DE10308328A1

DE10308328A1 - Verfahren zur Herstellung eines belichteten Substrats

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Publication number: DE10308328A1
Application number: DE10308328A
Authority: DE
Inventors: Wittich Dr. Kaule
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-09
Also published as: EP1599763A2; WO2004077493A2; US7241537B2; WO2004077493A3; US20060141385A1; RU2005129549A; JP2006520010A; RU2344455C2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines belichteten Substrats, das wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist. Das Substrat wird hierbei mit wenigstens zwei Photoresistschichten versehen, die an die Art der herzustellenden Bildbereiche angepasst sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines belichteten Substrats, das wenigstens zwei Bildbereiche aufweist.
Zur Absicherung von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Ausweiskarten oder dergleichen, werden häufig optisch variable Elemente angewandt, die aus Beugungsgittern aufgebaut sind. Solche Elemente werden im Folgenden als Gitterbilder bezeichnet. Dabei kann es sich um Gitterbilder handeln, bei denen die erste und höhere Beugungsanordnung für die Betrachtung ausgenutzt wird, wie z.B. bei Hologrammen oder bei solchen Gitterbildern, die aus Gitterflächen zusammengesetzt sind. Alternativ werden auch Gitterbilder verwendet, bei denen die nullte Beugungsordnung ausgenutzt wird, wie beispielsweise in US-A-4,892,385 und US-A-4,484,797 beschrieben.
Die Erste-Ordnung-Gitterbilder und die Nullte-Ordnung-Gitterbilder unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass bei den erstgenannten die Gitterkonstante größer als die Lichtwellenlänge sein muss, während bei letzteren die Gitterkonstante vorzugsweise kleiner als die Wellenlänge gewählt wird, insbesondere wenn man die reine Nullte-Ordnung beobachten will. Während bei Erste-Ordnung-Gitterbildern die Gitterkonstante für die Farbvariabilität entscheidend ist und die Gitterlinienstruktur eine untergeordnete Rolle spielt, ist es bei den Nullte-Ordnung-Gitterbildern genau umgekehrt.
Die als Sicherheitselemente verwendeten Beugungsstrukturen werden meist als Prägehologramme hergestellt. Hierfür wird eine auf ein Substrat aufgebrachte Photoresistschicht mit Laserlicht oder mit Elektronenstrahlen belichtet. Als Photoresist werden strahlungsempfindliche, filmbildende Materialien, z.B. Fotolacke, bezeichnet, deren Löslichkeitsverhalten sich durch Belichtung oder Bestrahlung ändert. Man unterscheidet positiv und negativ arbei tende Photoresists. Erstere werden durch photochemischen Abbau oder Umwandlung von funktionellen Gruppen unter Bestrahlung leicht löslich, wohingegen letztere durch Vernetzung oder Photopolymerisation schwer löslich bis unlöslich werden.
Nach dem Entwickeln der Photoresistschicht entsteht eine Berge und Täler aufweisende Struktur, die auf galvanischem Wege abgeformt werden kann. Bei Erste-Ordnung-Gitterbildern ist die Profilstruktur vorzugsweise sinusförmig, bei Nullte-Ordnung-Gitterbildern kasten- oder trapezförmig. Die abgeformte Struktur kann dann vervielfältigt und zur Herstellung von Prägestempeln verwendet werden.
Bekannt sind auch Gitterbilder, bei denen mehrere Belichtungsschritte miteinander kombiniert werden müssen. Dazu sind im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt.
In einem ersten Verfahren werden Teilbereiche einer Photoresistschicht mithilfe von Masken abgedeckt und zunächst die unmaskierten Teilbereiche der Photoresistschicht z.B. mit Laserlicht einer ersten Wellenlänge zur Erzeugung einer Beugungsstruktur belichtet. In weiteren Verfahrensschritten werden die bereits belichteten Teile der Photoresistschicht abgedeckt und die nunmehr von den Masken befreiten Bildteile z.B. mit Laserlicht anderer Wellenlängen zur Erzeugung von weiteren Beugungsstrukturen belichtet.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nicht angewendet werden kann, falls in einem Gitterbild unterschiedliche Resistschichtdicken gefragt sind, z.B. beim Zusammensetzen von Nullte-Ordnung-Gitterbildern.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird dieses Problem umgangen, indem mehrere Prägestempel auf galvanischem Wege von unabhängig voneinander belichteten Photoresistschichten hergestellt werden. Jeder Prägestempel enthält nur einen Teilbereich des Gesamtbilds. Um das Gesamtbild zu erhalten, werden die Prägestempel nebeneinander in thermoplastisches Material geprägt. Störend sind bei diesem Verfahren jedoch die beim Nebeneinanderprägen auftretenden Nahtstellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Belichtung mit unterschiedlichen Strahlungstypen einfach zu bewerkstelligen ist und bei dem gegebenenfalls auch die Schichtdicke in unterschiedlichen Bereichen der Belichtung angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhänigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist, werden wenigstens zwei Photoresistschichten verwendet, die an die Art der herzustellenden Bildbereiche angepasst sind. Dies hat den Vorteil, dass jeder Bildbereich unter optimalen Bedingungen hergestellt werden kann und damit optimalen optischen Effekt zeigt.
Der Begriff „Photoresist" bezeichnet im Sinne der Erfindung ein strahlungsempfindliches Material, dessen chemische Eigenschaften, insbesondere dessen Löslichkeitsverhalten, sich durch Einwirkung von Licht- oder Teilchenstrahlung ändert.
Als „Positiv-Resist" werden Photoresistmaterialien bezeichnet, die durch photochemischen Abbau oder Umwandlung von funktionellen Gruppen leicht löslich werden. Das heißt, die belichteten Partien werden bei der Weiterbehandlung weggelöst, die unbelichteten Partien dagegen bleiben stehen.
Als „Negativ-Resist" werden Photoresistmaterialien bezeichnet, die durch Vernetzung oder Photopolymerisation schwer löslich bis unlöslich werden. Das heißt, die unbelichteten Partien werden bei der Weiterbehandlung weggelöst, während die belichteten Partien stehen bleiben.
Der Begriff „Gitterbild" ist nicht auf Gitterlinienbilder beschränkt, sondern umfasst jegliche Ausgestaltung von Beugungsstrukturen. Lediglich wenn dieser Begriff im Gegensatz zu einem echten Hologramm benutzt wird, ist der Begriff im engeren Sinne zu verstehen.
Unter „Substrat" ist jegliches Trägermaterial zu verstehen, auf welches Photoresistschichten für einen Belichtungsvorgang aufgebracht werden können. Häufig werden hierfür Glasplatten verwendet, die unter Umständen schwarz eingefärbt oder beschichtet sind. Es können allerdings auch bereits galvanisch abgeformte Nickelshims verwendet werden, die bereits mit einem beliebigen Gitterbild versehen sind. Auf dieses wird eine weitere Photoresistschicht aufgebracht und entsprechend dem verwendeten Photoresist mit einem zweiten Gitterbild belichtet und bearbeitet. Darüber hinaus kommen als Substrat Kunststoff- oder Metallfolien in Betracht, die bereits mit einem Gitterbild, vorzugsweise in Form einer Prägung, versehen sind.
Als „Resistmaster" wird das nach der Erfindung hergestellte Substrat bezeichnet, das wenigstens eine belichtete und entwickelte Photoresistschicht aufweist. Der Resistmaster kann in weiteren Verfahrensschritten galvanisch abgeformt und zu so genannten Prägeshims weiterverarbeitet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden für die Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche, wie ein echtes Hologramm und ein Gitterbild, aufweist, wenigstens zwei Photoresistschichten verwendet, die an die jeweilige zu verwendende Strahlungsart optimal angepasst sind. Für eine holographische Belichtung wird üblicherweise Laserstrahlung verwendet, für die Gittererzeugung dagegen häufig Elektronenstrahl. Mithilfe der Erfindung können somit derartige unterschiedliche Herstellungsvarianten auf einem Substrat miteinander kombiniert werden.
Ein weiteres Auswahlkriterium für die Photoresistschichten in den unterschiedlichen Bildbereichen kann das zu erzeugende Profil der Reliefstruktur sein. Nullte-Ordnung-Gitterbilder benötigen möglichst steile Flanken, während für Erste-Ordnung-Gitterbilder flache Flankenwinkel bevorzugt werden. Insbesondere werden sinusförmige Profile angestrebt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher auch Nullte-Ordnung-Gitterbilder mit beliebigen Erste-Ordnung-Gitterbildern auf einem Substrat kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es aber auch, die unterschiedlichen Bildbereiche mit unterschiedlichen Nullte-Ordnung-Gitterbildern zu versehen. Bei dieser Art von Gitterbildern entsteht die Farbvariabilität allein durch die destruktive Interferenz der an den Oberflächen des Photoresists reflektierten Strahlung. Der wesentliche Parameter ist daher die Profiltiefe der Reliefstruktur, wobei die Profiltiefe nur von der Schichtdicke des Photoresists abhängt. Diese kann sehr genau eingestellt werden und liegt vor zugsweise im Bereich von ca. 50 bis 200 nm. Demnach kann das Substrat auch mit wenigstens zwei Photoresistschichten versehen sein, die aus dem gleichen Photoresistmaterial bestehen, aber unterschiedliche Dicke aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Photoresistschichten können bereits vor dem ersten Belichtungsschritt auf dem Trägermaterial angeordnet sein. Vorzugsweise werden sie hierbei übereinander aufgebracht, gegebenenfalls mit Schutzschichten dazwischen.
Die oberste Schicht ist für die Erzeugung eines ersten Bildbereichs optimiert, z.B. hinsichtlich eines ersten Strahlungstyps, die nächste Schicht dagegen für die Erzeugung eines zweiten Bildbereichs, z.B. hinsichtlich der Schichtdicke oder eines anderen Strahlungstyps usw. Zwischen den Resistschichten befinden sich gegebenenfalls „Stoppschichten", die gewährleisten, dass die Schichten nur mit der richtigen Strahlung belichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine für optische holographische Belichtung geeignete Positiv-Resistschicht über einer für Elektronenstrahlbelichtung geeigneten Positiv-Resistschicht aufgebracht, welche für optische Strahlungseinwirkung unempfindlich ist.
Diese Schichtfolge wird zunächst in den gewünschten Partien optisch, z.B. mit einem Hologramm belichtet. Diese Belichtung wirkt nur in der oberen Schicht, nicht in der darunter liegenden optisch unempfindlichen Schicht. Die anderen Partien werden vollflächig optisch belichtet, sowie zusätzlich mit einem gewünschten Elektronenstrahl-Gitterbild, wie z.B. in DE 102 26115 oder DE 102 26112 beschrieben, beaufschlagt. Die optische Belichtung führt in diesen Partien zur Löschung der oberen Schicht, wäh rend die Elektronenstrahlbelichtung die obere Schicht durchdringt und in der unteren Schicht ein Bild erzeugt. Nach der Resistentwicklung liegen die beiden Bildbereiche nebeneinander vor.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die einzelnen Photoresistschichten erst in einer geeigneten Phase des Herstellungsprozesses auf das Substrat aufgebracht und mit dem entsprechenden Gitterbild belichtet.
So kann auf das Substrat zunächst eine erste Photoresistschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt werden. Diese erste Photoresistschicht ist in ihrer Beschaffenheit auf den beim Belichten verwendeten Strahlungstyp angepasst bzw. in ihrer Schichtdicke für ein bestimmtes Bildgebungsverfahren optimiert . In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Photoresistschicht auf das Substrat und die darauf verbliebene erste Photoresistschicht aufgebracht, erneut belichtet und entwickelt. Da die zweite Photoresistschicht unabhängig von der ersten Photoresistschicht ausgewählt werden kann, lässt sich für die zweite Photoresistschicht ein Material verwenden, das für einen zweiten Strahlungstyp optimal bzw. in seiner Schichtdicke für ein bestimmtes Bildgebungsverfahren optimiert ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es daher, unterschiedliche nebeneinander liegende, unter Umständen nahtlos aneinander grenzende Bildbereiche zu erzeugen, wobei durch die Verwendung mehrerer besonders angepasster Photoresistmaterialien alle Bildbereiche eine optimale Qualität bzw. Schichtdicke besitzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Verfahrensabschnitt eine Negativ-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und die gewünschten Bildbereiche werden belichtet. Das Substrat wird anschließend entwickelt, wobei die nicht belichteten Bereiche des Negativ-Resists vom Substrat entfernt werden. In einem weiteren Verfahrensabschnitt wird anschließend eine zweite Negativ-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und zweite Bildbereiche werden belichtet.
Die bereits im ersten Verfahrensabschnitt in die erste Negativ-Resistschicht belichteten Bereiche werden im zweiten Verfahrensabschnitt nicht weiter belichtet. Durch das Entwickeln der zweiten Resistschicht werden schließlich die durch das zweite Resistmaterial zugeschütteten Bereiche der ersten Resistschicht wieder freigelegt. Im Ergebnis entsteht ein Substrat mit zwei nebeneinander angeordneten Photoresistschichten in Form von Bergen und Tälern, im Folgenden „Reliefstruktur" genannt. Die Reliefstrukturen in der ersten und zweiten Photoresistschicht sind dabei auf gleicher Höhe ausgebildet und gehen je nach Ausgestaltung des belichteten Musters auch nahtlos ineinander über.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in einem ersten Verfahrensabschnitt anstelle eines Negativ-Resist eine Positiv-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und die gewünschten Bildbereiche im gewünschten Design mit geeigneter Strahlung beaufschlagt. Um in den bisher unbelichteten Bereichen die Positiv-Resistschicht gänzlich zu entfernen, müssen in einem folgenden Schritt die belichteten Bereiche der ersten Positiv-Resistschicht mit einer Maske abgedeckt und die bisher unbelichteten Bereiche intensiv nachbelichtet werden. Bei der Entwicklung des Positiv-Resists werden die im ersten Schritt belichteten Muster in der Positiv-Resistschicht freigelegt sowie die im zweiten Schritt nachbelichteten Bereiche des Substrats völlig vom Positiv-Resist befreit. Dadurch entsteht neben der ersten Positiv-Resistschicht Platz für das Aufbringen weiterer Photoresistschichten. Die erste Positiv- Resistschicht und die nachfolgenden Photoresistschichten liegen dabei auf der gleichen Höhe.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen können selbstverständlich weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein, in denen weitere Photoresistschichten aufgebracht und entsprechend belichtet werden. Auch können Negativ-Resistschichten und Positiv-Resistschichten beliebig kombiniert werden.
Vor dem jeweiligen Aufbringen einer neuen Photoresistschicht kann eine dünne Barriereschicht aufgebracht werden, die dafür sorgt, dass beim Lösen der neuen Photoresistschicht die darunter liegende Photoresistschicht nicht beschädigt wird. Die Barriereschicht ist vorzugsweise aus einem anorganischem Material, welches beim Entwicklungsprozess nicht angegriffen wird. Andererseits ist es gegebenenfalls erforderlich, die Barriereschicht, nachdem sie ihren Zweck erfüllt hat, wieder zu entfernen, wenn sie bei nachfolgenden Verfahrensschritten stört. Dieses Entfernen muss ohne Beschädigung der Resistschicht möglich sein. Metallschichten erfüllen z.B. diese Bedingung. Sie werden von Resistentwicklern nicht angegriffen, lassen sich jedoch mit Säuren, Laugen oder Ätzlösungen entfernen, die wiederum den Resist nicht angreifen.
Die Barriereschicht kann auch weitere Funktionen erfüllen. Wird für die Belichtung einer der Photoresistschichten beispielsweise ein Elektronenstrahl verwendet, so kann die Barriereschicht als leitfähige Schicht ausgebildet sein, um die Elektronen nach der Energieabgabe abzuleiten. Vorzugsweise wird hierbei eine Chromschicht verwendet. Bei optischer Belichtung benötigt man gegebenenfalls eine effektiv lichtabsorbierende Schicht hinter der Photoresistschicht. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Substrat bzw. die unter dem optischen Photoresist liegenden Schichten selbst nicht genügend Licht schlucken.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Beugungsstrukturen einsetzen, die als Sicherheitsmerkmale für Wertdokumente oder zur Produktsicherung verwendet werden. Denn das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine Beugungsstruktur mit wenigstens zwei unterschiedlichen Bildbereichen herzustellen, die mit unterschiedlichen Belichtungsverfahren erzeugt wurden. So kann die Beugungsstruktur beispielsweise zum Teil als echtes Hologramm ausgebildet sein, während andere Teilbereiche lediglich als Gitterbild ausgebildet sind, das beispielsweise mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt wurde.
Zum Belichten eines echten Hologramms ist beispielsweise ein He-Cd-Laser mit einer Wellenlänge von 442 nm und ein hoch empfindlicher Photoresist gut geeignet. Beim Belichten nach dem üblichen Holographieverfahren erhält man ein Reliefprofil mit flachen Flanken, das sehr gut in Prägestempel umgesetzt werden kann.
Benutzt man jedoch denselben Positiv-Resist, um Beugungsstrukturen im Elektronenstrahl-Lithographieverfahren zu erzeugen, so erhält man rechteckige Reliefprofile, die zum Prägen nicht geeignet sind, da der Prägelack im Reliefprofil hängen bleibt. Dagegen bringt ein mit weicher Gradation arbeitender, gering empfindlicher Negativ-Resist bei entsprechend eingestelltem Elektronenstrahlfokus trapezförmige bis sinusförmige Reliefprofile, die in einem Prägevorgang sehr gut verwendet werden können.
Aber auch reine Gitterbilder können mit unterschiedlichen Techniken hergestellt werden. Je nach herzustellendem Design kann es sinnvoll sein, für un terschiedliche Bildbereiche unterschiedliche Herstellungstechniken bzw. Strahlungstypen zu verwenden, um eine optimale Bildqualität und Brillanz des optisch variablen Effekts zu erzeugen. Auch können unterschiedliche Schichtdicken in unterschiedlichen Bereichen von Vorteil sein (bei Erste-Ordnung-Gitterbildern) oder notwendig (bei Nullte-Ordnung-Gitterbildern) sein. Hier kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den oben beschriebenen Verfahrensschritten ebenfalls eingesetzt werden. Die einzelnen Photoresistschichten müssen lediglich in der gewünschten Schichtdicke auf das Substrat aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch nur eine Photoresistschicht verwendet werden, die in wenigstens einem Teilbereich mit Lichtstrahlung, wie z.B. Laserstrahlung und in wenigstens einem weiteren Teilbereich mit Teilchenstrahlung, wie z.B. Elektronenstrahl, belichtet wird. Dies hat den Vorteil, dass Gitterbilder, die mit unterschiedlichen Aufzeichnungstechniken erzeugt werden, auf einem Substrat hergestellt werden können und dieses Substrat als Ganzes zu einem Prägewerkzeug weiterverarbeitet werden kann. Die Herstellung unterschiedlicher Prägewerkzeuge und die damit erläuterten Probleme entfallen somit.
Die erfindungsgemäßen Bildbereiche können sich auch teilweise oder vollständig überlagern. Hierbei wird vorzugsweise eine Photoresistschicht verwendet, die zumindest partiell zuerst mit der einen Beugungsstruktur und anschließend im gleichen Bereich mit einer zweiten oder mehreren Beugungsstrukturen belichtet bzw. beschrieben wird.
Für die beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein neutrales Trägermaterial, wie eine Glasplatte, verwendet, auf die die einzelnen Photoresistschichten aufgebracht und dort belichtet und entwickelt werden. Das auf diese Weise hergestellte Substrat, der so genannte „Resistmaster", wird anschließend galvanisch abgeformt und nach bekannten Verfahren vervielfältigt, um ein Prägewerkzeug, wie beispielsweise einen Prägezylinder, herzustellen.
Alternativ kann statt dem neutralen Trägermaterial auch eine bereits mit einem Gitterbild versehene Kunststoff- oder Metallfolie bzw. ein Galvanikshim verwendet werden. Das Gitterbild liegt dabei vorzugsweise in Form einer Reliefstruktur vor. Für die Herstellung dieses Zwischenproduktes wird ein neutrales Trägermaterial, wie z.B. eine Glasplatte, mit einer ersten Photoresistschicht beschichtet und mit dem entsprechenden Gitterbild oder Teilen desselben mittels Laser oder Elektronenstrahl belichtet. Dieser Resistmaster wird galvanisch abgeformt. Anschließend wird entweder das auf diese Weise erzeugte Galvanikshim oder eine Kunststoff- oder Metallfolie, die mithilfe eines ausgehend von diesem Galvanikshim hergestellten Prägewerkzeugs mit dem Gitterbild geprägt wurde, mit einer weiteren Photoresistschicht beschichtet. Auch diese Photoresistschicht wird mit einem Gitterbild oder Teilen eines Gesamtgitterbildes belichtet bzw. mittels Elektronenstrahl beschrieben. Je nach Art des verwendeten Photoresist kann es notwendig sein, nach der Entwicklung des Photoresist weitere Maßnahmen vorzunehmen, die sicherstellen, dass das erste Gitterbild in den gewünschten Bildbereichen freiliegt.
Wird beispielsweise ein Positivresist verwendet, so verbleibt diese Resistschicht vollflächig auf dem Trägermaterial, während die Strukturierung nur im belichteten Bereich vorliegt. Die nicht belichteten Bereiche müssen daher wieder entfernt werden. Hierfür kann man beispielsweise die belichteten Bereiche über Masken oder mithilfe eines so genannten Waschverfahrens mit einer Metallisierung versehen. Beim Waschverfahren werden alle nicht belichteten Bereiche mit einer vorzugsweise wasserlöslichen Druckfarbe bedruckt und das Trägermaterial anschließend vollflächig metallisiert. Beim Lösen der Druckfarbe wird die darüber liegende Metallisierung ebenfalls entfernt, lediglich in den belichteten Bereichen bleibt die Metallisierung zurück. Diese schützt die belichteten Bereiche auch beim folgenden Löseprozess der Photoresistschicht, die nur in den nicht belichteten Bereichen, beispielsweise mittels Aceton, entfernt wird. In einem letzten Schritt kann schließlich auch die Metallisierung entfernt werden. Dieses Substrat bildet ebenfalls einen Resistmaster, der, wie bereits beschrieben, weiterverarbeitet wird.
Eine weitere Alternative sieht vor, auf das bereits strukturierte Trägermaterial, d.h. die geprägte Folie bzw. das Shim, eine prägbare Lackschicht, z.B. eine UV-Lackschicht, oder thermoplastische Schicht aufzubringen, in welche mit einem zweiten Prägewerkzeug das gewünschte Gitterbild eingeprägt wird. Auch dieses Substrat bildet einen Resistmaster, der, wie beschrieben, zu einem Prägewerkzeug weiterverarbeitet wird. Dieser Vorgang kann selbstverständlich beliebig oft wiederholt werden. Die zuletzt beschriebenen Vorgehensweisen haben neben der optimalen Anpassbarkeit der Photoresistschichten an die Art des Gitterbildes bzw. des Aufzeichnungsverfahrens den großen Vorteil, dass ein bereits existierendes Gitterbild ergänzt und/ oder durch zusätzliche Informationen individualisiert werden kann.
Die beiden zuletzt beschriebenen Vorgehensweisen bieten sich z.B. an, wenn für eine Banknotenserie ein optisch variables Sicherheitselement hergestellt werden soll, das im Hintergrund ein für alle Denominationen identisches Gitterbild, wie z.B. ein Landessymbol, zeigt, und im Vordergrund ein für die jeweilige Denomination individuelles Symbol, wie die Denomination selbst.
Mittels der erfindungsgemäß hergestellten Prägewerkzeuge lassen sich Sicherheitselemente herstellen, die zur Absicherung von Wertdokumenten, wie beispielsweise Banknoten, Schecks, Ausweiskarten oder dergleichen, verwendet werden. Auch im Bereich der Produktsicherung werden geprägte Beugungsstrukturelemente häufig eingesetzt.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten können erstmals Nullte-Ordung-Gitterbilder und Erste-Ordnung-Gitterbilder bzw. mit Teilchenstrahlung und durch optische Belichtung erzeugte Gitterbilder beliebig in einem Resistmaster kombiniert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a-d aufeinander folgende Verfahrensschritte bei der Verwendung von Negativ- Resistschichten;
2a-f aufeinander folgende Verfahrensschritte bei der Verwendung von Positiv-Resistschichten;
3a-d eine weitere Ausführungsform mit zwei Negativ-Resistschichten unterschiedlicher Schichtdicke;
4 erfindungsgemäßer Resistmaster in Aufsicht;
5 Vorlage für eine holographische Belichtung;
6 Beispiel für eine Maske;
7 holographische Belichtung mit der Vorlage gemäß 5 und Maske gemäß 6
8a-f aufeinander folgende Verfahrensschritte eines Verfahrens, bei dem zunächst in einem ersten Verfahrensschritt ein Positiv-Resist holographisch belichtet und anschließend ein Negativ-Resist mithilfe eines Elektronenstrahls belichtet wird;
9a-e weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit übereinander liegenden Photoresistschichten;
10 eine weitere Ausführungsform;
11a-c eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Photoresistschicht aus Positiv-Resist;
12 Negativ-Resist belichtet nach dem Verfahren gemäß 11a,11b;
13-15 verschiedene Schichtaufbauten, die in dem in 11 gezeigten Verfahren verwendet werden können;
16-18 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den 1a bis 1d sind Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem zunächst eine Photoresistschicht 1 auf ein Substrat 2 aufgebracht wird. Bei dem Substrat 2 kann es sich beispielsweise um eine Glasplatte handeln, die, falls eine optische holographische Belichtung erfolgen soll, vorzugsweise schwarz eingefärbt ist, um Reflexionen zu vermeiden. Das Aufbringen der Photoresistschicht 1 geschieht beispielsweise, indem auf das Substrat 2 ein Tropfen Photoresistmaterial gegeben wird, der in einer Resistschleuder, z.B. einer Zentrifuge, gleichmäßig über das Substrat 2 hinweg verteilt wird. Danach wird die Photoresistschicht 1 durch Erwärmen ausgehärtet.
Die Dicke der entstehenden Photoresistschicht 1 hängt von der Tropfengröße, der Schleudergeschwindigkeit und Schleuderdauer, der Temperatur, dem Dampfdruck und anderen Parametern ab. Wenn in die Photoresistschicht 1 optische Beugungstrukturen eingebracht werden sollen, so liegt die Dicke der Photoresistschicht 1 zwischen 100 und 1000 Nanometer.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Herstellung von holographisch erzeugten Beugungsstrukturen erläutert. Hierfür wird in dem in 1 gezeigten Beispiel als Photoresistschicht 1 eine Negativ-Resistschicht verwendet.
Diese Negativ-Resistschicht 1 wird nach dem Aushärten mit einheitlichen kohärenten Wellenfeldern 3 belichtet, die im Bereich der Negativ-Resistschicht 1 interferieren und in der Negativ-Resistschicht 1 ein in 1a gestrichelt angedeutetes Interferenzmuster 4 bilden. Das Negativ-Resistmaterial und die verwendete Strahlung sind dabei optimal aufeinander abgestimmt. Die Belichtung mit den Wellenfeldern 3 wird dabei so ausgeführt, dass das Interferenzmuster 4 lediglich im Bereich eines ersten Bildbereichs 5 ausgebildet wird, während ein zweiter Bildbereich 6 unbelichtet bleibt. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Masken erreicht werden. Die Umrisse der Bildbereiche 5 und 6 sind jeweils entsprechend dem durch die Bildbereiche 5 und 6 dargestellten Motiv gewählt.
Beim Entwickeln werden die unbelichteten Partien der Negativ-Resistschicht 1 gelöst. Entsprechend dem Interferenzmuster 4 weist die Negativ-Resistschicht 1 nunmehr Berge 7 und Täler 8 auf, die im gezeigten Beispiel gleichmäßig sinusförmig ausgebildet sind. Je nach darzustellendem Bildmotiv kann die Reliefstruktur auch beliebig kompliziert sein. Dies ist insbesondere bei echten Hologrammen der Fall. Im Bereich des Bildbereichs 6 wird durch den Entwicklungsvorgang die Negativ-Resistschicht 1 vollständig gelöst, so dass das Substrat 1 in diesem Bereich wieder unbeschichtet ist.
Gemäß 1c wird daraufhin eine zweite Negativ-Resistschicht 9 vollflächig auf das Substrat 2 aufgebracht, so dass sie auch die erste Negativ-Resistschicht 1 abdeckt. Dieses zweite Negativ-Resistmaterial 9 ist dabei optimal an die zum Belichten verwendete Strahlungsart angepasst. Wie in 1c angedeutet, wird die zweite Negativ-Resistschicht 9 im Bildbereich 6 ebenfalls mit kohärenten Wellenfeldern 10 belichtet, deren Wellenlänge jedoch beispielsweise von der für die Belichtung des ersten Negativ-Resist 1 verwendeten Strahlung verschieden ist. Auch hier bildet sich im Bildbereich 6 ein Interferenzmuster 11 aus, das strichliert angedeutet ist.
Das Substrat 2 wird erneut entwickelt. Das Ergebnis ist in 1d dargestellt. Da es sich um einen Negativ-Resist handelt, bleiben beim Entwickeln die belichteten Bereiche der Negativ-Resistschicht 9 stehen. In den von den Wellenfeldern 10 nicht belichteten Bereichen wird die Photoresistschicht 9 entfernt. Insbesondere werden die durch die zweite Photoresistschicht 9 zugeschütteten Partien der ersten Photoresistschicht 1 wieder freigelegt. Die unterschiedlichen Bildbereiche 5, 6 grenzen im gezeigten Beispiel direkt aneinander. Sie können selbstverständlich auch beabstandet angeordnet sein.
Wenn weitere separate Bildbereiche neben den in den 1a bis d dargestellten Bildbereichen 5 und 6 ausgebildet werden sollen, werden in den Verfahrensschritten nach 1a bis 1d entsprechende Bereiche des Substrats 2 jeweils durch Nichtbelichten freigelassen. In weiteren Verfahrensschritten wird dann so verfahren, wie in den 1c und 1d dargestellt.
Das Verfahren kann nicht nur mit Negativ-Resistschichten, sondern auch mit Positiv-Resistschichten durchgeführt werden. Die 2a bis 2f zeigen die entsprechenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Verwendung von Positiv-Resistschichten.
In einem ersten Verfahrensschritt wird, wie in 2a dargestellt, das Substrat 2 mit einer Positiv-Resistschicht 12 beschichtet. Im Bereich des Bildbereichs 5 wird daraufhin die Positiv-Resistschicht 12 mit kohärenten Wellenfeldern 13 beaufschlagt. Diese Wellenfelder 13 interferieren in der Positiv-Resistschicht 12 und bilden ein in 2a gestrichelt eingezeichnetes Interferenzmuster 14 aus. Das Material der Positiv-Resistschicht 12 ist an die Strahlungsart der Wellenfelder 13 angepasst.
Die belichteten Partien der Positiv-Resistschicht 12 werden anschließend mit einer Maske abgedeckt, welche durch eine transparente Folie mit lichtdicht maskierten Partien 15 gebildet wird (2b). Bisher unbelichtete Partien der Positiv-Resistschicht 12, welche in nachfolgenden Verfahrensschritten für weitere Bildbereiche 6 vorgesehen sind, werden mithilfe von Strahlung 16 gemäß 2b intensiv vollflächig nachbelichtet.
Nach dem Entwickeln des Substrats 2 und dem Entfernen der belichteten Bereiche ergibt sich die in 2c dargestellte Reliefstruktur der Positiv-Resistschicht 12. Die Positiv-Resistschicht 12 weist nunmehr ein dem Interfe renzmuster 14 entsprechendes Reliefprofil mit Bergen 17 und Tälern 18 auf, das auch hier lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit als sinusförmige Reliefstruktur dargestellt ist. Um den Bildbereich 6 mit einer Beugungsstruktur zu versehen, wird auf das Substrat 2 eine zweite Positiv-Resistschicht 19 aufgetragen. Die zweite Positiv-Resistschicht 19 wird mit Wellenfeldern 20 beaufschlagt, die im Bildbereich 6 in der Positiv-Resistschicht 19 ein in 2d gestrichelt eingezeichnetes Interferenzmuster 21 ausbilden. Das Material der Positiv-Resistschicht 19 ist an den Strahlungstyp der Wellenfelder 20 angepasst.
In einem weiteren, in 2e dargestellten Verfahrensschritt werden die mit den Wellenfeldern 20 belichteten Partien der Positiv-Resistschicht 19 wiederum mit einer Maske 22 abgedeckt und der Bildbereich 5 sowie eventuelle weitere nicht dargestellte Bildbereiche intensiv vollflächig mit Strahlung 23 beaufschlagt.
Abschließend wird das Substrat 2 entwickelt und die belichteten Bereiche entfernt, so dass sich auf dem Substrat 2 die in 2f gezeigten Reliefstrukturen ergeben.
Mit den hier anhand der 1a bis 1d sowie 2a bis 2f beschriebenen Verfahren erhält man jeweils nebeneinander auf gleicher Höhe, d.h. direkt auf dem Substrat, liegende Photoresistschichten 1, 9, 12, 19, wobei das Material für die Photoresistschichten jeweils im Hinblick auf die zum Belichten verwendete Strahlung ausgewählt wurde, so dass optimale Ergebnisse erzielt werden.
Es sei angemerkt, dass die Positiv- und Negativ-Resistschichten auch miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise können sich an die Verfah rensschritte gemäß 1a und 1d die in den 2d bis 2f dargestellten weiteren Verfahrensschritte anschließen.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es sinnvoll sein, vor dem Aufbringen einer neuen Photoresistschicht jeweils eine dünne Barriere- oder Hilfsschicht, z.B. aus Metall, einem Oxid oder dergleichen, aufzubringen, die dafür sorgt, dass beim Lösen der neuen Photoresistschicht die darunter liegende Photoresistschicht nicht beschädigt wird. Vorzugsweise ist die Barriereschicht aus anorganischem Material, welches im Entwicklungsvorgang nicht angegriffen wird.
Die Hilfsschicht kann auch weitere Funktionen erfüllen. Wird für die Belichtung einer der Photoresistschichten ein Elektronenstrahl verwendet, wird sie vorzugsweise als leitfähige Schicht ausgebildet, um die Elektronen nach der Energieabgabe abzuleiten. In diesem Fall ist die Barriereschicht vorzugsweise eine Chromschicht. Bei einer Interferenzbelichtung dagegen kann sie als stark absorbierende dünne Schicht ausgebildet sein.
Die Erfindung ist auch nicht auf Verfahren beschränkt, bei welchen die Belichtung mittels Lichtstrahlung und Teilchenstrahlung kombiniert werden. Es können z.B. auch unterschiedliche Wellenlängen für die Belichtungen eingesetzt werden.
Ebenso können beliebige Arten von Gitterbildern, wie Erste-Ordnung- und Nullte-Ordnung-Gitterbilder miteinander kombiniert werden.
Die 3a bis 3d zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Substrat mit zwei unterschiedlichen Bildbereichen versehen wird, die sich durch unterschiedliche Profiltiefe auszeichnen. Dies ist beispielsweise bei Nullte-Ordnung-Gitterbildern der Fall, die unterschiedliche optische Effekte zeigen. Hierzu wird in einem ersten Schritt, wie in 3a dargestellt, eine Glasplatte 60 mit einer ersten Negativ-Resistschicht 61 versehen. Da die Profiltiefe allein von der Resistschichtdicke abhängt, muss die Resistschichtdicke exakt eingestellt werden. Im gezeigten Beispiel kann die Resistschichtdicke d₁ 200 nm betragen. Wenn für die Belichtung mit der Strahlung 62 ein Elektronenstrahl verwendet wird, kann die Glasplatte 60 vor dem Aufbringen der Negativ-Resistschicht mit einer Chromschicht besputtert werden. Die Dicke dieser Schicht beträgt ca. 20 nm. Die Negativ-Resistschicht 61 wird schließlich mit der Strahlung 62 derart belichtet, dass trapezförmige belichtete Bereiche 63 entstehen.
Der Negativ-Resist 61 wird anschließend entwickelt, wobei die nicht belichteten Partien weggelöst werden und lediglich die belichteten Bereiche 63 auf der Glasplatte 60 verbleiben, wie in 3b dargestellt. Anschließend wird eine zweite Negativ-Resistschicht 64 auf die Glasplatte 60 aufgebracht. Die Schichtstärke d₂ dieser zweiten Negativ-Resistschicht 64 beträgt 150 nm. Diese Schicht wird schließlich mit der gleichen Strahlung 62, vorzugsweise einem Elektronenstrahl belichtet. Die Belichtung findet hierbei in den zu den Bereichen 63 benachbarten Bereichen 65 statt. Auch dieser Negativ-Resist 64 wird anschließend entwickelt, wobei die nicht belichteten Partien weggelöst werden, so dass lediglich die belichteten Bereiche 63 und 65 auf der Glasplatte 60 verbleiben. Die Bereiche 63, 65 zeichnen sich durch unterschiedliche Profiltiefe d₁, d₂ aus, die insbesondere bei Nullte-Ordnung-Beugungsgittern zu unterschiedlichen optischen Effekten führt.
Dieses Verfahren kann selbstverständlich auch unter Verwendung von Positiv-Resistschichten oder einer Mischung aus Positiv- und Negativ-Resistschichten durchgeführt werden, wie bereits anhand der vorigen Fig. erläu tert wurde. Ebenso ist es möglich, in einem der Bildbereiche ein beliebiges Erste-Ordnung-Gitterbild anzuordnen.
4 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Resistmaster 110 für ein Prägehologramm, der einen ersten Bildbereich 100 aufweist, der mit Lichtstrahlung belichtet ist, und einen zweiten Bildbereich 101, der mit Teilchenstrahlung belichtet ist. Im gezeigten Beispiel weist der optisch belichtete Bildbereich 100 ein echtes Hologramm auf, das ein im Hintergrund angeordnetes Feld aus Buchstaben darstellt. Der mit Teilchenstrahlung erzeugte Bildbereich 101 wird von einem Buchstaben „A" gebildet, der beim Kippen des Bildes zu pulsieren scheint und der mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt wird. Die Motive können selbstverständlich beliebig gewählt werden. Auch können die unterschiedlichen Bildbereiche beliebig ineinander verschachtelt sein.
Das holographisch, d.h. durch Überlagerung kohärenter Lichtstrahlung erzeugte Buchstabenfeld 100 ist im Bereich 101 unterbrochen bzw. weist dort eine Lücke 101 auf. In dieser Lücke 101 ist ein mit Teilchenstrahlung, insbesondere Elektronenstrahl erzeugter Buchstabe „A" angeordnet, der sich aus unterschiedlichen bandförmigen Gitterstrukturen zusammensetzt, was durch die unterschiedliche Schraffur schematisch dargestellt wird.
Im Folgenden werden verschiedene Verfahrensvarianten beschrieben, mitwelchen ein derartiger erfindungsgemäßer Resistmaster 110 hergestellt werden kann.
Gemäß einem ersten Verfahren wird für die Herstellung des holographischen Hintergrunds eine Vorlage 102 verwendet, wie sie in 5 dargestellt ist. Diese Vorlage 102 wird optisch in eine Photoresistschicht belichtet, wobei eine Maske 103 in Form eines Buchstaben „A" verwendet wird. Die Maske 103 ist in 6 schematisch gezeigt. Die Maske 103 verhindert die holographische Belichtung der Photoresistschicht im Bereich 101 und lediglich der Hintergrund wird mit dem Buchstabenfeld 100 belichtet. Dies zeigt 7. In den ausgesparten, nicht belichteten Bereich 101 wird anschließend mittels eines Elektronenstrahls die in 4 dargestellte Gitterstruktur eingeschrieben. Die Reihenfolge der Belichtungsschritte kann selbstverständlich vertauscht werden. Wie nachfolgend im Einzelnen erläutert wird, können für die Erzeugung dieses Resistmasters 110 eine oder mehrere Photoresistschichten verwendet werden.
Eine erste Ausführungsform, bei welcher zwei Photoresistschichten verwendet werden, wird anhand der 8a bis 8f näher erläutert. Hier wird eine als Substrat 2 dienende schwarz eingefärbte Glasplatte mit einer Positiv-Resistschicht 24 aus dem Positiv-Resistmaterial A-RP 3040 mit etwa 0,50 Mikrometer Schichtdicke beschichtet. In einer üblichen holographischen Apparatur mit beispielsweise He-Cd-Laser wird die Positiv-Resistschicht 24 im Bereich des Hintergrunds 25 im üblichen Regenbogenhologramm-H1/H2-Verfahren belichtet, während für den Vordergrund 26, d.h. das Elektronenstrahl-Gitterbild vorgesehene Partien unbelichtet bleiben. In 8a ist diese Apparatur lediglich durch Laserstrahlung 27 angedeutet. Ferner wird darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein kleiner Teilausschnitt des Substrats dargestellt wird.
Gemäß 8b wird nun eine Maske, wie z.B. in 6 dargestellt, in Kontakt mit dem Substrat 2 gebracht. Bei der Maske handelt es sich um eine transparente Folie 29 mit lichtdicht maskierten Partien 15, welche die für den Hintergrund 25 vorgesehenen Bildteile abdeckt und die für den Vordergrund 26 vorgesehenen Partien freilässt. Das Substrat 2 wird nunmehr mit homogenem UV-Licht 30 nachbelichtet.
Nach dem Entwickeln des Substrats 2 im Entwickler AR 300-35 ergibt sich das in 8c schematisch dargestellte Reliefprofil 24. Im Folgenden wird eine 30 Nanometer dicke Chromschicht 31, wie in 8d gezeigt, aufgedampft. Auf die Chromschicht 31 wird daraufhin entsprechend 8e eine Negativ-Resistschicht 32 aus dem Negativ-Resistmaterial X AR-N 7720/ 25 mit einer Dicke von 300 nm aufgebracht. In dem dafür vorgesehenen Bereich 26 wird der Vordergrund als Gitterbild 101 mit Elektronenstrahl-Lithographie, wie in 8e dargestellt, geschrieben. Dabei wird ein Elektronenstrahl 33 entlang den vorgesehenen Gitterlinien geführt. Der Elektronenstrahl 33 schreibt sozusagen die Gitterlinien in die Negativ-Resistschicht 32 ein. Das fertig belichtete Substrat 2 wird im Entwickler AR 300-48 entwickelt. Dadurch ergibt sich das in 8f gezeigte Reliefprofil 32.
9 zeigt ein Beispiel, bei dem die Schichten nicht wechselweise mit den Arbeitsschritten aufgetragen werden, sondern bei dem alle Schichten am Anfang des Prozesses bereits vorliegen und die Belichtungen ohne weitere Beschichtungsvorgänge nacheinander vorgenommen werden können.
Auf eine Glasplatte 40, vorzugsweise eine geschliffene Quarzglasplatte wird eine Chromschicht 41 aufgebracht. Auf diese wird ein für optische Strahlung weit gehend unempfindlicher, dunkel eingefärbter Positiv-Resist 42 aufgebracht, der für eine Belichtung mit Elektronenstrahl geeignet ist und eine für die Elektronenstrahlbelichtung gewünschte Schichtdicke von z.B. 200 nm aufweist.
Darüber wird eine 400 nm dicke Schicht Positiv-Resist 43 aufgebracht, die eine gute Empfindlichkeit für Lichtstrahlung aufweist, z.B. für Licht eines He-Cd-Lasers mit der Wellenlänge 442 nm. Die Platte ist hiermit bereit zur Belichtung (9a).
Die Reihenfolge der nun erforderlichen Belichtungsschritte ist beliebig. Im gezeigten Beispiel wird mit der optischen Belichtung begonnen. Der hierfür vorgesehene Bereich 431 wird mit einem He-Cd-Laser 44 holographisch belichtet. Der so belichtete Bereich 431 enthält nun das latente holographische Bild, was in der 9b durch eine gestrichelte Sinuskurve angedeutet wird.
Der darunter liegende Photoresistbereich 421 wird wegen seiner optischen Unempfindlichkeit nicht geschädigt und dient durch seine dunkle Färbung als Absorptionsschicht, um unerwünschte Lichtspiegelungen zu vermeiden. Der in dieser Weise optisch belichtete Bereich 431 wird nun durch eine Maske 45 abgedeckt und der für Elektronenstrahlbelichtung vorgesehene Bereich zunächst vollflächig mit blauem Licht 46 vorbelichtet, um die obere Photoresistschicht in dem Bereich 432 lösbar zu machen. Die Blaulichteinwirkung 46 hat wegen der Lichtunempfindlichkeit der Photoresistschicht 42 keine Auswirkung auf den darunter liegenden Photoresistschichtbereich 422 (9c). Danach erfolgt die Elektronenstrahlbelichtung 47 in diesem Bereich (9d).
Der Elektronenstrahl durchdringt die obere Photoresistschicht 43 und belichtet die darunter liegende Elektronenstrahl-Resistschicht 42 mit dem gewünschten Gitterbild. Die Schäden, die der Elektronenstrahl in der oberen Photoresistschicht 43 anrichtet, sind belanglos, da diese Schicht in diesem Bereich letztlich entfernt wird. Die Belichtung ist hiermit abgeschlossen.
Bei der Entwicklung entstehen nun aus den latenten Bildern Berg- und Talprofile (9e), wie durch die Belichtung bedingt. Der Bereich 431 zeigt ein holographisches Bild, der Bereich 421 ist unbeschädigt, da er nicht belichtet wurde. Der Bereich 432 ist entfernt, da er vollflächig belichtet wurde und im Bereich 422 liegt ein Elektronenstrahl-Gitterbild vor.
10 zeigt einen alternativen Aufbau der genauso behandelt wird wie 9. Der Unterschied ist, dass statt der Chromschicht 41 eine leitende Polymerschicht 51 aufgebracht ist und ein schwarz eingefärbtes Glassubstrat 50 verwendet wird. Dieser Aufbau bringt für die optische Belichtung eine noch bessere Unterdrückung von Spiegelungen als der Aufbau nach 9.
Das in 4 dargestellte und bereits erläuterte Beugungsstrukturmuster, bestehend aus einer holographischen Belichtung 100 und einer mittels Elektronenstrahl erzeugten Gitterstruktur 101 kann auch durch Belichtung nur einer Photoresistschicht hergestellt werden. Diesen Fall zeigen die 11a bis 11c. Vor der Belichtung wird hier das Substrat 2 mit einer Metallschicht 70 versehen, darüber wird eine dunkle Absorptionsschicht 73 sowie eine Photoresistschicht 71 aufgebracht. Für die holographische Belichtung des Hintergrundmusters 100 wird diese Photoresistschicht 71 mit einer Maske 72 teilweise abgedeckt. Die in 11a schematisch dargestellte Maske 72 hat beispielsweise die in 6 dargestellte Form. Der nicht durch die Maske 72 abgedeckte Bereich der Photoresistschicht 71 wird nun, wie in 11a dargestellt, durch die Überlagerung zweier kohärenter Lichtstrahlen 75, 76 belichtet. Der Objektstrahl 76 trägt dabei die Information des Buchstabenfeldes 102, das in 5 dargestellt ist. Durch die Überlagerung des Objektstrahls 76 mit dem Referenzstrahl 75 entsteht in der Photoresistschicht 71 die holographische Beugungsstruktur 77 in Form des Buchstabenfeldes 100, das, wie in 7 dargestellt, im Bereich 101 eine Lücke aufweist. Diese Lücke 101 wird von der Maske 72 abgedeckt und ist daher zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens noch nicht belichtet. Anschließend wird die Maske 72 entfernt und in diesem bisher noch nicht belichteten Bereich der Photoresistschicht mit einem Elektronenstrahl 78 die Gitterstruktur 79 eingeschrieben. Diesen Verfahrensschritt zeigt 11b. Die Metallschicht 70 sorgt in diesem Verfahrensschritt für eine Ableitung der Elektronen des Elektronenstrahls 78. Die dunkle Absorptionsschicht 73 dagegen sorgt während der holographischen Belichtung dafür, dass keinerlei störende Lichtreflexionen auftreten. Handelt es sich bei der in den Verfahrensschritten 11a und 11b verwendeten Photoresistschicht 71 um einen Positiv-Resist, so hat die Photoresistschicht 71 nach der Entwicklung die in 11c dargestellt Reliefstruktur.
Wird für die Verfahrensschritte gemäß 11a und 11b dagegen ein Negativ-Resist verwendet, so hat dieser nach der Entwicklung die in 12 dargestellte Reliefstruktur.
Die 13 bis 15 zeigen verschiedene Schichtfolgen, die auf dem Substrat 2 angeordnet werden können und in den in 11 dargestellten Verfahren verwendbar sind. So kann beispielsweise auf die dunkle Absorptionsschicht 73 verzichtet werden, wenn als Substratschicht 2 ein dunkel eingefärbtes Glas verwendet wird. Statt der Metallschicht 30 kann zudem ein leitfähiges Polymer 80 verwendet werden (13). Ebenso ist es möglich, die Metallschicht 70 gleichzeitig als Ableitungsschicht und als Maske zu verwenden. Diesen Fall zeigt 14. Als Substrat 2 kann hier ebenfalls ein dunkel eingefärbtes Glas verwendet werden. Gemäß einer weiteren Alternative (15) kann die Maske 72 auch mehrschichtig aufgebaut sein und aus einer Glasplatte oder Kunststofffolie 81 bestehen, auf welche die maskierende Metallschicht 82 in einem separaten Verfahrensschritt aufgebracht wird. Die Strukturierung der Metallschicht 82 kann dabei mittels bekannter Wasch- oder Ätzverfahren erfolgen. Diese Maske 72 wird auf die Photoresistschicht 71 aufgelegt. Dabei kann es hilfreich sein, zwischen der Maske 72 und der Photoresistschicht 71 eine Glyzerinschicht anzuordnen, um Reflexionen an der Photoresistschicht-Oberfläche zu vermeiden. Statt Glyzerin kann auch eine geeignete andere Substanz verwendet werden, die in etwa den gleichen Brechungsindex wie die Photoresistschicht 71 und die Glasschicht 81 aufweist.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung des Resistmasters 110 gemäß 4 zeigt 16a bis 16d. Hier wird auf den Einsatz von Masken verzichtet, so dass sich die erzeugten Beugungsstrukturen 100,101 überlagern. Das heißt, die den Vordergrund bildende Beugungsstruktur 101 ist über dem Buchstabenfeld 100 angeordnet und ersetzt in diesem Bildbereich das den Hintergrund bildende Buchstabenfeld.
In 16a wird ein mit einem Photoresist 1 beschichtetes Substrat 2 mit kohärenter Strahlung 195 so belichtet, dass im Resist 1 ein latentes Gitterbild 196 entsteht. Danach wird der Resist 1 entwickelt. Es ergibt sich ein Zwischenprodukt wie in 16b gezeigt. Das Gitterbild 196 gibt das Buchstabenfeld 100 wieder. Auf dieses Zwischenprodukt wird nun eine Photoresistschicht 197 aufgebracht, welche aufgrund ihrer Konsistenz und der größeren Schichtdicke die vorher aufgebrachte Struktur zuschüttet und einebnet, wie 16c zeigt. Mit einem Elektronenstrahl 198 wird ein latentes Bild 199 in der Schicht 197 erzeugt, wobei die Belichtung so erfolgt, dass die Schicht nicht bis unten durchbelichtet wird. 16d zeigt das Ergebnis nach der Entwicklung. Die Beugungsstruktur 101 überlagert und ersetzt die Beugungsstruktur des Buchstabenfeldes 100. Auf diese Weise kann eine einheitliche Beugungsstruktur einfach mit zusätzlichen, vorzugsweise individualisierenden Informationen versehen werden.
17a bis 17c zeigen eine weitere Variante, bei der in eine Photoresistschicht mit zwei unterschiedlichen Strahlungsarten belichtet wird, in diesem Fall überlagern sich die durch die Belichtungen erzeugten Bilder. In 17a wird ein mit Photoresist 1 beschichtetes Substrat 2 mit einer Strahlung 3 (z.B. Laserlicht) so belichtet, dass im Photoresist ein latentes Gitterbild 196 entsteht. Danach wird, wie in 17b gezeigt, mit einer anderen Strahlungsart 190, wie z.B. Elektronenstrahlung, nochmals belichtet, so dass sich dem ersten Gitterbild 196 ein weiteres Gitterbild 191 überlagert. 17c zeigt das Ergebnis der Prozedur nach der Entwicklung der Photoresistschicht 1. Die endgültige Gitterstruktur 194 besteht demnach aus einer Überlagerung der Gitterbilder 196 und 191.
Bei der in 17 gezeigten Vorgehensweise wird ein Photoresist 1 benötigt, der für beide Strahlungsarten gleich gut geeignet ist, was nicht für alle Strahlungsarten realisierbar ist. 18a bis 18d zeigen ein Verfahren, das für alle Strahlungsarten verwendbar ist. In 18a wird wieder ein mit Photoresist 1 beschichtetes Substrat 2 mit einer Strahlung 3, wie z.B. Laserlicht, so belichtet, dass im Photoresist 1 ein latentes Gitterbild 196 entsteht. Danach wird der Photoresist 1 entwickelt. Es ergibt sich ein Zwischenprodukt wie in 18b gezeigt. Auf dieses Zwischenprodukt wird nun eine weitere Photoresistschicht 192 aufgebracht, die in Schichtdicke und Empfindlichkeit der Belichtung mit der Strahlungsart 190, z.B. Elektronenstrahlung, optimal angepasst ist. Wie in 18c gezeigt, ergibt sich bei der Belichtung mit der Strahlungsart 190 in der Schicht 192 das latente Bild 193. 18d zeigt das Ergebnis nach der Photoresistentwicklung. Auch hier besteht die endgültige Gitterstruktur 194 aus einer Überlagerung der Gitterbilder 196 und 193.
Selbstverständlich können für das erfindungsgemäße Verfahren auch beliebige andere Schichtaufbauten verwendet werden. So kann es unter Umständen sinnvoll sein, die reflexionsverhindernde Absorptionsschicht auf die Unterseite des Substrats 2 anzuordnen, so dass Photoresistschicht und Absorptionsschicht auf unterschiedlichen Oberflächen des Substrats angeordnet sind.
Ferner können in allen gezeigten Verfahren Substrate verwendet werden, die bereits mit einer Beugungsstruktur versehen sind, wie z.B. Galvanikshims, geprägte Kunststoff- oder Metallfolien. Unter Umständen reicht es jedoch aus, diese speziellen Substrate lediglich mit einer weiteren Photoresistschicht zu versehen und diese nach den dargestellten Verfahren zu belichten.
Alle beschriebenen Verfahrensvarianten können beliebig miteinander kombiniert werden. Die im Zusammenhang mit dem Resistmaster gemäß 4 erläuterten Verfahren können auch für die Herstellung bzw. Kombination anderer unterschiedlicher Gitterbilder benutzt werden.
Die Reliefstrukturen bzw. belichteten Substrate lassen sich als Resistmaster in der üblichen Weise wie bei der optischen Holographie bearbeiten. Im Folgenden wird daher eine dünne Silberschicht durch Aufdampfen oder chemischen Niederschlag aufgetragen und im Galvanikbad eine Nickelabformung gemacht. Die Nickelabformung kann vervielfacht und als Prägeswerkzeug zum Prägen einer Prägeschicht verwendet werden. Die Prägeschicht wird schließlich auf das endgültige Substrat, z.B. eine Banknote, Kreditkarte oder ein Verpackungsmaterial, mit oder ohne eine metallisch glänzende Reflexionsschicht transferiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist, wobei bei der Herstellung des Resistmasters wenigstens zwei Photoresistschichten verwendet werden, die an die Art der herzustellenden Bildbereiche angepasst sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoresistschichten in den Bildbereichen in unterschiedlicher Schichtdicke aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoresistschichten aus dem gleichen Material bestehen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoresistschichten an die Art des herzustellenden Reliefprofils angepasst sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoresistschichten an unterschiedliche Strahlungsarten angepasst sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoresistschichten übereinander angeordnet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die unterschiedlichen Bildbereiche wenigstens teilweise überlagern.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich überlagernden Bildbereiche in eine Photoresistschicht belichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich überlagernden Bildbereiche in übereinander liegende Photoresistschichten belichtet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 mit folgenden Schritten: – Beschichten des Substrats mit einem ersten Photoresist, – Beaufschlagen des ersten Photoresists mit Strahlung eines ersten Strahlungstyps im ersten Bildbereich, – Entwickeln des ersten Photoresists, – Aufbringen einer zweiten Photoresistschicht auf das Substrat, – Beaufschlagen des zweiten Photoresists mit Strahlung eines zweiten Strahlungstyps im zweiten Bildbereich, – Entwickeln des zweiten Photoresist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Schritten: – Beschichten des Substrats mit einem ersten Photoresist erster Schichtdicke, – Beaufschlagen des ersten Photoresists mit Strahlung im ersten Bildbereich, – Entwickeln des ersten Photoresists, – Aufbringen einer zweiten Photoresistschicht zweiter Schichtdicke auf das Substrat, – Beaufschlagen des zweiten Photoresists mit Strahlung im zweiten Bildbereich, – Entwickeln des zweiten Photoresists.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Photoresistschicht (1,12, 24) und für die zweite Photoresistschicht (9, 19, 32) jeweils ein Positiv- oder jeweils ein Negativ-Resist ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Photoresistschicht ein Negativ-Resist (1, 19, 32) und für die zweite Photoresistschicht eine Positiv-Resist (12, 19, 24) verwendet wird oder umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Positiv-Resist (12, 19, 24) zunächst der zugehörige Bildbereich belichtet wird und dann unter Verwendung einer Maske (15, 22) der umgebende Bereich mit Strahlung (16, 23, 30) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Photoresistschicht (1,12, 24) und der zweiten Photoresistschicht (9, 19, 24) eine Barriereschicht (31) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die Barriereschicht eine Metall- oder Oxidschicht (31) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Strahlung (3, 10, 13, 20, 33) vom ersten und zweiten Strahlungstyp eine Teilchenstrahlung oder elektromagnetische Strahlung ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Strahlung (3,10,13, 20, 33) vom ersten oder zweiten Strahlungstyp ein Elektronenstrahl oder Laser ausgewählt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste und/oder zweite Photoresistschicht Beugungsstrukturen belichtet oder geschrieben werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einen der Bildbereiche ein echtes Hologramm belichtet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einen der Bildbereiche ein Gitterbild geschrieben oder belichtet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Bildbereiche ein Nullte-Ordnung-Gitterbild geschrieben oder belichtet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Bildbereiche erzeugt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Photoresistschichten auf eine Glasplatte, eine geprägte Kunststoff- oder Metallfolie oder ein Galvanikshim aufgebracht und dort belichtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist, wobei das Substrat mit einer Photoresistschicht versehen wird, und die Photoresistschicht in einem Bildbereich mit Lichtstrahlung und im anderen Bildbereich mit Teilchenstrahlung belichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die unterschiedlichen Bildbereiche zumindest teilweise überlagern.
Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist, wobei auf ein Substrat, das mit einer Beugungsstruktur in Form einer Reliefstruktur versehen ist, eine Photoresistschicht aufgebracht wird, und die Photoresistschicht in einem der Bildbereiche belichtet wird, und die nicht belichteten Bereiche der Photoresistschicht entfernt werden, so dass die darunter liegende Reliefstruktur freigelegt wird und den zweiten Bildbereich bildet.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein Galvanikshim oder eine geprägte Kunststoff- oder Metallfolie verwendet wird.
Resistmaster, hergestellt nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 28.
Resistmaster mit wenigstens einer Photoresistschicht, die einen ersten Bildbereich aufweist, der mit Lichtstrahlung belichtet ist, und einen zweiten Bildbereich, der mit Teilchenstrahlung belichtet ist.
Resistmaster mit wenigstens zwei Photoresistschichten, wobei jede Photoresistschicht in wenigstens einem Bildbereich belichtet ist und die Bildbereiche in den beiden Photoresistschichten mit unterschiedlichen Strahlungsarten belichtet sind.
Resistmaster mit wenigstens einer Photoresistschicht, die einen ersten Bildbereich aufweist, der einen ersten Bildbereich aufweist, der mit einem Gitterbild Nullter-Ordnung belichtet ist, und einen zweiten Bildbereich, der mit einem Gitterbild Erster-Ordnung belichtet ist.
Resistmaster mit wenigstens zwei Photoresistschichten, wobei jede Photoresistschicht in wenigstens einem Bildbereich belichtet ist, und die Photoresistschichten unterschiedliche Schichtdicke aufweisen.
Resistmaster nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in jede Photoresistschicht eine Nullte-Ordnung-Gitterbild belichtet ist.
Resistmaster nach wenigstens einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bildbereiche zumindest teilweise überlagern.
Sicherheitselement, hergestellt mit einem Resistmaster gemäß wenigstens einem der Ansprüche 29 bis 35.
Verwendung des Resistmasters gemäß einem der Ansprüche 29 bis 36 für die Herstellung von Prägewerkzeugen, insbesondere Prägezylindern.
Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, wobei auf ein bereits strukturiertes Trägermaterial eine prägbare Lackschicht aufgebracht wird, in welche ein Gitterbild eingeprägt wird.