In der US 6,121, 574 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem Substrat während des Graviervorganges in einer senkrecht zur Strahlrichtung liegenden x-y-Ebene be- wegt wird und den Bewegungen des Substrates Bewegungen des La- serstrahles in x-und y-Richtung überlagert werden.

In der DE 198 40 926 A1 ist eine Anordnung beschrieben, bei der mehrere Laserstrahlen in einem Laserpunkt zusammengefasst wer- den. Dabei besteht die Möglichkeit, das Substrat in senkrechter z-Richtung zu bewegen, um verschiedene Substrathöhen auszuglei- chen und den Laserstrahl auf der jeweiligen Oberfläche fokus- siert zu halten.

In der EP 0 601 857 AI ist eine Anordnung beschrieben, die ei- nen Lasergenerator aufweist. Zur Gravur von transparenten Mate- rialien eignen sich Excimer Laser, die im tiefen UV-Spektrum arbeiten und sehr gute Ablationseigenschaften aufweisen.

Im Strahlengang des von dem Lasergenerator erzeugten Laser- strahles sind Strahlformungsblenden angeordnet. Diese schirmen einerseits einen Teil des Laserstrahles ab, um diesen in die Form, beispielsweise von alphanumerischen Zeichen zu bringen, die auf der Oberfläche eines Substrates aufgebracht werden sol- len. Andererseits dienen die Strahlformungsblenden dazu, den

geformten Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen zu zerlegen, die dann dafür Sorge tragen, dass das zu gravierende Zeichen aus mehreren von den Teilstrahlen erzeugten Punkten besteht, wo- durch sich die Lesbarkeit erheblich verbessert.

Zur Abbildung des derart geformten Strahles ist eine Fokussier- einheit vorgesehen. Diese Fokussiereinheit dient dazu, den La- serstrahl auf die Oberfläche des auf der Substratauflage lie- genden Substrates zu fokussieren und damit das über die Strahl- formungsblenden aufgeprägte Zeichen scharf abzubilden, welches dann durch Ablation in die Oberfläche eingraviert wird.

Bei dem Graviervorgang ist der Laserstrahl entweder ständig auf die Oberfläche des Substrates gerichtet oder es wird ein soge- nannter Pulslaser eingesetzt, der die Oberfläche in Strahlin- tervallen bestrahlt.

Es hat sich gezeigt, dass diese bekannte Anordnung und das da- mit realisierte Verfahren wenig flexibel ist, da jeder Zeichen- wechsel auch einen Wechsel der Strahlformungsblenden erfordert.

Außerdem wird ein erheblicher Teil der Laserenergie an den Strahlformungsblenden reflektiert oder in Wärme umgesetzt.

Eine Möglichkeit, zu einem schnelleren und flexibleren Zeichen- wechsel zu gelangen, ist in der US 4 194 814 A dargestellt.

Diese Lösung sieht ebenfalls den Einsatz von Strahlformungsmas- ken vor, die auf einer drehbaren Maskentrommel angeordnet sind.

Je nach gewünschtem Zeichen wird das entsprechende Maskenteil, dass das Zeichen formt, in den Strahlengang des Laserstrahles gedreht.

Neben dem nicht unerheblichen mechanischen Aufwand erfordert diese Lösung bei einem Verschleiß eines Maskenteiles, das bei- spielsweise das am meisten benutzte Zeichen trägt, das Auswech- seln der gesamten Maskentrommel, wodurch ein erheblicher In- standhaltungsaufwand entsteht.

In der Anordnung nach der bereits beschriebenen EP 0 601 857 AI

ist auch eine Strahlablenkeinheit in Form eines Umlenkspiegels vorgesehen, der den Laserstrahl ablenkt, um ihn auf die Ober- fläche des Substrates zu bringen. Diese Ablenkung erfolgt im Strahlengang vor Passieren des Planfeldobjektives.

Es ist nun bekannt eine derartige Strahlablenkungseinheit für eine programmierbare und flexible Lasergravur einzusetzen indem der Umlenkspiegel in einem Galvanometerkopf angeordnet wird.

Mit Hilfe des Galvanometerkopfes kann der Laserstrahl innerhalb des Beschriftungsfeldes auf der Oberfläche des Substrates be- wegt werden. Damit kann die Form des abzubildenden Zeichens durch eine Bewegung des Galvanometerkopfes und nicht mehr aus- schließlich durch eine Strahlformungsblende beeinflusst werden.

Um eine Abbildung des Laserstrahles auf dem gesamten Beschrif- tungsfeld zu erreichen, wird ein Planfeldobjektiv eingesetzt.

Eine derartige Anordnung und ein damit realisiertes Verfahren zeigt insbesondere bei dem bevorzugten Laserspektrum den Nach- teil, dass ein derartiges Planfeldobjektiv nur sehr aufwändig herstellbar ist und mit ihm nur kurze Standzeiten erreicht wer- den können.

Aus der DE 37 28 622 Cl und der DE 196 12 406 C2 ist ein Ver- fahren bekannt, bei dem einer makroskopisch, also im wesentli- chen mit dem bloßen Auge sichtbaren Information eine makrosko- pisch nicht sichtbare Information über-oder eingelagert ist.

Diese Information kann aus einer maschinenlesbaren Form, wie einem Barcode bestehen oder einfach durch Weglassen von Ein- brennpunkten oder der Realisierung klein und großer Einbrenn- punkte realisiert werden. Damit wird entweder eine maschinen- lesbare Information erzeugt, die jedoch mit einer Lasertechnik nicht mit vertretbaren Aufwand hergestellt werden kann, oder beim Weglassen von Bildpunkten ist die Informationsbreite sehr geschränkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine individu- elle und frei programmierbare Lasergravur in der Oberfläche ei-

nes Substrates zusammen mit einer nicht sichtbaren Information mit einem im Vergleich zum herkömmlichen Lasergravieren annä- hernd gleichen Herstellungszeitaufwand einzubringen.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass die Lasergravur aus einer makroskopischen Struktur besteht, die aus einem Muster von mikroskopischen Gravurelementen zusammenge- setzt wird, wobei der Struktur kodierte Informationen durch makroskopisch nicht sichtbare Abweichungen des Musters von ei- nem Soll-Muster aufgeprägt werden, indem die Struktur mittels der x-und y-Bewegung des Substrates und die Abweichungen mit- tels der x-und y-Bewegungen des Laserstrahles erzeugt werden.

Die Form des Zeichens kann also über die Bewegung des Substra- tes eingestellt werden. Damit wird es möglich, mit einer einfa- chen Veränderung des Bewegungsprogrammes verschiedenste Zeichen herzustellen. Dies erlaubt die Herstellung sogenannter Mikro- gravuren, bei denen die Zeichen aus Gravurpunkten innerhalb ei- ner Matrix bestehen. Hinter dem Vorhandensein oder Fehlen von Gravurpunkten innerhalb dieser Matrix sind Informationen ver- schlüsselt.

Die einfache Änderung des zu gravierenden Musters durch das er- findungsgemäße Verfahren erlaubt es, sogar substratspezifische Muster zu gravieren und weiterhin mittels Mikrogravuren sub- stratspezifische codierte Informationen einzugravieren und da- mit zu speichern.

Durch die Überlagerung der Bewegungen des Substrates mit Bewe- gungen des Laserstrahles in x-und y-Richtung wird es möglich, die erforderliche Präzision der Bewegung des Substrates zu mi- nimieren, da die Feinjustage durch die Bewegung des Laserstrah- les vorgenommen werden kann. Andererseits bietet dies den Vor- teil, dass während der Gravur durch den Laserstrahl zusätzliche Bewegungen aufgebracht werden können. Somit wird es beispiels- weise möglich, durch ein Kreisen des Strahles eine Verbreite- rung der Gravurlinien zu erreichen.

Dadurch, dass die Lasergravur aus einer makroskopischen Struk- tur besteht, die aus einem Muster von mikroskopischen Gravur- elementen zusammengesetzt wird, werden der Struktur kodierte Informationen durch makroskopisch nicht sichtbare Abweichungen des Musters von einem Soll-Muster aufgeprägt. Somit wird die Möglichkeit geschaffen, in einer normal sichtbaren Struktur, die ihrerseits sichtbare Informationen vermitteln kann, auch nicht sichtbare Informationen unterzubringen. Diese nicht sichtbare Information kann dann durch entsprechende Vergröße- rung der Struktur und durch einen Vergleich des Musters, d. h. des Ist-Musters, mit dem Soll-Muster dann wieder ausgelesen werden.

Die Einbringung der Information erfolgt mit zwei Bewegungen, indem die Struktur mittels der x-und y-Bewegung des Substrates und die Abweichungen mittels der x-und y-Bewegungen des Laser- strahles erzeugt wird. Da die Abweichungen nur sehr kleine geo- metrische Veränderungen der Position des Laserstrahles auf der Substratoberfläche erfordern, die allerdings mit einiger Präzi- sion ausgeführt werden müssen, ist es zweckmäßig, hierfür nicht die relativ träge Bewegung des Substrates zu verwenden, sondern den masselosen Laserstrahl zu bewegen, was mit höherer Ge- schwindigkeit und größerer Präzision erfolgen kann.

In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat während des Graviervorganges in einer paral- lel zur Strahlrichtung liegenden z-Richtung bewegt wird.

Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, verschiedene Ober- flächenstrukturen und/oder verschiedene Materialstärken der Substrate zu berücksichtigen.

Besonders zweckmäßig ist es hierbei, dass die Bewegung in z- Richtung in Abhängigkeit von der Struktur der Oberfläche er- folgt. Dies geschieht derart, dass der Fokus des Laserstrahles bei unterschiedlichen Stellungen des Substrates in der x-y- Ebene stets auf der Oberfläche liegt.

Zur Realisierung der z-Bewegung kann eine bekannte Oberflächen- struktur der nacheinander zu gravierenden Substrate bei einem Steuerprogramm berücksichtigt werden, die Oberflächenstruktur sozusagen festprogrammiert werden. Dadurch wird dann die z- Bewegung in Abhängigkeit der Substratstellung in der x-y-Ebene gesteuert.

Eine andere Möglichkeit der Steuerung der z-Bewegung besteht in einer Regelung des Fokussierens. Hierbei wird gemessen, in wie- weit der Laserstrahl auf der Oberfläche des Substrats scharf abgebildet wird und dementsprechend die z-Bewegung eingeleitet, bis der Fokus des Laserstrahlen auf der Oberfläche abgebildet wird.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Strahl über Strahlformungsblenden geformt und die Form der Strahlfor- mungsblenden als Gravurpunkt auf der Oberfläche scharf abgebil- det. Damit besteht die Möglichkeit durch verschiedene Strahl- formungsblenden Gravurpunkte mit einer besonderen Form, die beispielsweise für eine automatische Erkennung besonders geeig- net sind, zu erzeugen.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bewegungen des Substrates diskontinuierlich erfolgen.

Hierdurch kann eine punktweise Gravur derart erfolgen, dass das Substrat in einer ersten Stellung verharrt, anschließend in die nächste Stellung bewegt wird, dort wieder verharrt usw.

Eine weitere Ausgestaltung der diskontinuierlichen Bewegung be- steht darin, dass bei einem Einsatz von Strahlintervallen die Bewegungen in zeitlichen Zwischenräumen zwischen den Strahlin- tervallen erfolgen. Somit wird ein step-by-step-Betrieb reali- siert : Ein Laserimpuls mit relativ hoher Energie erzeugt die punktartige Gravur während eines Impulsintervalls. Nach dem Laserimpuls und vor dem nächsten wird die Stellung des Substra- tes verändert. Dies bietet den Vorteil, das mit relativ hoher Strahlungsenergie gearbeitet werden kann und dass eine sehr ge- naue Abbildung der Gravurpunkte erfolgt, da eine Ablation auf

der Oberfläche des Substrates während des Verfahrens vermieden wird.

Es ist weiterhin möglich, dass die Lasergravur aus einer Viel- zahl makroskopischer Strukturen besteht. Somit können bei- spielsweise sichtbare Punkte aneinander gereiht werden. Dabei können die einzelnen Strukturen wiederum der Gruppierung von Informationen dienen.

Es ist zweckmäßig, das Soll-Muster als Matrix von gesetzten o- der nicht gesetzten Gravurelementen zu wählen. Die Abweichungen werden dann durch ein Weglassen oder Hinzufügen oder von Gra- vurelementen gebildet. Sichtbar ist diese Matrix als kleiner Punkt oder kleines Viereck. Dabei ist es möglich, auf kleinster geometrischer Fläche eine hohe Informationsdichte zu erreichen.

Bedingt durch die geringe geometrische Ausdehnung der Matrix können auch auf gekrümmten Oberflächen die Informationen ge- speichert werden, da in Folge der geringen geometrischen Aus- dehnung auch bei einer starken Krümmung nur eine unwesentliche räumliche Erstreckung der Struktur entsteht. Damit wird sowohl das Schreiben als auch das Lesen der Information erheblich er- leichtert.

Es ist möglich, dass die Matrix mit einem Matrixrahmen aus Gra- vurelementen versehen wird. Damit erscheint die Matrix im makroskopischen Bereich immer als ein geometrisches Gebilde, unabhängig von der Anzahl der eingebrachten oder fehlenden Gra- vierelemente. Auch definiert ein solcher Matrixrahmen genau die Grenzen der Matrix.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, das Soll-Muster als auf einer Linie liegenden Gravurelementen gewählt wird und die Abweichungen durch einen makroskopisch nicht sichtbaren Versatz der Gravurelemente von der Linie ge- bildet werden. Dem Betrachter erscheint eine solche Linie gera- de, da er den Versatz nicht wahrnimmt, obwohl in der Linie selbst noch weitere Information nicht sichtbar gespeichert ist.

In einer Variante hierzu ist vorgesehen, dass das Soll- Muster als auf einer Doppellinie hintereinander liegenden Gravurelementen gewählt wird, deren Linienabstand im mikro- skopischen Bereich liegt. Dabei liegen die Gravurelemente bei der Darstellung einer logischen 0 in der kodierten In- formation auf der einen Linie der Doppellinie und bei der Darstellung einer logischen 1 auf der anderen Linie der Dop- pellinie. Damit ergibt sich eine genaue Zuordnung des seit- lichen Versatzes und dadurch eine Erhöhung in der Erken- nungsgenauigkeit.

Durch ein Auslassen von Gravurelementen auf der einen oder auf der anderen Linie kann dann die Information sogar doppelt binär verschlüsselt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispie- les näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer einfachen Stahlablenkungsein- heit, Fig. 2 eine Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Galvanometerkopf, Fig. 3 eine Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrogravur in Form einer Matrix und Fig. 4 die Darstellung einer makroskopischen Struktur mit einem eine Information enthaltenden mikroskopischen Muster.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist einen Lasergenerator 1 auf, der einen Laserstrahl 2 erzeugt. Dieser Laserstrahl 2 passiert eine Strahlformungsblende 3, die als Lochblende ausge- bildet ist. Durch diese Strahlformungsblende 3 wird ein der La-

serstrahl 2 mit einem scharf abgegrenzten kreisrunden Quer- schnitt geformt. Damit kann er später in guter Qualität abge- bildet werden.

In einer Korrekturblende 4 erfährt der Laserstrahl 2 eine noch- malige Formkorrektur.

Im weiteren Strahlengang passiert der Laserstrahl eine Strahlablenkungseinheit 5, in dem ein Umlenkspiegel 6 angeord- net ist, der den Laserstrahl 2 senkrecht zu seiner bisherigen Richtung ablenkt.

Dieser abgelenkte Laserstrahl 2 wird in einer Fokussiereinheit 7, die aus einer einfachen Fokussierlinse besteht, welche mit der Strahlablenkungseinheit 5 verbunden ist, fokussiert.

Unter dem Fokus 8 ist eine Substratauflage 9 vorgesehen, die mit einem x-y-Kreuztisch 10 verbunden ist. Dieser x-y- Kreuztisch 10 ist in einer x-y-Ebene, die durch die Bewegungs- richtungen x und y bestimmt wird, und die senkrecht zu der Richtung des abgelenkten Laserstrahles 2 liegt, bewegbar.

Zusätzlich ist unter dem x-y-Kreuztisch 10 ein z-Antrieb 1 vor- gesehen, durch den der x-y-Kreuztisch 10 und damit die Sub- stratauflage 9 in einer parallel zum Laserstrahl 2 liegenden z- Richtung bewegbar ist.

Diese Anordnung erlaubt die Herstellung einer sogenannten Mik- rogravur, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, auf einem Substrat 12, das auf der Substratauflage 9 aufliegt und dort in nicht näher dargestellter Art und Weise fixiert ist. Diese Mikrogra- vur besteht aus Gravurelementen, die in diesem Beispiel als Gravurpunkte 13 ausgeführt sind. Diese Gravurelemente können aber auch andere Formen aufweisen, wobei die Wahl der Form auch bereits eine Information enthalten kann.

Die Gravurpunkte 13 sind innerhalb einer Matrix 14 angeordnet.

Hinter dem Vorhandensein oder Fehlen von Gravurpunkten 13 in-

nerhalb dieser Matrix 14 sind Informationen, z. B. über das Sub- strat 12, verschlüsselt, indem das Muster, das mit den Gravur- punkten 13 innerhalb der Matrix 14 erzeugt wird, von einem Soll-Muster, das in dem Falle der vollständig ausgefüllten Mat- rix 14 entsprechen würde, abweicht. Zur genauen Definition ist die Matrix 14 mit einem Matrixrahmen 15 versehen. Die Gravur- punkte 13 in dem Matrixrahmen 15 stehen für eine Kodierung der Information nicht zur Verfügung.

An den Stellen innerhalb der Matrix 14, an denen ein Gravur- punkt 13 erzeugt werden soll, fährt der x-y-Kreuztisch 10 das Substrat 12 unter den Fokus 8, so dass der Fokus 8 an dem zu erzeugenden Gravurpunkt 13 liegt. Da das Substrat 12 nicht eben ist, erfolgt eine genaue Einstellung des Fokus 8 mittels des z- Antriebes 11.

In dieser Position verharrt das Substrat 12, bis der Gravur- punkt 13 erzeugt ist. Anschließend wird bei dem nächsten zu er- zeugenden Gravurpunkt 13 in der Matrix 14 in gleicher Weise verfahren.

Wie aus dem Verfahren ersichtlich wird, erfordert die Positio- nierung des Fokus 8 auf dem Substrat 12 eine hohe Genauigkeit, die durch den x-y-Kreuztisch 10 realisiert werden muss. Dies erfordert einen hohen Herstellungsaufwand und bringt auch grö- ßere Positionierzeiten mit sich.

Um dies zu umgehen, ist in Fig. 2 die Anordnung anstelle der Strahlablenkungseinheit 5 in Fig. 1 mit einem Galvanometerkopf 16 versehen. Der Galvanometerkopf 16 beinhaltet einen ersten Galvanometerspiegel 17 und einen zweiten Galvanometerspiegel 18. Der erste Galvanometerspiegel 17 ist um eine erste Achse 19, die senkrecht zur Richtung des nicht abgelenkten Laser- strahles 2 und parallel zu einer x-y-Ebene liegt, schwenkbar.

Der zweite Galvanometerspiegel 18, ist um eine zweite Achse 20, die senkrecht zur Richtung des nicht abgelenkten Laser- strahles 2 und senkrecht zu der x-y-Ebene liegt, schwenkbar ist. Die x-y-Ebene ist eine gedachte und nicht dargestellte E-

bene, die sich in x-und in y-Richtung ausdehnt.

Die Galvanometerspiegel 17 und 18 werden magnetisch vorgespannt und durch ein elektrisches Feld ausgelenkt. Damit wird es mög- lich, Auslenkungen des Fokus 8 mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision vorzunehmen. Durch diese Anordnung kann eine Bewegung des Fokus 8 der Bewegung des Substrates 12 überlagert werden. Somit wird es wesentlich leichter möglich, die nur mik- roskopisch sichtbaren Abweichungen des Musters von Gravurpunk- ten 13 zu erzeugen. Auch bietet die elektrische Ansteuerung der Galvanometerspiegel 17 und 18 die Möglichkeit, dass die Infor- mation aus einer rechentechnischen Einrichtung heraus direkt geschrieben werden kann.

Wie in Fig. 4 dargestellt, besteht die Lasergravur aus einer makroskopischen Struktur 21, die aus einem Muster von Gravur- punkten 13 zusammengesetzt wird. Dabei sind der Struktur 21 ko- dierte Informationen durch makroskopisch nicht sichtbare Abwei- chungen des Musters von einem Soll-Muster aufgeprägt worden.

Wie in der Vergrößerung 22 eines Ausschnittes 23 der Struktur 21 zu erkennen ist, ist das Muster als auf einer Doppellinie 24 hintereinander liegenden Gravurpunkten 13 ausgeführt. Der Li- nienabstand der Doppellinie 24 liegt im mikroskopischen Be- reich. Dabei liegen die Gravurpunkte 13 bei der Darstellung ei- ner logischen 0 in der kodierten Information auf der einen Li- nie der Doppellinie 24 und bei der Darstellung einer logischen 1 auf der anderen Linie der Doppellinie 24.

Verfahren und Anordnung zur Erzeugung einer Lasergravur in eine Oberfläche eines Substrates Bezugzeichenliste 1 Lasergenerator 2 Laserstrahl 3 Strahlformungsblende 4 Korrekturblende 5 Stahlablenkungseinheit 6 Umlenkspiegel 7 Fokussiereinheit 8 Fokus 9 Substratauflage 10 x-y-Kreuztisch 11 z-Antrieb 12 Substrat 13 Gravurpunkt 14 Matrix 15 Matrixrahmen 16 Galvanometerkopf 17 erster Galvanometerspiegel 18 zweiter Galvanometerspiegel 19 erste Achse 20 zweite Achse 21 Struktur 22 Vergrößerung 23 Ausschnitt 24 Doppellinie x Bewegungsrichtung y Bewegungsrichtung z Bewegungsrichtung