN116075386 A CN 116075386A CN 202080103125 A CN202080103125 A CN 202080103125A CN 116075386 A CN116075386 A CN 116075386A
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laser
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substrate
dmd
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Ceramic Data Solutions GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于在第一材料的层(10)上或中高速记录和读取数据的方法，并且涉及一种用于使用适于发射多个激光束的激光源(19)、检流计(4)和数字微镜(5)在第一材料的层(10)上或中高速记录和读取数据的装置。

Description

用于使用激光器、检流计和数字微镜在第一材料的层(10)上或中高速记录数据的的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在第一材料的层上或中高速记录数据的方法，并且涉及一种用于在第一材料的层上或中高速记录数据的装置。
背景技术
相当长一段时间已知的是，空间光调制器(spatial light modulator；SLM)或数字微镜装置(digital micromirror device；DMD)可以用来选择性地操纵材料的层上或中的区域，例如用于形成半导体装置和显示器的光掩模(参见，例如，WO 99/45441 A1)。通过利用微镜的阵列或矩阵，可以同时照射大量像素，并且以良好受控的方式在光掩模中形成例如期望图案。
然而，用于照射的激光并不直接操纵例如半导体的基板材料。相反，使用称为光刻的间接工艺来将期望图案蚀刻至基板材料中。在此工艺中，通过激光来操纵感光光阻剂。
尽管已证明光刻技术在半导体业界中极其成功，可能期望直接操纵某些材料层，例如，用于在陶瓷材料上记录数据(参见PCT/EP2019/071805和PCT/EP2020/068892)。然而，例如从陶瓷层烧蚀材料所要求的激光的功率密度比在化学上改变光阻剂所必要的高很多。由于激光系统所提供的总激光功率可能无法无限地超标度，至少出于合理成本的原因无法无限地超标，对于许多材料，记录速度受到损害。
发明内容
因此，本发明的目标在于提供一种用于在第一材料的层上或中高速记录数据的方法，以及一种用于此类高速记录数据的装置。
此目标通过如权利要求1所述的方法和如权利要求14所述的装置来达成。
因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于在第一材料的层上或中高速记录数据的方法。方法包括以下步骤：提供第一材料的层；以及通过激光选择性地照射第一材料的层的多个区域，以便选择性地操纵第一材料的层的多个区域处的材料。第一材料的层的多个区域借助检流计扫描仪和数字微镜装置的组合来选择性地照射。
因此，本发明特别地基于这一构思来借助检流计扫描仪将激光功率分布在数字微镜装置(DMD)上。并非同时照射DMD的所有微镜，而是每次照射DMD的微镜的子阵列，并且借助检流计扫描仪来扫描该子阵列。这允许极其快速地按此顺序寻址微镜的所有子阵列，并且同时实质上降低所要求的总激光功率：由于由DMD的每一微镜所产生的每一细束的功率密度必须足以例如烧蚀陶瓷材料，由激光源提供的总功率与同时照射的微镜的数目成比例。因此，通过利用具有例如1W的输出功率或例如10μJ的单脉冲(针对脉冲式激光)的输出能量的标准激光源，可达成至少10MB/s、优选地至少100Mb/s、更优选地至少1GB/s，并且甚至更优选地至少10GB/s的数据记录速度。
选择性地操纵第一材料的层的多个区域处的材料可以包括加热、分解、氧化、变形、烧蚀、熔融和/或汽化第一材料的层的单独区域，只要该操纵适用于通过形成良好限定的区域效应(可见的效应、光学可侦测的效应，或通过任何其他机制可侦测的效应)来记录数据即可。例如，所记录数据可经编码在第一材料的层(例如，借助改变表面性质，诸如，色彩、光学吸收等等)上或在第一材料的层(例如，通过在材料中形成凹部或孔洞)中。在后一种状况下，可形成不同深度的凹座或孔洞，其中每一深度对应于预限定位的信息，如PCT/EP2020/068892中所描述。为此，可以通过两个或更多个激光脉冲照射第一材料的层，其中在后续脉冲之间调整DMD的微镜，以使得达成如下诸区域：(i)从未受照射的区域，(ii)通过单个激光脉冲照射一次的区域，(iii)通过两个激光脉冲照射两次的区域，等等。
通常，激光或激光脉冲将加热激光束的冲击面积，这又可以致使在冲击面积内或附近材料的分解、氧化、变形、烧蚀、熔融和/或汽化。如果使用超短脉冲激光(诸如，皮秒激光或飞秒激光)，激光束视束的极化而定针对低能量密度形成所谓的纳米涟波，或者所谓的库仑(Coulomb)爆炸可以导致材料以较高能量密度烧蚀。视束的极化而定，此类库仑爆炸可以形成可记录的卵形凹座或孔洞，其中卵形的长轴和短轴同样视束的极化而定。
优选地，照射第一材料的层的多个区域的激光按此顺序穿过检流计扫描仪和DMD。与DMD定位于检流计扫描仪之前的布置相比，这个布置任选地精确得多，因为DMD保证每一微镜与第一材料的层的表面上的对应像素之间的良好限定并且固定的关系。这在以下情况下是特别有利的：若干激光脉冲必须施加至同一像素，以便例如如上文所论述达成不同深度和/或提供对可能无法适当操纵的像素的校正。非常值得注意的是，检流计扫描仪和DMD的序列并不要求DMD定位为紧跟在检流计扫描仪之后。相反，额外光学器件可以存在于检流计扫描仪与DMD之间。例如，可能存在另一准直光学器件，以便将由检流计扫描仪发射的激光对准至相对于DMD的预定入射角。
优选地，自检流计扫描仪发射的激光同时仅照射数字微镜装置的微镜阵列的部分。该受照射区段可以总计达小于DMD的微镜阵列的10％、优选地小于1％、更优选地小于0.1％、甚至更优选地小于0.05％，并且最优选地小于0.03％。该百分比可以依据受照射面积(与DMD的微镜阵列的总面积比较)或依据受照射微镜的数目(与DMD的微镜的总数目比较)来计算。如上文所概述，通过借助检流计扫描仪通过受照射区段扫描DMD的微镜阵列，DMD的微镜阵列的全部面积(即，DMD的所有微镜)得以利用。当然，激光源和检流计扫描仪必须经受相应地控制，以便确保例如针对检流计扫描仪的每一位置发射激光脉冲(或若干激光脉冲)。换句话说，对于DMD的微镜的每一子阵列(即，受照射的部分)而言，激光脉冲通过激光源发射，以便照射第一材料的层的表面上的对应像素。优选地，这些子阵列经逐行扫描。然而，任何其他常规或任意图案在原则上为可能的。
由于这一方法将可能像素的数目限于DMD的微镜的数目，第一材料的层的记录面积可以进一步通过使用XY定位系统(诸如，扫描台(其中z轴垂直于第一材料的层的表面))来扩展。一旦对应于完整DMD的像素的全部阵列已经记录，可以通过简单地将第一材料的层移动至相邻区来记录像素的相邻阵列。因此，本发明的方法优选地包括以下步骤：通过激光照射第一材料的层的多个区域，以便利用DMD的微镜的第一子阵列来选择性地操纵第一材料的层的多个区域处的材料；通过检流计扫描仪，瞄准DMD的微镜的另一优选相邻的第二子阵列；以及通过激光选择性地照射第一材料的层的多个区域，以便使用DMD的微镜的第二子阵列来选择性地操纵第一材料的层的多个区域处的材料。优选地，重复此序列，直至DMD的微镜阵列的所有子阵列已全部利用为止。随后，平移第一材料的层，以使得不同于前一面积的第二面积可由DMD覆盖；并且针对此第二面积重复上文所提及的序列。
如先前所提及，自检流计扫描仪发射的激光可以穿过准直光学器件，以便将激光对准至相对于DMD的预定入射角。这是有利的，因为自检流计扫描仪发射的激光的角度视检流计扫描仪所瞄准的位置而定。
自DMD发射的光可以穿过束成形光学器件，优选地激光区板的矩阵或空间光调制器。因此，可以形成有利于数据记录的某些束形状。例如，激光区板的矩阵可以经调适以针对由DMD发射的每一细束形成Bessel(贝塞尔)束。
贝塞尔束具有焦点深度实质上增大的优势。尽管常规的Gaussian(高斯)束的焦距大约为聚焦光的波长，通过贝塞尔束可达成的焦距总计达聚焦光的波长的至少4倍。同时，焦点的宽度为通过高斯束可达成的焦点宽度的约一半。
通常，通过本发明的方法可达成的特征尺寸(例如，第一材料的层中凹座的直径)针对高斯束在2/3λ(空气)与1/2λ(浸没)之间以及针对贝塞尔束在1/3λ(空气)与1/4λ(浸没)之间变化(其中λ为激光的波长)。因此，贝塞尔束形状为有利的，因为工艺特征较小，并且因此可达成较大的所记录数据密度。此外，贝塞尔束的增大的焦距为有利的，因为例如可产生较深的凹座。这在如下情况下特别有关：要产生不同深度的特征，以便借助例如凹座的深度编码信息。由于高斯束的焦点为锥形的，增大凹座的深度意谓增强凹座表面处的直径。相比的下，贝塞尔束允许形成的圆柱形焦点愈多，直径几乎恒定的凹座愈深。
此类贝塞尔束也可借助其他束成形装置来产生。束成形装置的一个特别优选的实例为空间光调制器，该空间光调制器系特别多样化的，因为其可被配置为形成贝塞尔束，以便允许光学近接性控制并且提供相移屏蔽。
优选地，第一材料的层为陶瓷材料，该陶瓷材料优选地包括：金属氮化物，诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；和/或金属碳化物，诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；和/或金属氧化物，诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；和/或金属硼化物，诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；和/或金属硅化物，诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、WSi2、PtSi、Mg2Si。特别优选的材料为B4C、HfC、Cr2O3、ZrB2、CrB2、SiB6、Si3N4、ThN、CrN，以及CrAlN。针对所记录数据的长期储存，这些材料提供足够的硬度和抗性来抵抗环境劣化。
优选地，提供第一材料的层的步骤包括：提供陶瓷基板；以及通过不同于陶瓷基板的材料的第一材料的层涂覆基板。因此，可能更昂贵的涂覆材料仅需要少量，同时通过稳健且可能较廉价的基板达成结构完整性。优选地，第一材料的层具有不大于10μm、更优选地不大于5μm、更优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm，并且最优选地不大于10nm的厚度。
此外，基板的使用可以允许在基板(其中涂层中产生孔洞)与周围涂层材料之间产生光学对比度。优选地，所选择区域的操纵致使这些区域变得能够与周围材料相区分。对于一些应用而言，这可以包括达成光学分辨率。然而，在其他例子(特别地，如果所编码结构过小)中，这些面积可以仅借助例如扫描电子显微镜或例如磁性、介电或导电性质的另一物理参数变化的测量来与周围材料相区分。
优选地，陶瓷基板包括氧化陶瓷，更优选地，陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合的按重量计至少90％、最优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3。已知这些材料在各种环境下特别耐久和/或抵抗环境劣化。因此，这些材料特别适用于在不同条件下的长期储存。特别优选地，陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合：Al2O3、ZrO2、Zr(SiO4)、SiO2，以及MgO。
优选地，陶瓷基板包括非氧化陶瓷，更优选地，陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合的按重量计至少90％、最优选地至少95％：金属氮化物，诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物，诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物，诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物，诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、WSi2、PtSi、Mg2Si。已知这些材料在各种环境下特别耐久和/或抵抗环境劣化。因此，这些材料特别适用于在不同条件下的长期储存。特别优选地，陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合：BN、CrSi2、SiC，以及SiB6。
优选地，陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合：Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1,400℃的其他金属。优选地，陶瓷材料和金属形成金属基复合物，其中陶瓷材料分散于金属或金属合金中。优选地，金属总计达陶瓷基板(即，金属基复合物)按重量计的5-30％、优选地按重量计的10-20％。特别优选的金属基复合物如下：WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo，和/或SiC/Co-Ni-Mo。
优选地，第一/陶瓷材料的层经直接涂覆至陶瓷基板上，即，不存在任何中间层，以使得在陶瓷基板与第一/陶瓷材料的层之间达成强结合。优选地，所涂覆陶瓷基板在记录之前和/或之后经回火，以便达成此类强结合。回火可以在陶瓷基板与第一/陶瓷材料的层之间产生烧结界面。烧结界面可以包括来自基板材料和第一/陶瓷材料两者的至少一个元素，因为来自两个相邻层中的一者的一个或多个元素可以扩散至两个相邻层中的另一层。烧结界面的存在可以进一步加强陶瓷基板与陶瓷材料的层之间的结合。
优选地，回火所涂覆陶瓷基板涉及将所涂覆陶瓷基板加热至200℃至4,000℃的范围内、更优选地在1,000℃至2,000℃的范围内的温度。回火工艺可以包括每小时温度升高至少10K的加热期、在峰值温度达至少1分钟的平台期，以及每小时温度下降至少10K的最后冷却期。回火工艺可以辅助硬化陶瓷基板和/或将第二材料永久性地结合至陶瓷基板。
优选地，所选择区域经加热至第一材料的至少熔融温度，以使得第一材料的所选择区域经加热至至少3,000℃、甚至更优选地至少3,200℃、最优选地至少3,500℃、最优选地至少4,000℃的温度。第一/陶瓷材料的所选择区域的激光烧蚀可以显露底层陶瓷基板，导致所选择区域相对于剩余记录材料的(光学)可分辨对比度。
为了在短时间内提供所要量的能量，并且因此允许高速记录数据，特别优选的是通过超短脉冲激光(优选地，皮秒激光或飞秒激光)提供激光。
根据另一方面，本发明涉及一种用于在第一材料的层上或中高速记录数据的装置。装置包括激光源、检流计扫描仪、经调适以发射多个激光束的数字微镜装置(DMD)、用于安装基板的基板固持器，以及经调适以用于将由DMD发射的多个激光束中的每一者聚焦至安装在基板固持器上的基板的聚焦光学器件。检流计扫描仪被配置为将激光功率暂时地分布在DMD上。
在本发明方法的情境下上文所论述的所有优选特征也可以在本发明装置的情境下类似地采用。换句话说，装置、其部件中的一或多者和/或装置的控制器可以适用于执行和/或允许上文所提及的方法步骤。
例如，优选地，检流计装置被配置为同时仅照射DMD的微镜阵列的部分。如上文所论述，受照射区段总计达优选地小于DMD的微镜阵列的10％、更优选地小于1％、甚至更优选地小于0.1％、甚至更优选地小于0.05％，并且最优选地小于0.03％。因此，优选地，检流计扫描仪被配置为通过受照射区段扫描DMD的微镜阵列。
优选地，装置进一步包括光学器件，以便将由检流计扫描仪发射的激光对准至相对于DMD的预定入射角。补充地或替代地，可提供束成形光学器件，诸如，激光区板的矩阵或空间光调制器。优选地，空间光调制器被配置为允许光学近接性控制，以便产生贝塞尔束或形成相移屏蔽。
优选地，装置进一步包括平顶束成形器，该平顶束成形器包括准直光学器件，以便确保功率密度在束剖面上尽可能恒定。因此，每脉冲能量并不视处于“on(接通)”状态的微镜的位置而定，并且因此，并不视受操纵基板的面积而定。为此，可以使用例如如A.Laskin在“Beam-shaping unit for micromachining”(SPIE,2020)中描述的π成形器。或者，SLM可以被配置为产生平坦束剖面。
优选地，激光源为超短脉冲激光，诸如皮秒激光或飞秒激光。
由DMD发射的多个激光束中的每一者的功率密度优选地大于100mJ/cm2、更优选地大于400mJ/cm2、甚至更优选地大于800mJ/cm2，并且更优选地大于1J/cm2。
在基板处，多个激光束中的每一者优选为贝塞尔束。在基板处，优选地，多个激光束中的每一者具有不大于400nm、更优选地不大于300nm、甚至更优选地不大于200nm，并且最优选地不大于100nm的最小焦点直径。
优选地，基板固持器经安装在XY定位系统(诸如，扫描台)中。
优选地，装置包括处理器，该处理器被配置为控制DMD、检流计扫描仪和激光源以及任选地XY定位系统，以便按此顺序照射经安装在基板固持器上的基板的相邻区或像素阵列。
此处理器(或额外处理单元)优选地经调适并且被配置为接收待记录的数据集(即，模拟或数字数据，诸如，本文、数字、像素阵列、QR码，等等)，并且控制装置(特别地，DMD、检流计扫描仪和激光源，以及任选地XY定位系统和束成形装置)的部件，以执行本发明方法，以便在第一材料的层上或中记录所接收数据集。
优选地，装置进一步包括被配置为成像所记录数据的读取装置。此类读取装置允许在数据记录期间的质量控制，并且优选地用于通过第二照射闪光调整缺陷像素。该质量控制可以在记录期间执行。例如，一旦DMD的微镜所有子阵列已经用于照射第一材料的层的表面上的对应像素(即，一旦检流计扫描仪在DMD上的全部扫描已完成)，记录可以短暂地中断，并且读取装置可以通过例如比较读出数据与待记录数据集来成像所记录像素的阵列。如果识别出一个或多个缺陷像素(例如，对应于并不足够深或并不具有足够直径的凹座的像素)，检流计扫描仪和DMD可以经控制以再次照射那些缺陷像素，以便改进记录的质量。
读取装置可以包括数字摄影机或其他成像装置。然而，特别优选的是读取装置包括光学传感器与另一DMD的组合。在DMD、光源和简单的光传感器的帮助下，通过将DMD的个别微镜用作“可移动针孔”来替代固定针孔和扫描激光，共焦激光扫描显微镜的测量原理可得以实施。待成像的照射面积可以通过用于数据记录的激光源或使用记录路径的DMD的另一激光源来达成，用于按此顺序照射待成像像素并且控制两个DMD来每次寻址相同像素。然而，在此种状况下，照射面积可能非常小。因此，可能优选的是利用额外光源来照射大得多的面积，并且仅仅使用读取器的DMD来扫描像素。额外光源可以设置在读取装置中或其外部。
为了允许基本上在记录期间读取，装置优选地包括在DMD与聚焦光学器件之间的分束器，其中分束器允许自基板发射的光穿过至读取装置。或者，分束器可以设置在检流计扫描仪与DMD之间，其中分束器允许自基板发射的光经由DMD穿过至读取装置。在此种状况下，读取装置可能并不需要另一DMD。相反，读取可以利用记录路径的DMD来执行。这是特别有利的布置，因为仅要求单个DMD。
尽管已在高速记录数据的情境下描述本发明，本发明并不限于这一特定应用。相反，本发明可以广泛地用于微操纵对象的表面。因此，本发明进一步涉及以下方面：
1.一种用于微操纵对象的表面的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有表面的对象；以及
通过激光选择性地照射该表面的多个区域，以便选择性地操纵该表面的该多个区域处的材料；
其中该表面的该多个区域借助检流计扫描仪和数字微镜装置的组合来选择性地照射。
2.如方面1所述的方法，其中照射该表面的该多个区域的该激光按此顺序穿过该检流计扫描仪和该数字微镜装置。
3.如方面1或2所述的方法，其中自该检流计扫描仪发射的该激光同时仅照射该微镜阵列的区段或该数字微镜装置的矩阵。
4.如方面3所述的方法，其中该受照射区段总计达小于该数字微镜装置的该微镜阵列的10％、优选地小于1％、更优选地小于0.1％。
5.如方面3或4所述的方法，其中该数字微镜装置的该微镜阵列借助该检流计扫描仪通过该受照射区段来扫描。
6.如前述方面中任一项所述的方法，其中自该检流计扫描仪发射的该激光穿过该光学器件，以便将该激光对准至相对于该数字微镜装置的预定入射角。
7.如前述方面中任一项所述的方法，其中自该数字微镜装置发射的该光穿过该束成形光学器件，优选地激光区板的矩阵或空间光调制器。
8.如前述方面中任一项所述的方法，其中该激光通过超短脉冲激光提供。
9.如前述方面中任一项所述的方法，其中该表面包括以下材料中的一者或组合：陶瓷材料、金属、塑料、有机材料、无机材料。
10.如前述方面中任一项所述的方法，其中该表面系实质上平面的。
11.如前述方面中任一项所述的方法，其中该对象系选自：机器、电子建筑部件(electronic und building components)、轮机叶片、风力机叶片、机翼、表面涂层、活塞、阀、模具、机器轴、齿轮、悬吊件、转子、连接器、电极、电池电极、电阻器、电容器、集成电路、电路板、电子装置、装置显示器、机械手表的零件、珠宝、窗户、门、管道、屋瓦、太阳能面板。
12.如前述方面中任一项所述的方法，其中选择性地操纵来自该表面的多个区域的材料包括以下各者中的一者或多者：形成规则和/或非规则表面结构；在表面中形成图案，诸如纳米涟波；在表面中形成预定粗糙度；形成不同形状和/或不同尺寸和/或不同深度的孔洞。
13.如前述方面中任一项所述的方法，其中该些操纵区域具有小于10μm、优选地小于3μm、更优选地小于1μm、甚至更优选地小于500nm、甚至更优选地小于300nm、最优选地小于100nm的平均尺寸。
14.如前述方面中任一项所述的方法，其中该些操纵区域具有小于10μm、优选地小于3μm、更优选地小于1μm、甚至更优选地小于500nm、甚至更优选地小于300nm、甚至更优选地小于100nm、甚至更优选地小于10nm的平均深度。
根据权利要求1至13中任一项或方面1至14中任一项所述的方法和根据权利要求14至27中任一项所述的装置可以用于以下各者中的任何者：单独地标记任何对象的表面，其中该标记可以包括产品参数和/或真实性的凭证；在任何对象的表面上提供重复的微结构或纳米结构，实现类似莲花效应或摩擦系数的特殊表面性质。
附图说明
下文将参照附图进一步阐明本发明的优选实施方式，附图展示：
图1为根据优选实施方式的用于高速记录数据的装置的示意图；
图2为根据另一优选实施方式的用于高速记录数据的装置的示意图；
图3为根据另一优选实施方式的用于高速记录数据的装置的示意图；并且
图4为另一根据优选实施方式的用于高速记录数据的装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于在第一材料的层上或中高速记录数据的装置的示意性图标。装置包括激光源1、电动衰减器3a、束扩展器2、衰减转子3b、平顶束成形器(优选地包括准直光学器件)14、检流计扫描仪4、经调适以发射多个激光束(出于简单的目的仅展示其中一个)的数字微镜装置5、用于安装基板10的基板固持器11，以及经调适以将由DMD 5发射的多个激光束中的每一者聚焦至安装在基板固持器11上的基板10的聚焦光学器件9。
检流计扫描仪4被配置为将激光源1的激光功率暂时地分布在DMD 5上。如上文所解释，检流计装置4被配置为同时仅照射DMD 5的微镜阵列的部分。由于自检流计扫描仪4发射的激光束的角度视检流计扫描仪4瞄准的DMD 5上的位置或面积而定，装置优选地包括准直光学器件L1、L2，以便将由检流计扫描仪4发射的激光对准至相对于DMD 5的预定入射角。为了借助激光源1适当地照射检流计扫描仪4，可设置电动衰减器3a、束扩展器2、衰减转子3b，以及平顶束成形器(优选地包括准直光学器件)14。
DMD 5包括以阵列布置的多个微镜(未展示)，并且经调适以沿着第一方向(即，用于记录)或沿着第二方向发射多个激光束(未展示)，处于“关断(off)”状态的每一微镜将那些激光束转向至束堆6。对于处于“接通(on)”状态的每一微镜而言，激光束系经由分束器8发射穿过聚焦光学器件9(可以例如包括具有高数值孔径的标准显微镜光学器件)至安装在XY定位系统(也可以任选地沿着Z方向可移动)上的基板10。
如上文所论述，装置可进一步包括束成形光学器件7，诸如激光区板的矩阵或空间光调制器，束成形光学器件7可以被配置为允许光学近接性控制，以产生贝塞尔束或形成相移屏蔽。
在图1所示的实施方式中，装置进一步包括被配置为成像所记录数据的读取装置12。此实施方式中的读取装置包括另一DMD(未展示)，以用于在读取模式下寻址每一像素。或者，高分辨率数字摄影机可以用于成像所记录像素。分束器8经定位于DMD 5与聚焦光学器件9之间，以便允许自基板10发射的光穿过至读取装置12。
待由读取装置12成像的照射面积可以通过用于数据记录的激光源1或使用记录路径的DMD 5的另一激光源来达成，用于按此顺序照射待成像的像素并且控制两个DMD来每次寻址相同像素。为了能够解决在记录期间产生的微小结构，优选使用较小波长来成像。例如，记录激光1可以发射具有一半记录波长的另一谐波。或者，具有不同波长的另一激光源可以存在于系统中。然而，在此种状况下，照射面积可能仍非常小。因此，可能优选的是利用额外光源来照射大得多的面积，并且仅仅使用读取器的DMD来扫描像素。额外光源可以设置在读取装置12中或其外部。在后一种状况下，照射光可以借助分束器8或额外分束器(未展示)沿着光学路径经导引至待成像表面。
在图2所示的替代实施方式中，分束器8经设置于检流计扫描仪4与DMD 5之间，并且允许自基板10发射的光经由DMD 5穿过至读取装置12。在此种状况下，自DMD 5发射的光可以直接或经由额外镜子或分束器13穿过至聚焦光学器件9。图2所示的布置为特别有利的，因为在这一布置中的读取装置12并不要求其自身的DMD。相反，简单的光学传感器可能为足够的，因为基板10上的每一像素可以经由DMD 5沿着记录束来寻址。如上文所描述，此替代模仿共焦显微镜的原理。然而，替代扫描激光束和固定针孔，所选择微镜限定“可移动针孔”的路径。同样，可以经由记录激光1和记录路径来达成照射。然而，优选通过例如经由分束器13自额外光源发射或沿着光学路径自额外分束器(诸如，分束器8)发射的UV光照射基板10。
图1和图2展示束成形装置7通过激光来传输的实施方式。然而，在束成形装置包括例如反射模式下的空间光调制器的情况下，光学路径可以更改为如图3所示。另外，读取装置12可以为具有其自身DMD的传感器(参见图3)，或不具有DMD的简单传感器(参见图4)，后者利用记录路径的DMD 5。

Claims (28)

1.一种用于在第一材料的层(10)上或中高速记录数据的方法，所述方法包括以下步骤：
提供第一材料的层(10)；以和
通过激光选择性地照射所述第一材料的所述层(10)的多个区域，以便选择性地操纵在所述第一材料的所述层(10)的所述多个区域处的材料；
其中所述第一材料的所述层(10)的所述多个区域借助检流计扫描仪(4)和数字微镜装置(5)的组合来选择性地照射。
2.如权利要求1所述的方法，其中照射所述第一材料的所述层(10)的所述多个区域的所述激光按此顺序穿过所述检流计扫描仪(4)和所述数字微镜装置(5)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中从所述检流计扫描仪(4)发射的所述激光同时仅照射所述数字微镜装置(5)的所述微镜阵列的区段。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述受照射区段总计达小于所述数字微镜装置的所述微镜阵列的10％、优选地小于1％、更优选地小于0.1％。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中所述数字微镜装置(5)的所述微镜阵列借助所述检流计扫描仪(4)扫描所述受照射区段。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中自所述检流计扫描仪(4)发射的所述激光穿过准直光学器件(L1,L2)，以便将所述激光对准至相对于所述数字微镜装置(5)的预定入射角。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中自所述数字微镜装置(5)发射的所述光穿过束成形光学器件(7)，优选地激光区板的矩阵或空间光调制器。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激光通过超短脉冲激光(1)提供。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一材料为陶瓷材料，所述陶瓷材料优选地包括以下各者中的至少一者：金属氮化物，CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物，诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物，诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物，诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物，诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、WSi2、PtSi、Mg2Si。
10.如权利要求9所述的方法，其中提供所述陶瓷材料的所述层包括：提供陶瓷基板；以及通过不同于所述陶瓷基板的所述材料的所述陶瓷材料的所述层涂覆所述基板。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述陶瓷材料的所述层具有不大于10μm、优选地不大于5μm、更优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm，并且最优选地不大于10nm的厚度。
12.如权利要求9、10或11所述的方法，其中所述陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合的按重量计至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；和/或其中所述陶瓷基板包括以下各者中的一者或组合的按重量计至少90％、优选地至少95％：金属氮化物，诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物，诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物，诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物，诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、WSi2、PtSi、Mg2Si。
13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所涂覆陶瓷基板在记录之前和/或之后经回火。
14.一种用于在第一材料的层(10)上或中高速记录数据的装置，所述装置包括：
激光源(1)；
检流计扫描仪(4)；
数字微镜装置(5)，所述数字微镜装置(5)经调试以发射多个激光束；
基板固持器(11)，所述基板固持器(11)用于安装基板(10)；以及
聚焦光学器件(9)，所述些聚焦光学器件(9)经调适以用于将由所述数字镜装置(5)发射的所述多个激光束中的每一者聚焦至安装在所述基板固持器(11)上的基板(10)；
其中所述检流计扫描仪(4)被配置为将所述激光功率暂时地分布在所述数字微镜装置(5)上。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述检流计扫描仪(4)被配置为同时仅照射所述数字微镜装置(5)的所述微镜阵列的区段。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述受照射区段总计达小于所述数字微镜装置的所述微镜阵列的10％、优选地小于1％、更优选地小于0.1％。
17.如权利要求15至16中任一项所述的装置，其中所述检流计装置(4)被配置为通过所述受照射区段扫描所述数字微镜装置(5)的所述微镜阵列。
18.如权利要求14至17中任一项所述的装置，进一步包括准直光学器件(L1,L2)，以便将由所述检流计扫描仪(4)发射的所述激光对准至相对于所述数字微镜装置(5)的预定入射角。
19.如权利要求14至18中任一项所述的装置，进一步包括束成形光学器件(7)，优选地激光区板的矩阵或空间光调制器。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述空间光调制器被配置为允许光学近接性控制，以便产生贝塞尔束或形成相移屏蔽。
21.如权利要求14至20中任一项所述的装置，其中所述激光源(1)为超短脉冲激光。
22.如权利要求14至21中任一项所述的装置，进一步包括平顶束成形器(14)。
23.如权利要求14至22中任一项所述的装置，其中所述基板固持器(11)优选地通过可移动Z轴安装在XY定位系统中。
24.如权利要求14至23中任一项所述的装置，进一步包括读取装置(12)，所述读取装置被配置为对所记录数据进行成像。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述读取装置(12)包括另一数字微镜装置。
26.如权利要求24或25所述的装置，进一步包括在所述数字微镜装置(5)与所述聚焦光学器件(9)之间的分束器(8)，其中所述分束器(8)允许从所述基板(10)发射的光穿过至读取装置(12)。
27.如权利要求24所述的装置，进一步包括在所述检流计扫描仪(4)与所述数字微镜装置(5)之间的分束器(8)，其中所述分束器(8)允许自所述基板(10)发射的光经由所述数字微镜装置(5)穿过至所述读取装置(12)。
28.如权利要求14至27中任一项所述的装置，进一步包括处理器，所述处理器被配置为控制所述数字微镜装置(5)和所述检流计扫描仪(4)以及任选地所述XY定位系统(11)。
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