Способ изготовления подложки с резистом - RU2334261C2
Код документа: RU2334261C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу изготовления подложки, снабженной слоем резиста с рельефной структурой, воспроизводящей дифракционную структуру, и проводящим слоем, который при экспонировании слоя резиста электронным лучом рассеивает первичные электроны и/или эмиттирует вторичные электроны. Изобретение относится также к резистной матрице и подложке с резистом.
Элементы с оптически переменными свойствами благодаря наличию у них способности менять свой внешний вид с изменением угла зрения часто используются для защиты от подделки или копирования ценных документов, таких как кредитные карты, банкноты или иные аналогичные ценные документы, а также для защиты от подделки различной продукции на ее упаковках. Элементы с оптически переменными свойствами имеют дифракционную структуру истинной голограммы, цифровой голограммы (голограммы, синтезированной на вычислительной машине) или дифракционную структуру решетчатого, т.е. образованного рисунком из линий по типу дифракционной решетки, изображения, составленного из примыкающих друг к другу, занятых дифракционными решетками полей. В наиболее общем случае можно считать, что голограмма образована наложенными друг на друга дифракционными решетками. Решетчатое же изображение состоит из множества примыкающих друг к другу полей, на каждом из которых расположена единообразная дифракционная решетка. Дифракционные решетки на различных занимаемых ими полях могут различаться между собой своей постоянной, азимутальным углом или контуром либо очертаниями образуемого каждой из них фрагмента или участка некоторого полного изображения. Постоянная решетки соответствует при этом шагу образующих ее линий (штрихов) и в основном определяет визуально воспринимаемые под определенным углом зрения цвета конкретного фрагмента всего решетчатого изображения. Азимутальный угол характеризует наклон этих линий относительно некоторого опорного направления и влияет на визуальную различимость отдельных фрагментов полного решетчатого изображения с определенных направлений зрения. В соответствии с этим подобная техника позволяет создавать изображения с оптически переменными свойствами, например движущиеся изображения или же обладающие эффектом объемности изображения.
При массовом производстве подобных защитных элементов обычно изготавливают так называемые "мастер-структуры" (матрицы с рельефной структурой поверхности), которые в виде пространственной рельефной структуры несут конкретную фазовую информацию элемента с оптически переменными свойствами. При этом речь обычно идет о стеклянной, полимерной, металлической или полупроводниковой подложке с покрытием из фоторезиста, в котором в виде рельефных выступов и углублений запечатлена информация о дифракционных структурах. Исходя из подобной мастер-структуры путем размножения и копирования ее рельефной структуры изготавливают штампы для тиснения любой формы, с помощью которых представленные в виде рельефной структуры дифракционные структуры можно крупными партиями выполнять в пригодных для этой цели основах. Рельефные структуры можно получать либо методом голографической записи (голографического экспонирования), либо методом электронно-лучевой литографии.
При создании рельефных структур методом электронно-лучевой литографии их записывают электронным лучом в чувствительном к его воздействию слое резиста, так называемого "электронорезиста".
Под термином "резист" в данном контексте подразумевается чувствительный к излучению лак, при этом термин "фоторезист" указывает на чувствительность соответствующего материала к оптическому излучению, а термин "электронорезист" указывает на чувствительность соответствующего материала к экспонированию электронным лучом. Однако известны также такие типы резистов, которые чувствительны и к электромагнитному излучению, прежде всего оптическому излучению, и к облучению электронами.
С химической точки зрения резист представляет собой пленкообразующий материал, растворимость которого изменяется под воздействием на него оптического или корпускулярного излучения.
Термином "позитивный резист" обозначают резистные материалы, у которых под действием облучения происходит деструкция или химическое превращение их функциональных групп и которые в результате становятся легко растворимыми. Экспонированные участки такого резиста при дальнейшей его обработке растворяются и удаляются с подложки, а неэкспонированные участки остаются на ней.
Термином "негативный резист" обозначают резистные материалы, которые под действием облучения подвергаются сшиванию или полимеризации и в результате становятся трудно растворимыми или полностью утрачивают растворимость. Соответственно в этом случае неэкспонированные участки такого резиста при дальнейшей его обработке растворяются и удаляются с подложки, а экспонированные участки остаются на ней.
В отличие от традиционной области применения электронно-лучевой литографии в микроэлектронике и микромеханике, где записываемое электронным лучом поле должно иметь четко очерченные границы, а боковые поверхности профильных или рельефных элементов рельефной структуры должны располагаться перпендикулярно поверхности подложки, рельефные элементы рельефных структур, воспроизводящих дифракционную структуру элемента с оптически переменными свойствами, в общем случае должны иметь пологие боковые поверхности, соответственно боковые поверхности с определенным наклоном или определенным углом подъема (определенной крутизной).
Рельефные структуры с пологими боковыми поверхностями образующих их рельефных элементов можно создавать различными известными методами, рассмотренными ниже.
Один из этих известных методов заключается в экспонировании нескольких расположенных рядом друг с другом вдоль боковой поверхности выполняемого рельефного элемента линий воздействием на резист варьируемой дозой облучения. Резистный материал экспонируют на заданную глубину, которая зависит от мощности дозы облучения, получая после проявления рельефную структуру с пологими боковыми поверхностями образующих ее рельефных элементов.
Другой известный метод заключается в нанесении нескольких слоев фоторезистов различной чувствительности один поверх другого и последующем их экспонировании в несколько стадий с использованием различных масок. При формировании рельефных структур этим методом получают образующие их рельефные элементы со ступенчатыми боковыми поверхностями, которые в первом приближении можно рассматривать как пологие.
Создание рельефных структур этими известными методами связано с высокими затратами времени и требует применения резистов особых марок, свойства которых позволяют решить проблему формирования рельефных элементов с пологими боковыми поверхностями, однако в остальном не являются оптимальными. Необходимость многократного экспонирования резиста для формирования рельефных элементов с пологими боковыми поверхностями, равно как и необходимость работы с резистами различных марок существенно увеличивает продолжительность обработки. При этом прежде всего необходимо использовать резистные материалы с относительно низкой чувствительностью.
Исходя из рассмотренного выше уровня техники, в основу настоящего изобретения была положена задача предложить способ, который позволял бы простым путем получать методами электронно-лучевой литографии рельефные структуры, у которой образующие ее рельефные элементы имеют пологие боковые поверхности, соответственно боковые поверхности с определенным углом подъема, и прежде всего создавать в слое резиста структуры типа голограмм. Еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы предложить пригодную для осуществления этого способа подложку с резистом, а также резистную матрицу для изготовления на ее основе штампов для тиснения.
Указанные задачи решаются с помощью предлагаемых в изобретении способа, подложки с резистом, а также резистной матрицы с отличительными признаками, представленными в независимых пунктах формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Поскольку слой резиста в целом не обладает собственной проводимостью, для электронно-лучевого экспонирования необходим дополнительный, проводящий слой для возможности отвода бомбардирующих резист электронов электронного луча (так называемых "первичных электронов"). Таким проводящим слоем может служить сама подложка, на которой расположен слой резиста, либо дополнительный проводящий слой, например слой металла или проводящего полимера. Первичные электроны при их попадании на проводящий слой частично рассеиваются и/или генерируют так называемые "вторичные электроны", выбиваемые из проводящего слоя. Рассеиваемые первичные электроны и вторичные электроны проникают также в соседний слой резиста, который в результате экспонируется и вне подвергаемой непосредственному воздействию электронного луча зоны (так называемый "эффект близости"). Поскольку границы экспонируемой таким путем зоны расширяются, соответственно расплываются, подобный эффект нежелателен, и его по возможности стремятся подавить.
Настоящее изобретение основано на том факте, что размеры зоны, подвергаемой подобному дополнительному экспонированию, зависят от энергии электронного луча и используемого проводящего материала и что путем соответствующего подбора параметров экспонирования и подбора проводящего материала эффект близости можно целенаправленно использовать для создания рельефных структур, образующие которые рельефные элементы имеют необходимые для изготовления резистных матриц наклонные боковые поверхности.
В соответствии с этим при осуществлении предлагаемого в изобретении способа материал слоя резиста и материал проводящего слоя, а также параметры экспонирования согласуют между собой с таким расчетом, чтобы слой резиста подвергался экспонированию и вне зоны воздействия электронного луча таким образом, чтобы у получаемой таким путем рельефной структуры образующие ее рельефные элементы имели наклонные боковые поверхности. При этом исходно предполагается, что угол наклона боковых поверхностей рельефных элементов рельефной структуры можно уменьшать, увеличивая атомный номер содержащегося в проводящем слое металла, используя резист с более высокой пластичностью, повышая напряжение ускорения электронов, а также размывая границы и увеличивая размеры поперечного сечения электронного луча.
Преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в возможности значительно уменьшить по сравнению с традиционными способами продолжительность изготовления подложки, снабженной слоем резиста с рельефной структурой, за счет сокращения количества стадий экспонирования до одной единственной. Помимо этого сокращается также длительность экспонирования, поскольку благодаря эмиссии вторичных электронов эффективная доза облучения в целом возрастает. Кроме того, для осуществления предлагаемого в изобретении способа можно использовать широкий спектр резистов самых разнообразных типов. Тем самым предлагаемый в изобретении способ в отличие от известных способов не огранен применением нечувствительных резистных материалов. Придание же боковым поверхностям рельефных элементов рельефной структуры наклонного профиля способствует также легкому отделению тисненого лака от используемых для его тиснения штампов, скопированных с подобной рельефной структуры.
В качестве проводящего слоя предпочтительно благодаря их хорошей обрабатываемости использовать слои из таких металлов или слои из сплавов таких металлов, как вольфрам, золото, палладий, хром, алюминий или их смеси. Интенсивное рассеяние первичных электронов и эмиссия вторичных электронов достигаются, например, при использовании вольфрама, золота или сплава золота с палладием. Поскольку выраженность эффекта близости возрастает с увеличением атомного номера используемого в проводящем слое химического элемента, предпочтительно применять металлы с большими атомными номерами, прежде всего превышающими 50.
Проводящий слой может быть образован подложкой для слоя резиста или может быть нанесен в виде отдельного слоя. В некоторых вариантах проводящий слой может потребоваться вновь удалять после электронно-лучевого экспонирования. Для этого используют соответствующие растворители. Для электронно-лучевого экспонирования используют электроны с энергией в пределах от 0,1 до 100 кэВ, предпочтительно от 1 до 50 кэВ.
Согласно первому варианту осуществления изобретения проводящий слой располагают между слоем резиста и подложкой. В этом случае используют слой негативного резиста, благодаря чему в результате обратного рассеяния первичных электронов и эмиссии вторичных электронов экспонированию подвергаются и те его участки, которые примыкают к проводящему слою и находятся рядом с непосредственно экспонируемой зоной. При проявлении негативного резиста его неэкспонированные участки удаляются, а на подложке остаются только его подвергнутые экспонированию электронным лучом и дополнительно экспонированные вследствие эффекта близости участки.
Согласно второму варианту осуществления изобретения используют слой позитивного резиста с нанесенным на его обращенную от подложки поверхность проводящим слоем. В этом случае экспонированию в результате рассеяния первичных электронов вперед и эмиссии вторичных электронов также подвергаются те его участки, которые примыкают к проводящему слою и которые расположены вне непосредственно экспонируемой зоны. При проявлении такого резиста его экспонированные участки удаляются путем растворения, а на подложке остаются только те его участки, которые не были экспонированы ни непосредственно, ни вследствие эффекта близости.
Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа электронно-лучевое экспонирование можно комбинировать с оптическим экспонированием, при котором резист облучают электромагнитным излучением.
В подобном варианте на подложку наносят, например, позитивный резист, который можно экспонировать и электромагнитным излучением, и электронным лучом. В этом варианте резист сначала подвергают оптическому экспонированию. Те участки резиста, которые предназначены для экспонирования электронным лучом, на время оптического экспонирования закрывают светонепроницаемой маской (шаблоном). После оптического экспонирования на еще непроявленный позитивный резист наносят проводящий слой. Затем закрытые ранее светонепроницаемой маской участки резиста подвергают электронно-лучевому экспонированию, при котором рассеяние первичных электронов вперед и эмиссия вторичных электронов проводящим слоем обеспечивают экспонирование слоя резиста под проводящим слоем и рядом с подвергаемой непосредственному воздействию электронного луча зоной. Затем проводящий слой удаляют, растворяя его пригодным для этой цели растворителем, и проявляют позитивный резист.
В другом варианте используют негативный резист. При этом негативный резист располагают в направлении излучения перед проводящим слоем. Во избежание отражений при оптическом экспонировании можно предусмотреть поглощающий оптическое излучение слой, расположив его между слоем резиста и проводящим слоем.
В других вариантах в направлении излучения последовательно могут располагаться слои различных резистов. Так, например, первый в направлении излучения слой резиста, экспонируемого электромагнитным излучением, можно разместить перед экспонируемым электронным лучом вторым слоем резиста. В этом случае проводящий слой можно расположить между двумя указанными слоями резистов либо позади, если смотреть в направлении излучения, второго слоя резиста, экспонируемого электронным лучом.
Различные варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа предназначены для изготовления подложки со слоем резиста, поверхности которого придана рельефная структура. После проявления с изготовленной предлагаемым в изобретении способом подложки, так называемой "резистной матрицы", гальванотехническим методом делают "слепок" (первый оригинал), который с целью изготовления штампа для тиснения, прежде всего цилиндра для тиснения, размножают известными методами. С использованием подобного штампа для тиснения можно изготавливать защитные элементы, используемые для защиты ценных документов от подделки, таких, например, как банкноты, чеки, удостоверения личности или аналогичные ценные документы. Элементы с тиснеными дифракционными структурами часто используют также для защиты от подделки различного рода продукции.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1А и 1Б - вид в разрезе подложки в процессе экспонирования электронным лучом нанесенного на нее слоя негативного резиста и после проявления,
на фиг.2А-2В - вид в разрезе подложки с негативным резистом, экспонируемым электронным лучом с варьируемой дозой облучения,
на фиг.3А-3В - вид в разрезе показанной на фиг.2А-2В подложки после проявления резиста,
на фиг.4А-4В - вид в разрезе подложки с позитивным резистом, экспонируемым электронным лучом с варьируемой дозой облучения,
на фиг.5А-5В - вид в разрезе показанной на фиг.4А-4В подложки после проявления резиста,
на фиг.6А-6В - последовательно выполняемые стадии способа в варианте, предусматривающем экспонирование резиста оптическим излучением в сочетании с дополнительным его экспонированием электронным лучом,
на фиг.7А-7В - последовательно выполняемые стадии способа в другом варианте, предусматривающем экспонирование резиста оптическим излучением в сочетании с дополнительным его экспонированием электронным лучом,
на фиг.8А-8Д - последовательно выполняемые стадии способа в варианте, в котором на подложку наносят два слоя резистов, один из которых предназначен для экспонирования оптическим излучением, а другой - для экспонирования электронным лучом,
фиг.9 - другой вариант выполнения подложки с резистом и
фиг.10 - вариант осуществления изобретения с нанесенным на отдельную основу проводящим слоем.
На фиг.1А в разрезе показана подложка 1, на которую нанесен проводящий слой 2 из проводящего материала. Для нанесения проводящего слоя 2 можно использовать, например, металл, металлический сплав или проводящий полимер. Поверх проводящего слоя 2 расположен слой 3 негативного резиста. Поскольку слой 3 негативного резиста в целом не обладает собственной проводимостью, проводящий слой 2 служит для отвода бомбардирующих резист электронов электронного луча 4. Проводящий слой 2 можно не предусматривать, если сама подложка 1 обладает достаточной проводимостью.
Поскольку проводящий слой 2 рассеивает бомбардирующие резист первичные электроны электронного луча 4 и дополнительно эмитирует вторичные электроны, вокруг подвергаемой воздействию электронного луча 4 зоны-мишени 5 образуется зона 6 экспонирования, через которую экспонируется смежный с зоной-мишенью 5 участок слоя 3 негативного резиста. Протяженность зоны 6 экспонирования определяется свойствами используемых материалов, величины напряжения ускорения электронов, а также дозы облучения, которая в свою очередь зависит от интенсивности электронного луча 4 и скорости выполняемой им записи.
Подобный эффект рассеяния первичных электронов и эмиссии вторичных электронов называют эффектом близости. Эффект близости проявляется тем выраженнее, чем больше атомный номер материала, используемого для выполнения проводящего слоя 2. Для повышения интенсивности рассеяния первичных электронов и эмиссии вторичных электронов проводящий слой 2 предпочтительно выполнять из металлов с большим атомным номером, например из вольфрама или золота. Наиболее предпочтительно выполнять проводящий слой из сплава золота с палладием, который образует более однородные по сравнению с чистым золотом проводящие слои 2. К другим пригодным для выполнения проводящего слоя 2 химическим элементам относятся хром и алюминий.
Согласно изобретению решающее значение для обеспечения требуемой с учетом эффекта близости степени экспонирования того участка резиста, который расположен рядом с зоной непосредственного облучения, имеет согласование между собой параметров проводящего слоя, резиста и электронного луча.
В результате проявления слоя 3 негативного резиста получают рельефную структуру 7, профиль одного из образующих которую рельефных элементов показан на фиг.1Б в разрезе. Угол 8 наклона боковых поверхностей рельефного элемента рельефной структуры 7 значительно меньше 90°. Предлагаемым в изобретении способом в принципе можно получать рельефные элементы с любым углом наклона их боковых поверхностей, меньшим 90°, предпочтительно с углом наклона в интервале от примерно 30 до 89°.
При необходимости выполнения в слое 3 негативного резиста протяженных дифракционных структур их можно формировать, например, следующим образом.
В качестве подложки 1 используют кварцевую пластину толщиной около 2 мм. На эту пластину напыляют служащий проводящим слоем 2 слой из сплава золота с палладием толщиной около 80 нм. На проводящий слой 2 затем центрифугированием наносят слой 3 негативного электронорезистного материала толщиной 250 нм и после этого отверждают его путем термообработки. Слой 3 негативного резиста экспонируют электронным лучом 4, в котором электроны ускорены до энергии 5 кэВ. Электронный луч 4 перемещают вдоль образующих в последующем дифракционную решетку линий, в зоне которых затем экспонируют слой 3 резиста. Таким путем с помощью электронного луча 4 в слое 3 резиста так сказать "записывают" дифракционную решетку. В целом дифракционная решетка занимает всю площадь одного отведенного под нее поля, очертания или контуры которого определяются дизайном полного решетчатого изображения. Расстояние между отдельными линиями, вдоль которых перемещают электронный луч 4, обычно составляет 1 мкм.
На фиг.2А-2В показана зависимость пространственной протяженности зоны 6 экспонирования от дозы облучения. На фиг.2А показана пространственная протяженность зоны 6 экспонирования при малой, на фиг.2Б - при средней, а на фиг.2В - при высокой дозе облучения. Оптимальную дозу облучения определяют опытным путем в зависимости от выбранного резистного материала и материала соседнего слоя.
На фиг.3А-3В показаны рельефные структуры 7, полученные после проявления показанного на фиг.2А-2В слоя 3 негативного резиста. При малой дозе облучения полученная после проявления рельефная структура 7 образована лишь отдельными обособленными выступами 9. Показанная на фиг.2Б рельефная структура 7 получена при использовании средней дозы облучения и имеет в разрезе практически синусоидальный профиль. При слишком же высокой дозе облучения после проявления слоя 3 негативного резиста получают показанную на фиг.3В рельефную структуру 7, образованную лишь обособленными углублениями 10.
Наиболее предпочтительной является показанная на фиг.3Б рельефная структура 7, поскольку изготовленные или матрицированные с нее штампы для тиснения обладают наилучшими характеристиками отделения от подвергнутого с их помощью тиснения материала, а для самого такого тисненого материала, образующего дифракционную решетку, характерна высокая сочность красок в широком диапазоне изменения углов зрения.
При осуществлении описанного выше способа можно также использовать позитивный резист. Этот вариант показан на фиг.4А-4В. В этом варианте в качестве подложки 1 используют кварцевую пластину толщиной около 2 мм. На подложку 1 наносят и затем отверждают слой 11 позитивного электронорезистного материала толщиной 250 нм. Далее на слой 11 позитивного резиста напыляют проводящий слой 12 толщиной около 40 нм. После этого слой негативного резиста экспонируют электронным лучом 4, в котором электроны ускорены до энергии 5 кэВ. Процесс записи дифракционной структуры при этом аналогичен вариантам, показанным на фиг.2А-2В, а также на фиг.3А-3В. Образующие дифракционную решетку линии записывают с типичным шагом, равным примерно 1 мкм. Из-за рассеяния вперед первичных электронов электронного луча 4 и эмиссии вторичных электронов проводящим слоем 12 размеры зоны 6 экспонирования увеличиваются и она захватывает также слой 11 позитивного резиста. Оптимальную дозу облучения, которая зависит от силы тока и скорости выполняемой электронным лучом 4 записи, и в этом варианте определяют опытным путем.
Проводящий слой 12 после экспонирования резиста в некоторых случаях требуется удалять. В этих целях можно использовать известные специалистам в данной области растворители. Для удаления золота можно использовать, например, жидкий травитель типа TFA фирмы Transene Co., Rowel Ma. Для удаления же хрома можно использовать жидкий травитель типа TR-14 фирмы Cyantek Corp., расположенной по адресу: 3055 Osgood Ct., Fermont CA 94548, USA.
После проявления слой 11 позитивного резиста приобретает рельефную структуру с одним из показанных в разрезе на фиг.5А-5В профилей. На фиг.5А в разрезе показан профиль рельефной структуры, полученной при низкой дозе облучения слоя позитивного резиста показанным на фиг.4А электронным лучом 4. Аналогичным образом на фиг.5Б и 5В в разрезе показаны профили рельефных структур, полученных при соответствующей дозе облучения слоя 11 позитивного резиста показанными соответственно на фиг.4Б и 4В электронными лучами 4. При низкой дозе облучения зона экспонирования лишь неглубоко проникает в слой 11 позитивного резиста через его поверхность. В соответствии с этим после проявления слоя 11 позитивного резиста на его поверхности остаются лишь отдельные обособленные углубления 13. При средней же дозе облучения слой 11 позитивного резиста после его проявления приобретает практически синусоидальный в разрезе профиль, к получению которого следует стремиться особо, поскольку штамп для тиснения с рельефной рабочей поверхностью, скопированной с подобной рельефной структуры слоя 11 позитивного резиста, легко отделяется от лака после его тиснения, а готовым элементам с оптически переменными свойствами присуща высокая оптическая сочность красок в широком диапазоне изменения углов зрения. При слишком высокой дозе облучения слой резиста приобретает рельефную структуру, образованную показанными на фиг.5 В обособленными выступами 14.
Следует отметить, что после экспонирования слоя 11 позитивного резиста электронным лучом 4 и перед проявлением резиста отводящий электроны проводящий слой 12 необходимо удалять соответствующим жидким травителем.
Избежать же необходимости в растворении проводящего слоя 12 можно, нанеся его, как показано на фиг.10, на отдельную пленку 40. Перед экспонированием резиста пленку 40, соответственно находящийся на ней проводящий слой 12, требуется плотно прижать к слою резиста, а после экспонирования можно легко удалить со слоя резиста путем простого отслаивания.
Описанное выше экспонирование слоя резиста с целенаправленным использованием эффекта близости можно применять и при осуществлении способов, основанных на комбинировании экспонирования оптическим излучением с экспонированием электронным лучом. Последовательность выполнения отдельных стадий подобного способа проиллюстрирована на фиг.6А-6В.
При осуществлении проиллюстрированного на фиг.6А-6В способа сначала на подложку наносят слой 15 позитивного резиста толщиной около 250 нм, который можно экспонировать и излучением голубой области спектра, и электронным лучом. Пригодный для такого экспонирования позитивный резист выпускается, например, фирмой Hoechst под маркой AZ 5206.
Затем согласно фиг.6А в слое 15 позитивного резиста записывают голограмму путем его экспонирования пространственно протяженными, единообразными когерентными волновыми полями 16, накладывающимися друг на друга в слое резиста. В процессе такой голографической записи те участки слоя 15 позитивного резиста, которые в последующем должны экспонироваться электронным лучом 4, закрывают светонепроницаемой маской 17, находящейся на обратной стороне прозрачной пленки 18. Техника голографической записи как таковая хорошо известна специалистам в данной области.
В результате голографической записи в слое 15 позитивного резиста образуются скрытые дифракционно-решетчатые структуры с синусоидальным в разрезе профилем, показанным на фиг.6А и 6Б прерывистой линией. Далее на еще непроявленный слой 15 позитивного резиста по завершении голографической записи из золота напыляют проводящий слой 19 толщиной предпочтительно от 20 до 100 нм. После этого согласно фиг.6Б электронным лучом 4 экспонируют те участки слоя 15 позитивного резиста, которые на время голографической записи были закрыты маской 17. Экспонировать слой резиста электронным лучом 4 можно при этом таким образом, чтобы дифракционные решетки, выполняемые на отдельных, ограниченных определенным контуром или очертаниями полях некоторого полного решетчатого изображения, различались между собой своими параметрами. Из-за рассеяния первичных электронов и эмиссии проводящим слоем 19 вторичных электронов зоны 6 экспонирования проникают в слой 15 позитивного резиста на такую глубину, что после проявления резиста записанные электронным лучом 4 линии, образующие дифракционную решетку, также приобретают показанный на фиг.6 В синусоидальный профиль. Очевидно, что перед проявлением слоя 15 позитивного резиста проводящий слой 19 необходимо удалить жидким травителем.
Способом, предусматривающим экспонирование резиста оптическим излучением в сочетании с экспонированием электронным лучом, можно обрабатывать и негативный резист. Отдельные стадии такого способа проиллюстрированы на фиг.7А-7В.
При осуществлении этого способа на подложку 1 наносят отводящий электроны проводящий слой 20, закрытый противоотражающим слоем 21. На противоотражающий слой 21 наносят слой 22 негативного резиста, который можно экспонировать и излучением голубой области спектра, и электронным лучом. На время голографической записи, осуществляемой путем экспонирования резиста пространственно протяженными, единообразными когерентными волновыми полями 16, предназначенный для экспонирования электронным лучом 4 участок слоя 22 негативного резиста закрывают маской 17. Эта стадия проиллюстрирована на фиг.7А. В процессе голографической записи противоотражающий слой 21 предотвращает отражение излучения от металлического проводящего слоя 20, которое могло бы создать помехи взаимному наложению волновых полей 16 в слое 22 негативного резиста. В результате голографической записи получают показанный на фиг.7А и 7Б прерывистой линией скрытый рисунок в виде дифракционной решетки.
Еще до проявления слоя 22 негативного резиста подложку подвергают согласно фиг.7Б экспонированию электронным лучом 4, в ходе чего обратное рассеяние первичных электронов и эмиссия вторичных электронов обеспечивают проникновение зоны 6 экспонирования в слой 22 негативного резиста. При соответствующем выборе параметров экспонирования негативного резиста электронным лучом 4 получают линии, образующие показанную в разрезе на фиг.7В дифракционную решетку с синусоидальным профилем.
Проиллюстрированные на фиг.6 и 7 способы, предполагающие комбинированное экспонирование резиста оптическим излучением и электронным лучом, используют прежде всего при необходимости создания изображения с сюжетом, расположенным на некотором фоне. Такой фон (задний план) можно создавать путем голографической записи, а дифракционные решетки, занимающие отдельные поля изображения и образующие его фрагменты, можно получать путем экспонирования электронным лучом 4.
Предлагаемый в изобретении способ электронно-лучевой записи можно, как очевидно, комбинировать и с любыми иными методами экспонирования и записи. Сказанное относится ко всем рассмотренным выше вариантам осуществления изобретения.
Преимущество проиллюстрированного на фиг.6А-6В варианта осуществления изобретения, предполагающего комбинированное экспонирование резиста оптическим излучением и электронным лучом, состоит в наличии у позитивного резиста в целом более высокой чувствительности, чем у негативного резиста. С учетом этого в проиллюстрированном на фиг.6А-6В варианте проводящий слой необходимо удалять перед проявлением резиста. В проиллюстрированном же на фиг.7А-7В варианте, предусматривающем использование негативного резиста с комбинированным его экспонированием оптическим излучением и электронным лучом, эта стадия отсутствует.
Следует отметить, что выполнение слоя 22 негативного резиста или слоя 15 позитивного резиста из одного резистного материала не является строго обязательным условием. Для выполнения слоя 15 позитивного резиста и слоя 22 негативного резиста вполне возможно использовать на отдельных участках разные резистные материалы, которые, кроме того, можно наносить слоями различной толщины.
Наряду с этим можно также располагать один поверх другого слои обладающих различными свойствами резистов. На фиг.8А-8Д проиллюстрирован вариант осуществления способа, в котором на подложку 1 сначала наносят проводящий слой 23. На проводящий слой 23 затем наносят слой 24 негативного резиста, практически не чувствительного к оптическому излучению. Слой 24 негативного резиста окрашен, кроме того, в темный цвет и поэтому поглощает оптическое излучение. Вместе с тем слой 24 негативного резиста пригоден для его экспонирования электронным лучом 4. Слой 24 негативного резиста имеет необходимую для его электронно-лучевого экспонирования толщину, равную, например, 200 нм. На слой 24 негативного резиста далее наносят слой 25 позитивного резиста толщиной 400 нм, обладающего высокой чувствительностью к оптическому излучению. После этого показанная на фиг.8А подложка готова для экспонирования.
Последующие стадии экспонирования можно выполнять в любой последовательности. В показанном на этих чертежах варианте сначала выполняют оптическое экспонирование (экспонирование оптическим излучением). При оптическом экспонировании соответствующего участка резиста на нем осуществляют голографическую запись, воздействуя на него электромагнитным излучением 16, например лазерным излучением. На экспонированном таким путем участке 26 образуется скрытая дифракционная решетка, показанная на фиг.8Б прерывистой синусоидой. Расположенный же на участке 26 слой 24 негативного резиста из-за своей нечувствительности к оптическому излучению остается неповрежденным и служит поглощающим слоем, исключающим нежелательное отражение оптического излучения. Оптически экспонированный таким путем участок 26 затем закрывают маской 27 и после этого сначала излучением 29 голубой области спектра предварительно экспонируют предназначенный для электронно-лучевого экспонирования участок 28 по всей его поверхности в целях сделать растворимым расположенный на этом участке 28 слой 25 позитивного резиста. На этой стадии излучение 29 голубой области спектра по причине нечувствительности слоя 24 негативного резиста к оптическому излучению не оказывает никакого воздействия на его расположенную на участке 28 часть.
После экспонирования излучением 29 голубой области спектра резист на следующей, проиллюстрированной на фиг.8Г, стадии экспонируют электронным лучом 4. Таким путем в слое 24 негативного резиста в результате происходящих при таком его электронно-лучевом экспонировании обратного рассеяния первичных электронов и эмиссии вторичных электронов получают требуемую дифракционную решетку. Повреждения слоя 25 позитивного резиста, обусловленные воздействием на него электронного луча 4, не имеют абсолютно никакого значения, поскольку слой 25 позитивного резиста в конечном итоге полностью удаляют на участке 28. На этом процесс экспонирования подложки завершается.
В результате последующего проявления скрытых изображений получают профильные выступы и углубления, показанные в разрезе на фиг.8Д. При этом на участке 26 присутствует голографическое изображение, а на участке 28 в слое 24 негативного резиста сформирована дифракционная решетка с синусоидальным в разрезе профилем.
На фиг.9 показан другой вариант слоистой структуры, которую, однако, обрабатывают так же, как и слоистую структуру, показанную на фиг.8А. В этом варианте выполнения слоистой структуры на подложку 1 нанесен слой 30 позитивного резиста, покрытый проводящим слоем 31. Поверх проводящего слоя расположен слой 32 чувствительного к оптическому излучению позитивного или негативного резиста. Между слоем 32 резиста и проводящим слоем 31 расположен противоотражающий слой 33. Путем экспонирования слоя 32 резиста электромагнитным излучением, а слоя 30 резиста - электронным лучом 4 подобной слоистой структуре равным образом можно придать такую же рельефную структуру, что и показанная на фиг.8Д.
Полученные путем экспонирования и проявления резистов рельефные структуры 7 можно использовать в качестве резистных матриц для их дальнейшей обработки обычными методами, аналогичными тем, которые используются в оптической голографии. В соответствии с этим на резистные матрицы в последующем напылением или химическим осаждением наносят тонкий слой серебра и затем в керамической ванне изготавливают никелевую вторичную форму. Эту никелевую вторичную форму можно размножать и использовать полученные копии в качестве штампов для тиснения, предназначенных для изготовления тисненого слоя. Этот тисненый слой в сочетании с обладающим металлическим блеском фоновым отражающим слоем или без него в завершение переносят на окончательную основу, например банкноту, кредитную карту или упаковочный материал.
В заключение следует отметить, что прилагаемые к настоящему описанию чертежи выполнены без соблюдения масштаба. Более того, все эти чертежи предназначены лишь для наглядного пояснения принципов, лежащих в основе настоящего изобретения и рассмотренных на примере описанных выше вариантов его осуществления.
Реферат
Изобретение относится к способу изготовления подложки, снабженной слоем резиста с рельефной структурой, воспроизводящей дифракционную структуру. К слою резиста по меньшей мере на отдельных участках примыкает проводящий слой, который при экспонировании слоя резиста электронным лучом рассеивает первичные электроны и/или эмиттирует вторичные электроны. При осуществлении этого способа материал слоя резиста и материал проводящего слоя, а также параметры экспонирования согласуют между собой с таким расчетом, чтобы слой резиста подвергался экспонированию и вне зоны воздействия электронного луча таким образом, чтобы у получаемой таким путем рельефной структуры образующие ее рельефные элементы имели наклонные боковые поверхности. Предложенный способ позволяет простым путем получить рельефные структуры, рельефные элементы которых имеют пологие боковые поверхности с острым углом подъема, составляющим предпочтительно менее 89°, и создавать в слое резиста пологие структуры типа голограмм. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.
