RU2431571C2 - Оптически изменяемое защитное устройство - Google Patents

Abstract

Защитное устройство формируется следующим способом. Обеспечивается непроявленный фоторезистивный слой на электрически проводящем слое. Формируется первый дифракционный шаблон на непроявленном фоторезистивном слое с помощью оптической интерферометрии. Формируется второй дифракционный шаблон в непроявленном фоторезистивном слое с помощью электронно-лучевой литографии. Проявляется фоторезистивный слой. Технический результат - получение дифракционных шаблонов, полученных путем оптической интерферометрии и электронно-лучевой литографии в одном и том же фоторезистивном слое. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

Область техники

В настоящее время в области оптической защиты существуют двойные требования для создания оптически изменяемых рисунков и эффектов, которые имеют уровень визуальной простоты и уникальной соразмерности в соответствии с требованием ясного и однозначного распознавания и установления подлинности и в то же время которые защищены от подделки с помощью способов и средств, доступных организованной преступности. Настоящее изобретение сосредоточено на классе оптически изменяемых устройств, в которых оптические эффекты получены с помощью фундаментальных механизмов дифракции (первого или нулевого порядка), которые возникают на интерфейсе или поверхности устройства, содержащего выпуклую рельефную поверхность. Устройство, работающее с дифракцией первого порядка, известно в промышленности как DOVID (Дифракционные Оптически Изменяемые Устройства Изображения). Наибольшая угроза целостности высокой степени защиты DOVID заключается в преобразовании или в воспроизведении относительно неуправляемых технологий получения оригинала, используемых для создания радужных эффектов и оптических изображений при производстве декоративной фольги (например, технические условия на растровые системы и способы интерференционного маскирования).

Как результат, поставщики оригиналов предприняли ограниченные усилия, чтобы объединить в первоначальной рельефной прокладке матрице, инструменте или штампе для тиснения соответствующие компоненты изображения, которые были сформированы/записаны с помощью двух или более взаимодополняющих способов или технологий получения оригиналов. Упомянутые способы получения оригиналов являются взаимодополняющими в отношении оптически изменяемого эффекта(тов), который они демонстрируют наблюдателю.

Сейчас в оптической промышленности широко признано, что голография с рассеянием белого света (в качестве примера можно привести Радужную голографию Бентона) и электронно-лучевая литография представляют собой два наиболее взаимодополняющих способа или технологии записи DOVID. Радужная голография Бентона наиболее подходит при получении явных эффектов или эффектов макроизображений, которые легко распознаются и интерпретируются неспециалистом - это трехмерные (3D) или стереоэффекты (т.е. изменения в перспективе и параллаксе получены с помощью моделей или множественного фотографирования) и простые переключатели полносимвольного изображения. В то же время, электронно-лучевая литография является наиболее подходящей для формирования комплексных трансформационных линейных эффектов и микрографических эффектов высокого разрешения (т.е. буквенно-цифровых знаков и символов с размерами, меньшими, чем 50 микрон).

К тому же использование оптико-интерферометрических способов, таких как голография Бентона, ограничивается главным образом записью микроструктур с синусоидальным рельефом поверхности, которые являются симметричными в плоскости рассеяния. Использование электронно-лучевой литографии, при которой детальный профиль каждой отдельной дифракционной решетки вытравлен с помощью экспозиции в записывающей среде, приводит к формированию несимметричных рельефных профилей, которые вызывают позитивный и негативный порядки дифракции неравной яркости, иногда называемые отражающими структурами.

До настоящего времени обычной практикой в промышленности было самостоятельно записывать/экспонировать компоненты голографического и электронно-лучевого изображения на двух отдельных записывающих пластинах - каждая пластинка, обычно имеющая фундаментально разный класс резистного материала (резиста), оптимизирована для нужд оптической и электронно-лучевой литографии. Из каждого соответствующего эталонного фотошаблона (пластины-оригинала) изготовлен штамп для тиснения для оптического и электронно-лучевого компонентов изображения. Для получения полного изображения, каждый штамп может быть или последовательно оттиснут в термопластичном материале в позиционном установочном устройстве, или оба штампа могут быть совместно размещены (т.е. один штамп расположен напротив другого), чтобы оттиснуть или впечатать в термопластик негативную копию полного изображения. Этот процесс получения полного изображения из элементов его компонентов описан в промышленности как механическая рекомбинация, а подложка, содержащая полное окончательное изображение, называется рекомбинация (воссоединение).

Мы обсудили для ясного понимания способ рекомбинации, достигнутой путем способа термического тиснения, однако оно также в равной степени хорошо может быть получено очень схожим образом, используя процесс реплицирования с ультрафиолетовым отверждением. В данное время одним признанным ограничением механической рекомбинации является наличие линий швов, которые определяют периметр каждого штампа изображения - линии шва в одной форме будут определяться как гребень рельефа, вызванный смятием материала, которое происходит, когда штампы изображения вдавливаются в слой термопластика или в мономер, способный к отверждению ультрафиолетовым излучением. Такие гребни часто присутствуют на возвышении профиля, которое превышает возвышения дифракционной микроструктуры и, как следствие, могут вызвать значительные проблемы при последующем производстве, в котором DOVID реплицируется в большом количестве путем процесса полудеформируемого или недеформированного тиснения. Линия шва будет также обычно проявляться отсутствием или прерыванием при реплицировании микроструктуры на границе между двумя штампами - проще говоря - темной линией, определяющей границу между двумя областями изображения или компонентами.

Исходя из запланированной перспективы, дальнейшее ограничение, связанное со способом механически воспроизведенных записанных оптико-интерферометрических или электронно-лучевых элементов изображения, заключается в том, что оно по своей природе не подходит для получения изображений таких типов, в которых электронно-лучевой элемент (или наоборот) получается как сложный шаблон линий или форм, которые перекрываются или соединяются в точно заданном порядке с соответствующим компонентом изображения. Это становится понятным, если знать, что когда штамп для тиснения, содержащий вторую картину изображения, вдавливается в термопластичный слой, на котором уже получен отпечаток от первого штампа для тиснения, эффект от второго штампа изображения заключается не только в оттиске новой картинки изображения, но также в сильном уменьшении или разрушении любого компонента первого изображения, который перекрывает зону штампа.

В способах согласно публикации W02004/077493 раскрыт поиск технологии, которая может преодолеть ограничения, связанные с механической рекомбинацией. Основное описание этого документа показывает, как получить записывающую пластину (более конкретно - пластину фоторезиста), имеющую два отдельных резистивных слоя, в которой каждый резистивный слой приспособлен или чувствителен к разным типам излучения. Одним из особенно существенных для нашего описания является случай, когда один тип излучения может быть голубым лазерным излучением (обычно 442 нм или 457 нм), а другой тип излучения получен с помощью потока или сфокусированного пучка электронов. То есть первый резистивный слой может быть записан с оптическим интерферометрическим изображением, а второй резистивный слой может быть записан с электронно-лучевым изображением. Однако использование двух резистивных слоев на практике приведет к значительному и ограничивающему во много раз уровню сложности процесса получения оригинала. Особенно для случая, когда полученное изображение содержало или взаимно перекрывающиеся или взаимосвязанные компоненты оптико-интерферометрического изображения и электронно-лучевого изображения, или наложение двух компонентов изображения.

Следует заметить, что экспонирование двух разных оптико-интерферометрических способов на одной записывающей пластине является установившейся практикой в уровне техники для конкретного случая, когда длины волн соответствующих источников лазерного излучения находятся близко друг к другу в голубой части спектра (например, лазер HeCd с длиной 442 нм и лазер Arion с длиной 457 nm) проявителя. Коммерчески доступные фоторезисты - это резисты (Shipley S1800), которые были сформированы, чтобы иметь одинаковую фотохимическую чувствительность в этом диапазоне, таким образом, упрощая задачу распределения соответствующей энергии экспонирования каждому из компонентов оптического изображения.

В основном резисты, которые предпочтительны для специалистов в области электронно-лучевой литографии, отличаются по химическому составу от тех, которые приспособлены или предпочтительны для оптической интерферометрии, голографии или тому подобного. Например, один из наиболее широко распространенных резистов, используемых в электронно-лучевой литографии, а именно РММА, проявляет слабую фотохимическую реакцию или ее отсутствие при экспонировании актиническим или мягким ультрафиолетовым излучением. Наоборот, фоторезист (то есть фотохимически активный резист), оптимальный для экспонирования мягким УФ и глубоким синим светом, может иметь очень слабую чувствительность или коэффициент контрастности при электронно-лучевой записи. Для более подробного рассмотрения оптических и электронных резистов смотри «Handbook of Microlithotography, Micromashining and Microfabrication, том 1: Microlithotography». Стр. 209, изд-во Rai-Choudhary.

Теперь дополнительная потенциально критическая проблема возникает при формировании изображения сфокусированного пучка электронов, которая заключается в том, что обычно органический изолирующий слой резиста расположен на изолированной подложке, на которой может происходить существенное локализованное накопление заряда. Без механизма для разрядки быстро накопленных локализованных электронов, которые возникнут в области экспонированного изображения, будет происходить быстрое накопление электростатического потенциала в областях экспонирования и поэтому сильные электростатические поля будут действовать, чтобы оттолкнуть падающий электронный пучок, вызывая значительное искажение в рельефной структуре, записанной электронным пучком. В обычной электронно-лучевой литографии один обычно применяемый подход к этой проблеме заключается в покрытии резиста очень тонким слоем (приблизительно 10 нм) металла, такого как золото, сплав золота с палладием, хром или алюминий. Электронный пучок высокой энергии может легко проникать через такой тонкий слой металла и таким образом экспонировать нижележащий резист. Перед проявлением резиста необходимо вытравить металлическую фольгу, используя подходящий травитель.

Относительно недавно практиковался альтернативный подход, заключающийся в нанесении проводящего полимера под резист, поверхностное сопротивление которого составляет около 20 Ом/квадрат. В случае, когда упомянутый полимер сдержит растворитель, который взаимодействует с резистом, нужен добавочный барьерный слой, предусмотренный между резистом и проводящим слоем (желательно, чтобы этот барьерный слой был растворимым в воде).

В соответствии с настоящим изобретением, способ формирования защитного устройства содержит:

а) обеспечение непроявленного фоторезистивного слоя на электрически проводящем слое;

b) формирование первого дифракционного шаблона на непроявленном фоторезистивном слое с помощью оптической интерферометрии;

с) формирование второго дифракционного шаблона в непроявленном фоторезистивном слое с помощью электронно-лучевой литографии; и

d) последующее проявление фоторезистивного слоя.

С помощью этого изобретения мы можем получить дифракционные шаблоны, полученные путем оптической интерферометрии и электронно-лучевой литографии соответственно в одном и том же фоторезистивном слое.

Что касается состава резистивного слоя, то он должен (для используемого химического проявления):

- проявлять позитивную реакцию, как на оптическое, так и на электронное экспонирование

или

- негативную реакцию, как на оптическое, так и на электронное экспонирование.

Поэтому следует исключить фоторезисты, в которых электронное экспонирование может одновременно генерировать как позитивную реакцию, так и негативную реакцию (перекрестную). Следующий промежуточный слой или слои расположен между фоторезистивным слоем и слоем подложки. Промежуточный слой(и) работает преимущественно как проводящий слой, но может также работать как поглощающее антиотражающее покрытие, чтобы подавить внутренние отражения в пластине резиста. Проводящий слой рассеивает электронный заряд, который накапливается на поверхности резиста в процессе электронно-лучевой записи. Проводящий слой желательно расширить до краев резиста, по меньшей мере, на двух предварительно выбранных сторонах. В одном предпочтительном варианте осуществления частично прозрачный слой металла, такого как хром (нанесенный обычно с помощью процесса вакуумного напыления) используется как проводящий слой - слой, выполняющий как функциональные требования антиотражающего слоя, так и проводящего слоя, пропускающего электрический заряд, имеющийся на резисте, через себя в землю. Или же слой хрома может быть получен с антиотражающим покрытием, таким как оксид хрома или диоксид кремния, между слоем хрома и фоторезистом.

В другом варианте осуществления изобретения два промежуточных слоя могут быть получены, где первый промежуточный слой в контакте с резистом может содержать неметаллическое покрытие с поверхностным сопротивлением менее 10 М Ω/sq. Такие покрытия могут быть созданы напылением смешанного оксида олова с сурьмой или сажи на органический клей.

Или коммерчески доступное покрытие, такое как покрытие ESPACER 100 (поставляемое Showa Denko). Такие покрытия наносятся на подложку путем обычного центрифугирования. Второй промежуточный слой является покрытием, которое поглощает «голубой» свет, таким как окись железа или Эбонит черный (поставляемый Canning).

Защитное устройство могло бы быть использовано как сформированное, но обычно будет использовано, чтобы сформировать штамп или прокладку, чтобы было возможно создавать копии защитного устройства, используя обычные способы тиснения.

В частности защитное устройство может быть использовано вместе с ценными бумагами или изделиями, включающими банкноту, чек или дорожный чек, сертификат подлинности, ярлык, облигацию, акцизный диск, гербовую марку, защитную этикетку, паспорт или ваучер, идентификационную карточку и тому подобное.

Некоторые примеры способов в соответствии с изобретением будут теперь описаны со ссылкой на приложенные чертежи, в которых:

Фиг. 1 иллюстрирует графически пример оптического компонента изображения;

Фиг. 2 иллюстрирует компонент электронно-лучевого литографического изображения, соответствующий компоненту оптического изображения на Фиг. 1;

Фиг. 3 иллюстрирует характеристики углового воспроизведения составного изображения;

Фиг. 4.1-4.5 иллюстрируют порядок, в котором меридиональные линии составного изображения включаются и выключаются в предварительно заданной последовательности;

Фиг. 5 - это схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс записи Н1-Н2;

Фиг. 6 иллюстрирует, каким образом оптическое изображение размещается на пластине фоторезиста;

Фиг. 7 иллюстрирует пластину фоторезиста, экспонированную оптическим компонентом изображением для проявки;

Фиг. 8 иллюстрирует пластину фоторезиста с непроявленным электронно-лучевым изображением;

Фиг. 9 - это схематичный вид в поперечном сечении примера фоторезистивной пластины фотошаблона;

Фиг. 10 иллюстрирует объединенный тисненый рисунок;

Фиг. 11 иллюстрирует в плоскости и в сечении последовательные этапы обычного способа формирования пластинок для тиснения; и

Фиг. 12 подобна Фиг. 11, но иллюстрирует новый способ для получения прокладки для тиснения в соответствии с изобретением.

Далее будет описан способ комбинирования компонентов оптико-интерферометрического и электронно-лучевого изображения в одном объединенном изображении путем процесса последовательных пространственно совмещенных экспозиций в единственном резистивном слое, который подлежит обработке в общем проявителе. Способ также позволяет двум компонентам изображения быть оптимизированными таким образом, чтобы их яркость была одинаковой.

Способ будет описан посредством варианта предпочтительного осуществления, в котором оптико-интерферометрические компоненты изображения (OIC) и электронно-лучевые компоненты (EIC) появляются на макровизуальном уровне, где они пространственно перекрываются или смыкаются в точно расположенном заданным образом порядке. Проще говоря, они появляются, чтобы быть подэлементами одного и того же дискретного элемента фотошаблона. Хотя должно быть понятно, что настоящее изобретение также подходит и для варианта осуществления, в котором OIC и EIC расположены в соседних, но визуально не перекрываемых областях пластины резиста - например, они появляются как дискретные отдельные элементы фотошаблона во всем оптически изменяемом изображении. В таком варианте осуществления требования к приводке являются в целом менее точными.

Чтобы проиллюстрировать основной способ данного изобретения мы рассмотрим конкретный пример создания комбинированного DOVID, который содержит графическое представление глобуса 1, содержащего вертикальные и горизонтальные криволинейные меридиональные линии 2 (Фиг. 1). Преобладающая фоновая область 3 глобуса 1 создана с помощью экспонирования двух перекрывающихся пучков когерентного света путем голографического (оптико-интерферометрического) процесса. На оптически записанном фоне 3 глобуса меридиональные линии 2 представлены как зоны, где нет голографической микроструктуры, т.е. пустые зоны микроструктуры или изображения. Размеры этих пустых меридиональных зон 2 слегка расширены, чтобы допустить небольшую допустимую приводку. Фиг. 1 показывает глобус, который является компонентом оптического изображения, в котором черные меридиональные линии являются пустыми зонами, которые позже будут экспонированы дифракционной структурой, полученной с помощью системы электронно-лучевого изображения.

Фиг. 2 показывает фотошаблон изображения, содержащий меридиональные линии 11-16, 21-24, которые должны быть экспонированы или записаны с помощью электронного пучка.

Для обычной высоты защищенное изображение глобуса 1 может иметь диаметр порядка 5-15 мм. Следовательно, желательно рисовать меридиональные линии, чтобы выйти за пределы диапазона разрешения коммерческих точечных систем формирования изображения (600-1000 точек на дюйм). Мы поэтому выбираем меридиональные линии 11-16, 21-24, чтобы иметь ширину линии 20-100 микрон, находящуюся за пределом возможностей таких систем для репродуцирования эффективным образом. Мы могли бы далее преимущественно использовать разрешающую способность электронного пучка (размер точки примерно 0,2 мкм), для получения в меридиональных линиях микрографических символов или знаков 30 с высотой знака в диапазоне 5-50 микрон (как показано на Фиг. 2). Получение дифракционных меридиональных линий такой ширины линий (и по выбору сверхмалого графического содержимого), которые точно совмещаются с оптически записанным глобусом, находится за пределами точности, которую может обеспечить механическая рекомбинация.

Окончательно мы также покажем на Фиг. 2, что, чтобы способствовать общественному признанию и повышению технической сложности копирования путем механической рекомбинации или единственно с помощью оптико-интерферометрических способов, каждая меридиональная линия 11-16, 21-24 может быть записана с разной ориентацией решетки, чтобы создать нарастающий мультипликационный эффект. Мультипликационная последовательность планирует, какая линия будет видна с каждой зоны наблюдения, как OVD называется около оси вращения, см. Фиг. 3.

Каждая меридиональная линия 11-16, 21-24 включается или выключается в заранее определенной последовательности; это показано на Фиг. 4.1-4.5. Этот тип мультипликационной последовательности был бы очень труднодостижим, используя существующие способы механической штамповки, которые объединяют вместе две технологии получения оригиналов. Потребовалось бы, чтобы меридиональные линии были отштампованы поверх глобуса без стирания тех, которые уже есть.

Основной процесс для производства подходящей пластины 43 фоторезиста (Н2 оригинал-резист) содержит первое вакуумное напыление тонкой пленки (10-20 нм) хрома 40 (Фиг. 9) на подложку 41 из кварцевого стекла или из натронного известкового стекла, заботясь о том, что нужно убедиться в том, что слой хрома 40 нанесен на всю стеклянную подложку 41 от края до края. Слой хрома обеспечивает функции проводящего слоя и абсорбирующего антиотражающего покрытия. На него затем наносится подходящий слой 42 фоторезиста с толщиной, которая может варьироваться в диапазоне от 200 нм до 20000 нм, в зависимости от глубины и типа требуемого рельефа поверхности. Хотя для случая обычного DOVID, работающего при дифракции первого порядка, предпочтительная толщина будет лежать в диапазоне от 500 до 2000 нм.

Экспериментальная разработка показала, что подходящий позитивный фоторезист - это Microposit S1800 серии, поставляемый Shipley, который содержит следующий растворитель: пропилен гликоль монометил эфир ацетат. Смола, используемая в этом фоторезисте является смолой на новолачной основе и фотоактивная смесь, принадлежит к группе сульфатов диазонафтокинона (DNQ). Подходящим проявителем, который обеспечивает хороший коэффициент контрастности γ для полученного как оптически, так и электронно рельефа поверхности, является Shipley's Microposit 303, разбавленный в воде в соотношении 1:6.

Теперь будет описан предпочтительный способ для записи или получения оптического компонента изображения (OIC), а именно пропускной Радужной Голограммы Бентона, в пластине 43 фоторезиста (Н2 оригинал) на Фиг. 9.

Первой стадией этого процесса является запись в промежуточной пропускной голограмме (Н1) 50 (Фиг. 5) компонентов фотошаблона, которые содержат OIC. Компоненты фотошаблона могут быть, например, вылепленной моделью или слоистой плоской композицией передаваемых масок фотошаблона (например, «стеклянные транспаранты»). Основы этого процесса хорошо известны в уровне техники как голографический процесс записи Бентона Н1-Н2. После записи и проявления промежуточной просветной голограммы 50 (Н1) следующей стадией является повторное освещение упомянутой Н1 50 с сопряжением 51 опорного луча, используемого для ее записи. Освещение Н1 50 с помощью ее сопряженного эталонного пучка 51 заставляет ее переносить или проецировать действительное голографическое изображение 52 (Н2 объектный луч) предварительно записанных элементов фотошаблона. Фокальная плоскость объектного луча 42 в таком случае совпадает с пластиной 43 фоторезиста и перекрывает опорный луч 54 (Н2 опорный луч), чтобы записать голографический интерференционный шаблон, который пространственно четко очерчен с помощью объектного луча. Схематическая иллюстрация Н2 процесса записи показана на Фиг. 5. OIC на этом этапе является невидимым скрытым изображением. Чтобы визуализировать компонент изображения необходимо проявить пластину 43. В случае позитивного резиста (такого как Shipley S1800) растворимость резиста в проявителе повышается с энергией экспонирования (будучи линейным отношением в предпочтительной рабочей зоне), следовательно, яркие интерференционные полосы (интерференционные максимумы) создают впадины в периодическом рельефе шаблонов, в то время как темные интерференционные полосы (минимумы) соответствуют «пикам» в периодическом рельефе.

В процессе записи комбинированного защитного устройства желательно, чтобы расположение Н2 объекта 52 точно соответствовало заданным поверхностям или точкам на оригинале 43 фоторезиста, которые будут оставаться неизменными при пространственных изменениях пластины фоторезиста (таких как изменения размеров, толщины или ортогональности сторон). Особенно предпочтительно, чтобы держатель пластины имел три установочных штифта 55-57, два из которых 55, 56 размещены в горизонтальной плоскости и один 57 в вертикальной плоскости, с каждым штифтом, образующим точечный или радиусный контакт с соответствующими сторонами Н2 оригинала резиста 43. В такой системе проецируемый Н2 объект пространственно соотнесен с этими тремя контактами или заданными точками.

Используя процесс, описанный выше, наборная пластина получается экспонированием первой пластины резиста одним или более OIC, размещенными в заранее определенных положениях с одним или заранее определенными уровнями энергии. Эта пластина затем проявляется в подходящем проявителе резиста, чтобы преобразовать скрытые OIC в видимые рельефные изображения. Координаты (см. Фиг. 6) каждого OIC, или более важные для совмещения заданных отметок, линий или перекрестий записываемых смежно с каждым OIC, затем определяются путем измерения их расстояний от соответствующих заданных точек или краев посредством перемещающегося микроскопа или каких-либо других средств, таких как оптическое сканирование пластины. В рамках этого процесса мы определяем точное положение изображения относительно зарегистрированных заданных линий (Xо, Yо), см. Фиг. 6, которые получены на Н2 оригинале 43.

Следующим этапом процесса дальнейшего получения наборной пластины является запись одного или более Н2 оригиналов пластин резиста с упомянутыми OIC компонентами, в которых эти дополнительные пластины фоторезиста будут позже записаны со вторыми электронно-лучевыми компонентами изображения (EIC). Каждый дополнительный Н2 оригинал-фоторезист записан, по меньшей мере, с одной записью OIC и желательно, по меньшей мере, с двумя-тремя записями OIC в тех же заданных положениях и с теми же заданными положениями, как и Н2 наборная пластина. Поскольку устройство из трех установочных штифтов 55-57 выполнено в держателе пластины резиста, положение или координаты Χ,Y каждого виртуального OIC в каждом дополнительном Н2 оригинале-резисте (см. Фиг. 7) будут совпадать с координатами Хо,Yо указанного OIC в каждом наборе в пределах 50 микрон или точнее. Следует отметить, что в противоположность наборной пластине, нет обработки или проявки этих Н2 оригиналов фоторезистов между записями OIC и EIC.

Нужно понимать, что хотя мы описали способ для получения оригиналов OIC, основанный на процессе записи Н1-Н2 Бентона, концепция изобретения не ограничивается способом получения оригиналов. Заявленный способ мог быть без труда приспособлен так, чтобы OIC были получены с помощью процесса оптико-интерференционной литографии, в котором маски пропускания расположены в тесном контакте с резистом и комбинацией, освещаемой с помощью интерференционной картины, полученной с помощью двух перекрывающихся лазерных лучей. Этот подход мог бы быть использован, чтобы получить или рельеф дифракции первого порядка, или рельеф дифракции нулевого порядка.

Альтернативно, OIC мог бы также быть получен с помощью обычной точечной системы, в которой ожидается, что точечное изображение будет содержать элементы фотошаблона с низким разрешением (например ≤ 2500 точек на дюйм), в то время как электронно-лучевой компонент будет содержать элементы фотошаблона с высоким разрешением (≥ 2500 точек на дюйм и особенно ≥ 5000 точек на дюйм).

В завершение фазы записи для OIC оригиналы-резисты будут затем размещены во втором держателе пластины, принадлежащем к электронно-лучевой установке, в которой необходимо, чтобы второй держатель пластины был геометрически равен первому (OIC) держателю пластины, что относится к монтажу и положению установочных или задающих штифтов. Следует заметить, что установочные штифты 55-57 являются проводящими, предпочтительно металлическими, и они должны иметь заземление. Например, проводящие установочные штифты 55-57 будут обычно зафиксированы на держателе пластины, изготовленном из нержавеющей стали, который заземлен. Поэтому когда Н2 оригинал-резист (43) установлен на держателе пластины и прочно закреплен проводящими установочными штифтами 55-57, проводящий металлический слой 40, распложенный между слоем 42 резиста и стеклянной подложкой 41, образует достаточный электрический контакт с проводящими установочными штифтами 55-57, чтобы гарантировать, что электрический заряд, который осаждается и накапливается на слое резиста в процессе электронно-лучевого экспонирования, будет стекать на землю. Таким образом, получаем серьезную защиту от накопления электростатического заряда, который может разрушить и ухудшить запись EIC.

Относительно следующей записи EIC, первый этап этого процесса заключается в использовании X-Y координат оптического изображения, определенных по наборной пластине, чтобы выбрать подходящую электронно-лучевую экспозицию или «записать» координаты для EIC. Пробные предыдущие экспонирования будут иметь схожие уровни энергии электронно-лучевого экспонирования для ЕIC, чтобы гарантировать, что амплитуда его поверхностного рельефа формируется в том же самом диапазоне, что и поверхностный рельеф OIC, когда H2 оригинал 43, содержащий комбинированное изображение (OIC и EIC), химически обрабатывается. Как пример, для резиста, такого как Shipley S1800, было найдено, что желательная энергия экспонирования для записи OIC будет лежать между 10-20 мДж/см² с соответствующей энергией электронно-лучевого экспонирования в диапазоне 10-30 мкКл/см² и особенно в диапазоне 15-25 мкКл/см².

Когда были выбраны оптимальные координаты и энергия экспозиции, первый Н2 оригинал 43 (содержащий скрытый OIC 58) затем подвергается электронно-лучевому записывающему или пишущему процессу путем экспонирования сфокусированным пучком электронов 60 из источника (не показан) через фокусирующую систему 61, таким образом получая скрытый EIC, как показано схематически на Фиг. 8. Н2 оригинал 43 зафиксирован относительно установочных штифтов в ранее описанном электронно-лучевом держателе пластины.

В существующей промышленной практике используют электронно-лучевую литографию, чтобы создать оригинал EIC, содержащий не только дифракционные структуры первого порядка (период решетки ≤5 мкм), но также структуры нулевого порядка (прямоугольный профиль период решетки ≤5 мкм). Электронно-лучевая литография также может быть использована, чтобы создавать EIC, содержащий очень грубые структуры (периодичность ≥10 мкм), которые ведут себя в соответствии с геометрическими законами отражения и преломления.

Завершая экспонирование EIC, результирующий Н2 резист оригинал 43 затем химически обрабатывается или проявляется, чтобы получить видимое изображение нужной яркости, таким образом получая объединенный Н2 резист оригинал. Теперь, если при осмотре этого первого Н2 оригинала определено, что, или: требуются дальнейшие усовершенствования в регистрации положения между OIC и EIC, или относительная дифракционная эффективность EIC и OIC не оптимальна, тогда второй Н2 резист оригинал может быть записан с координатами экспозиции или энергией экспозиции соответственно измененными.

До сих пор ссылка была сделана на Shipley S1800 резист, который является преобладающим резистом, используемым создателями DOVID с помощью способов оптической интерферометрии. Shipley S1800 резист является позитивным рабочим резистом, в котором растворимость (в пределах линейной части его растворимости в противоположность кривой энергии экспонирования) повышается пропорционально энергии экспонирования. Однако было экспериментально определено, что рельеф поверхности EIC при записи в позитивный резист не так точно повторяется, как соответствующий OIC, - этот контраст наиболее заметен в тех графических компонентах или элементах внутри EIC, которые имеют размеры или ширину линий меньше 50 микрон, и, особенно, если меньше 20 микрон. Обычным примером такого EIC компонента будет компонент, известный в промышленности оптических защитных устройств как дифракционный микротекст, например, алфавитно-цифровые символы или знаки со шрифтом или высотой знака менее 200 микрон. Эта разница в относительной эффективности тиснения оптически и электронно записанных структур решетки образуется из-за разницы в форме или профиле их соответствующих рельефов поверхности.

Особенно дифракционные структуры, полученные с помощью процесса оптической интерференции (включая в себя входящие в голограмму, которая обычно состоит из комплекса множества когерентных наложений (решеток) имеют по существу синусоидальную форму или профиль. Поскольку амплитуда профиля дифракционной решетки (примерно ≤0,1 микрона) обычно меньше, чем одна десятая шага дифракционной решетки (обычно в пределах 0,7-1,4 микрон), крутизна этих синусоидальных решеток будет иметь, безусловно, небольшую величину наклона (обычно ≤35º) и максимум и минимум рельефа с очень большим радиусом (>шага решетки). В результате оптические интерференционные решетки представляют собой относительно неглубокие открытые рельефные структуры, без труда реплицируемые с помощью уровня вязко-эластичной деформации лака для тиснения, что происходит при обычном прижимающем давлении тиснения (1-10 Nmmˉ²) и температуре лакирования (145-175ºС).

Наоборот, структуры оригиналов, сформированных электронным пучком, будут характеризоваться наличием рельефной структуры, которая в позитивном резисте приближается к периодическому шаблону прямоугольных «бинарных» выемок с крутыми сторонами, в котором основание каждой выемки может быть шире, чем открытая верхняя сторона из-за диффузии и дефокуссировки электронного пучка. Точное повторение или оттиск таких структур в условиях реологии намного более сложно, потому что оно требует, чтобы лак для тиснения был в состоянии вязкой текучести, чем в вязкоэластичном состоянии, а чтобы предотвратить любую последующую релаксацию оттиснутой структуры, необходимо, чтобы лак был быстро охлажден до температуры ниже температуры перехода стекла, так как он вытекает при прижиме при тиснении.

Для понижения технической сложности, связанной с эффективностью повторения рельефной микроструктуры поверхности, полученной электронно-лучевым пучком, могут быть предприняты два подхода:

первый заключается в использовании негативного резиста, характеризуемого наличием фотохимических свойств, обратных позитивному резисту, в котором эффект экспонирования с помощью актинического (УФ) излучения (400-600 нм) присутствует, чтобы генерировать химический структурообразующий эффект или фотополимеризационный эффект, который заставляет экспонированные зоны становиться все более нерастворимыми энергией экспонирования. Подходящий негативный резист будет резистом с низким коэффициентом контраста (γ<4).

Примером негативного резиста является AZ(r)nLOF(tm) 2000 Фоторезист, поставляемый Clariant -AZ Electronic Materials. Он содержит PGMEA (2-метокси-1-метилэтилацетат) в качестве растворителя. Поперечные связи смолы затем экспонируются.

Поскольку синусоидальный профиль симметричен при инверсии, использование негативного резиста будет иметь небольшое влияние на параметры тиснения поверхностного рельефа, записанного с помощью процесса оптической интерференции. Однако использование подходящего негативного фоторезиста в электронно-лучевой литографии позволяет получить более «открытые» структуры дифракционных решеток с более трапецеидальным или синусоидальным профилем, которые по своей природе больше подходят для процесса тиснения.

Как альтернативу, мы предлагаем второй новый способ для адресации выпусков рельефных профилей, объединенных с электронно-лучевыми дифракционными решетками для случая, когда предпочтительно работать с конкретным позитивным резистом, благодаря оптимальному сочетанию чувствительности, контраста и разрешения. Предложенное решение состоит в проведении процесса тиснения фольги (который заключается в тиснении лака или подобного материала, нанесенного на пленку носителя) никелевыми штампами (обычно известными в промышленности как прокладки для тиснения), которые являются сопряжением или негативом Н2 оригинала-резиста. Использование средства негативного штампа означает, что мы делаем оттиск или вдавливаем в голограмму или слой OVD рельефную структуру 70, которая сопряжена или противоположна той, которая присутствует в оригинале-резисте 71, как показано на Фиг.6.

Чтобы понять, какое воздействие использование негативных или сопряженных прокладок тиснения имеет на процесс получения оригиналов, следует заметить, что в обычных DOVID (выполненных ли в форме фольги горячего штампования или в форме трамбованной открытой этикетки) обнаруживаемое дифракционное изображение идентично тому, которое присутствует в Н2 оригинале-резисте.

С целью иллюстрации, рассмотрим DOVID, который имеет изображение, содержащее, по меньшей мере, часть буквы R 72 (Фиг. 11). До сих пор в практике получения оригиналов DOVID осуществляли запись Н2 оригинал-резист (показано в плоскости на 73А и в сечении на 73В) с буквой R, появляющейся с тем же самым направлением или ориентацией. Никелевый оригинал 74А, 74В образуется из Н2 оригинала-резиста 73А, 73В и затем прокладки для тиснения 75А, 75В образуются из никелевого оригинала 74А, 74В. Оба - Н2 оригинал 73А, 73В и прокладка для тиснения 75А, 75В - описаны как имеющие позитивные или «правильно-считываемые» изображения, как это можно видеть на 73В, 75В. Поскольку теперь в приложенном DOVID 76А, 76В оттиснутый поверхностный рельеф обращен к подложке, к которой DOVID приложен, это означает, что слой «голограммы» должен быть оттиснут с «правильным считыванием» прокладки для тиснения, приводящей к последовательности нанесения гальванического покрытия, показанной на Фиг.11, из которой ясно, что присутствующая структура поверхностного рельефа в прокладке для тиснения 75А, 75В будет идентична присутствующей в Н2 оригинале-резисте 73А, 73В (независимо от того, позитивный или негативный резист используется).

Новый подход отличается от этой промышленной практики тиснением фольги с поверхностным рельефом, который является сопряжением того, который записан на Н2 оригинале-резисте. Особенно для случая, когда позитивный фоторезист исходя из рабочей перспективы представляет собой наиболее предпочтительный рабочий материал, предложенный способ будет стремиться свести к нулю копирование, связанное со структурой электронно-лучевой дифракционной решетки, записанной в позитивном фоторезисте. Концепция заключается в записи Н2 (позитивного) оригинала-резиста 80А, 80В (фиг. 12) с изображением фотошаблона 81, который является сопряжением или негативом (зеркальным отражением) того, который присутствует в окончательном приложенном DOVID 82А, 82В, как это может быть видно при сравнении с 80В и 82В. Чтобы избежать путаницы при применении термина сопряжение или терминов позитив и негатив как для фотошаблона, так и для фоторезиста мы будем рассматривать термин сопряженный фотошаблон как «ошибочно-считываемый». Фиг. 12 показывает процесс для получения нашего требования, в котором мы начинаем с получения Н2 оригинала-резиста 80А, 80В, в котором оба компонента OIC и EIC фотошаблона 81 записаны «ошибочно-считываемыми» в позитивный фоторезист. Ошибочно-считываемый Н2 оригинал-резист 80А, 80В представляет собой первое покрытие серебром с помощью напыления в вакууме для обеспечения проводимости, и обработан затем в соответствии с последовательностью нанесения гальванического покрытия, показанной на Фиг. 12, путем последовательного выращивания двух никелевых оригиналов 83А, 83В; 84А, 84В и затем прокладок для тиснения 85А,85В так, что мы получаем прокладки для тиснения 85А, 85В с «правильно-считываемым» фотошаблоном, но имеющие микроструктуру, которая является сопряжением той, которая присутствует в Н2 оригинале 80А, 80В, состоящем из позитивного резиста. Фактически оттиск из микроструктурной перспективы будет равен тому, который получен с помощью Н2 оригинала, содержащего негативный резист, таким образом получая EIC, который намного легче получается тиснением или реплицированием.

Claims (26)

1. Способ формирования защитного устройства, содержащий:
a) обеспечение непроявленного фоторезистивного слоя на электрически проводящем слое;
b) формирование первого дифракционного шаблона на непроявленном фоторезистивном слое с помощью оптической интерферометрии;
c) формирование второго дифракционного шаблона в непроявленном фоторезистивном слое с помощью электронно-лучевой литографии и
d) последующее проявление фоторезистивного слоя.

2. Способ по п.1, в котором этап с) выполняется после этапа b).

3. Способ по п.1, в котором электрически проводящий слой содержит хром.

4. Способ по п.1, в котором этап (b) содержит перенос пропускающей голограммы на фоторезистивный слой.

5. Способ по п.1, в котором второй дифракционный шаблон задается одной или несколькими дифракционными решетками.

6. Способ по п.5, в котором части второго дифракционного шаблона пространственно разнесены по всей ширине устройства с ориентацией дифракционной решетки постепенно изменяющейся в соответствии с каждой частью.

7. Способ по п.6. в котором указанные части образуют линии.

8. Способ по п.1, в котором второй дифракционный шаблон образует одну или несколько линий шириной, лежащей в диапазоне 20-100 мкм.

9. Способ по п.1, в котором части второго дифракционного шаблона сформированы в промежутках между частями первого дифракционного шаблона.

10. Способ по п.9, в котором промежутки между частями первого дифракционного шаблона имеют ширину больше чем 150 мкм.

11. Способ по п.1, в котором части второго дифракционного шаблона образуют знаки, такие как алфавитно-цифровые символы.

12. Способ по п.11, в котором символы имеют высоту в диапазоне 5-50 мкм.

13. Способ по п.1, в котором фоторезистивный слой представляет собой позитивный фоторезист.

14. Способ по п.1, в котором этап (с) выполняется, когда электрически проводящий слой соединен с землей.

15. Способ по п.1, в котором электрически проводящий слой простирается до края фоторезистивного слоя.

16. Способ по п.1, в котором электрически проводящий слой действует как абсорбирующий антиотражающий слой.

17. Способ по одному из пп.1-15, в котором на электрически проводящем слое предусмотрено антиотражающее покрытие.

18. Способ по одному из пп.1-16, дополнительно содержащий использование защитного устройства для формирования штампа или прокладки.

19. Способ по п.18, содержащий выполнение этапов (b) и (с) со считыванием зеркально отраженного фотошаблона; формирование первой копии от защитного устройства; формирование второй копии от первой копии и получение штампа или прокладки от второй копии.

20. Способ по п.18, дополнительно содержащий приложение штампа или прокладки к подложке таким образом, чтобы создать поверхностный микроструктурный рельеф в подложке, соответствующий защитному устройству.

21. Способ по п.20, в котором подложка содержит этикетку.

22. Способ по п.21, содержащий последующее приклеивание этикетки к защищаемому документу или изделию.

23. Способ по п.20, в котором подложка обеспечивается на носителе и последовательно переносится на защищаемый документ или изделие.

24. Способ по п.20, в котором подложка содержит защищаемый документ или изделие.

25. Способ по п.22, в котором защищаемый документ или изделие содержит банкноту, чек или дорожный чек, сертификат подлинности, марку, облигацию, гербовую марку, защитную этикетку, паспорт или ваучер, идентификационную карточку или тому подобное.

26. Защитное устройство, сформированное способом по любому из пп.1-16.

Images