СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ ПОДЛОЖКИ И МНОГОСЛОЙНАЯ ПОДЛОЖКА
METHOD FOR MANUFACTURING OF MULTI-LAYER SUBSTRATE AND MULTI-LAYER SUBSTRATE

Изобретение относится к способу изготовления многослойной подложки, имеющей по частям сформированный первый слой, и к многослойной подложке, имеющей мультиплицирующий слой и первый слой, по частям расположенный на мультиплицирующем слое.
Такие компоненты могут быть применены в качестве оптических компонентов или также в качестве оптических систем в области техники связи.
В патентной заявке GB № 2136352 А описан способ изготовления, предназначенный для изготовления герметизирующей пленки, снабженной голограммой в качестве признака защиты. В этом случае после операции тиснения дифракционной рельефной структуры пластиковую пленку металлизируют по всей ее площади поверхности, а затем деметаллизируют в отдельных областях в точном совмещении с тисненной дифракционной рельефной структурой.
Деметаллизация в точном совмещении является дорогой технологией, а степень разрешающей способности, которая может быть достигнута, ограничена допусками на регулировку и используемым технологическим процессом.
В патентной заявке EP № 0537439 В2 описаны способы изготовления элемента защиты с филигранными рисунками. Рисунки образуют с помощью дифракционных структур, покрытых металлическим слоем и окруженных прозрачными областями, в которых металлический слой удален. Предусмотрено образование контура филигранного рисунка в виде выемки в покрытом металлом несущем материале, и в этом случае основания выемок одновременно снабжают дифракционными структурами и затем заполняют выемки защитным лаком. Излишний защитный лак может быть удален лезвием скребка.
После нанесения защитного лака предусмотрено удаление металлического слоя травлением в незащищенных прозрачных областях. Выемки имеют глубину от около 1 мкм до около 5 мкм, тогда как разность высот дифракционных структур может быть больше 1 мкм. Этот способ, в котором при повторении этапов необходимы регулировочные этапы для ориентации в точное совмещение, не работает, когда дело касается более мелких структур. Кроме того, трудно реализовывать непрерывные металлические области, покрывающие площадь поверхности, когда происходят ошибки при операции удаления защитного лака.
Задача настоящего изобретения заключается в создании многослойной подложки и способа изготовления многослойной подложки, в которой слой, имеющий области, в которых слой не присутствует, может быть нанесен в согласованном взаимном расположении при высокой степени точности и небольших затратах.
Согласно изобретению эта задача решается способом изготовления многослойной подложки, имеющей по частям сформированный первый слой, при этом предусмотрено, что дифракционную первую рельефную структуру с большим отношением глубины к ширине отдельных структурных элементов, в частности с отношением глубины к ширине больше 0,3, формируют в первой области мультиплицирующего слоя многослойной подложки, а первый слой наносят на мультиплицирующий слой в первой области и во второй области, в которой первую рельефную структуру не формируют в мультиплицирующем слое, с постоянной поверхностной плотностью относительно плоскости, задаваемой мультиплицирующим слоем, и первый слой частично удаляют до степени, определяемой первой структурой так, что первый слой удален в первой области, но не во второй области, или во второй области, но не в первой области.
Кроме того, задача решается посредством многослойной подложки, имеющей мультиплицирующий слой и по меньшей мере один первый слой, по частям расположенный на мультиплицирующем слое, при этом предусмотрено, что дифракционная первая рельефная структура с большим отношением глубины к ширине отдельных структурных элементов, в частности с отношением глубины к ширине больше 0,3, сформирована в первой области мультиплицирующего слоя, первая рельефная структура не сформирована в мультиплицирующем слое во второй области мультиплицирующего слоя, а частичная компоновка первого слоя определяется первой рельефной структурой так, что первый слой удален в первой области, но не во второй области, или во второй области, но не в первой области.
В основу изобретения положено влияние определенной дифракционной рельефной структуры в первой области на физические свойства первого слоя, нанесенного на мультиплицирующий слой в этой области, такие, как характеристики пропускания, в особенности прозрачность, или эффективная толщина первого слоя, так что физические свойства первого слоя различаются в первой и второй областях. Поэтому теперь первый слой используют в качестве разновидности маскирующего слоя для частичного удаления первого слоя или для частичного удаления дополнительного слоя. Этим обеспечивается преимущество перед маскирующими слоями, применяемыми в известных способах, заключающееся в том, что маскирующий слой ориентируют в согласованной взаимосвязи без дополнительного усложнения корректировки и увеличения затрат. Первый слой представляет собой интегральную составную часть структуры, которую формируют в мультиплицирующем слое. Поперечное смещение между первой рельефной структурой и областями первого слоя с такими же физическими свойствами не наблюдается. Компоновка областей первого слоя с одинаковыми физическими свойствами находится в точном совмещении с первой рельефной структурой. Поэтому только допуски этой рельефной структуры оказывают влияние на допуски положения первого слоя. Дополнительные погрешности не возникают. Предпочтительно, чтобы первый слой представлял собой слой, который выполняет двойную функцию. С одной стороны, он выполняет функцию высокоточного маскирующего слоя, например высокоточного фотошаблона для осуществления способа изготовления, тогда как с другой стороны (в завершение способа изготовления), он образует очень точно позиционированный функциональный слой, например слой оптически изменяемого устройства или токопроводящую дорожку, или функциональный слой электрического компонента, например компонента из органического полупроводника.
Кроме того, с помощью изобретения можно создавать структурированные слои с очень высокой разрешающей способностью. Степень разрешающей способности может быть достигнута приблизительно в 100 раз выше, чем та, которая может быть достигнута с помощью известных способов деметаллизации. Поскольку ширина структурных элементов первой рельефной структуры может находиться в диапазоне длин волн видимого света (от около 380 до около 780 нм), а также ниже этого диапазона можно создавать металлизированные области рисунков, для которых необходимы очень тонкие контуры. Это означает, что в связи с этим также достигаются существенные преимущества по сравнению со способами деметаллизации, использовавшимися ранее, и с помощью изобретения можно создавать элементы защиты с более высоким уровнем защиты от копирования и фальсификации, чем прежде.
Можно создавать линии и/или точки с высоким уровнем разрешения, например, шириной или диаметром, соответственно, меньше, чем 5 мкм, в частности около 200 нм. Достигаемые предпочтительные уровни разрешения находятся в пределах от около 0,5 мкм до около 5 мкм, в частности составляют около 1 мкм. Для сравнения, способами, которые включают в себя регулировку для совмещения, можно создавать линии шириной меньше 10 мкм только при очень высоком уровне сложности способа и значительных затратах.
Первый слой может быть очень тонким слоем, порядка нескольких нанометров по величине. Первый слой, нанесенный с равномерной поверхностной плотностью относительно плоскости, задаваемой мультиплицирующим слоем, значительно тоньше в областях с большим отношением глубины к ширине, чем в областях с небольшим отношением глубины к ширине.
Безразмерное отношение глубины к ширине является характерным признаком увеличения поверхности предпочтительных периодических структур, например синусоидальной или прямоугольной конфигурации. В данном случае глубина представляет собой расстояние между наивысшими и наинизшими последовательными точками такой структуры, то есть расстояние между «пиком» и «впадиной». Расстояние между двумя соседними наивысшими точками, то есть между двумя «пиками» называется шириной. Поэтому чем больше отношение глубины к ширине, тем соответственно круче «склоны пиков» и соответственно тоньше первый слой, который осажден на «склоны пиков». Этот эффект также наблюдается в случае прямоугольной структуры с вертикальными склонами «пиков». Однако также могут быть структуры, к которым эта модель не может быть применена. Например, может быть случай дискретно распределенных вдоль линии областей, которые имеются только в виде «впадин», при этом расстояние между двумя «впадинами» намного больше, чем глубина «впадин». При формальном применении указанного выше определения вычисленное таким способом отношение ширины к глубине будет равно приблизительно нулю и не будет отражать характеристическое физическое состояние. Поэтому в случае дискретно расположенных структур, которые образованы по существу только из «впадин», глубина «впадины» должна быть связана с шириной «впадины».
Например, такие многослойные подложки пригодны для применения в качестве оптических компонентов таких, как оптические системы, фотошаблоны и шаблоны для проекционной литографии, или в качестве элементов защиты для защищенных документов или идентификационных карточек, поскольку они покрывают критические участки документа такие, как фотография в паспорте или подпись владельца, или весь документ. Кроме того, они могут быть использованы в качестве компонентов или декоративных элементов в области техники связи.
Многослойная подложка может быть пленочным элементом или жесткой подложкой. Пленочные элементы используют, например, для снабжения документов, банкнот и т.п. признаками защиты. Они могут включать в себя защитные нити для включения в бумагу или для введения в карточку, которая может быть образована способом согласно изобретению с частичной деметаллизацией в идеальном совмещении с изображением оптически изменяемого устройства.
Кроме того, подтверждена целесообразность размещения многослойной подложки в виде признака защиты в окне, представляющего ценность документа или аналогичного. Новые признаки защиты, в особенности с ярким и филигранным изображением, могут быть образованы способом согласно изобретению. Поэтому, например, можно создавать изображения, которые являются полупрозрачными в режиме просвечивания, путем растрирования первого слоя. Кроме того, возможно, чтобы первый элемент информации представлялся видимым в таком окне в режиме отражения, а второй элемент информации представлялся видимым в режиме просвечивания.
Кроме того, предпочтительно, чтобы жесткие подложки такие, как идентификационная карточка, опорная пластинка для сенсорного элемента или оболочечная часть корпуса для сотового телефона, при желании также могли быть снабжены частично деметаллизированными слоями согласно настоящему изобретению, которые находятся в совмещении с функциональными структурами или с дифракционным графическим элементом. Может быть предусмотрено введение и структурирование мультиплицирующего слоя непосредственно при литьевом прессовании средства или формирование штампом с использованием отверждаемого ультрафиолетовым излучением лака.
Предпочтительные конфигурации изобретения изложены в дополнительных пунктах формулы изобретения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первые области, в которых образована дифракционная рельефная структура с большим отношением глубины к ширине, чередуются со вторыми областями, в которых образована оптическая активная дифракционная структура, имеющая обычное, небольшое отношение глубины к ширине. Например, первая рельефная структура в первой области имеет соответственно глубину 5 мкм и ширину 2,5 мкм, то есть большое отношение глубины к ширине, равное 2, а во второй области она имеет глубину 0,15 мкм и ширину 2,5 мкм, то есть небольшое отношение глубины к ширине, равное 0,06.
Это делает возможным структурирование первого слоя и/или одного или нескольких дополнительных слоев так, чтобы они были ориентированы в точном совмещении с оптическими эффектами, создаваемыми дифракционными структурами во второй области, при очень небольшой погрешности. В связи с этим, вместо дифракционной структуры во второй области также можно создавать другую оптически активную микроструктуру или макроструктуру, например микролинзовый растр. Элементы защиты с более высоким уровнем защиты от копирования и фальсификации могут быть образованы благодаря высокоточной ориентации, которая может быть достигнута с помощью изобретения, сформированных по частям слоев элемента защиты с оптически активными рельефными структурами элемента защиты.

Например, таким способом могут быть образованы филигранные рисунки такие, как орнаментальные рисунки, которые точно ориентированы относительно дифракционных структур, которые соответствуют конфигурационным мотивам голограммы или кинеграммы (Kinegram).
Предпочтительно наносить первый слой на мультиплицирующий слой путем распыления, осаждения из паровой фазы или пульверизации. При операции распыления в результате используемого технологического процесса осуществляется направленное нанесение материала, так что при нанесении распылением материала первого слоя с постоянной поверхностной плотностью относительно плоскости, задаваемой мультиплицирующим слоем, на мультиплицирующий слой, снабженный рельефной структурой, материал осаждается локально с различными толщинами. Осаждение из паровой фазы и набрызгивание первого слоя в используемом способе также является желательным, поскольку при этом осуществляется по меньшей мере частично направленное нанесение материала.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первый слой частично удаляют с помощью контролируемого по времени процесса травления. Основное исходное положение заключается в том, что рельефные структуры с большим отношением глубины к ширине имеют намного большую площадь поверхности, чем плоские поверхности или поверхности с рельефными структурами, которые имеют небольшое отношение глубины к ширине. Процесс травления заканчивают, когда первый слой полностью удален или по меньшей мере толщина слоя уменьшилась в областях с большим отношением глубины к ширине. Из-за различных физических свойств, определяемых конкретной рельефной структурой в первой области, первого слоя в первой и второй областях (меньшей эффективной толщины) первый слой все еще покрывает второй слой, когда первый слой уже полностью удален в первой области. В качестве травителей могут быть выбраны, например, щелочные растворы и кислоты. Однако также можно предусмотреть только частичное удаление первого слоя и прерывание операции травления при достижении предварительно заданной степени пропускания или прозрачности. Этот способ можно применять, например, для образования признаков защиты, которые основаны на локальном пропускании или прозрачности.
Например, в случае, если многослойную подложку с осажденным из паровой фазы отражающим слоем в качестве первого слоя подвергают воздействию травильной среды, которая является преимущественно изотропной, то отражающий слой уже полностью удаляется в областях с большим отношением глубины к ширине, тогда как в областях с небольшим отношением глубины к ширине все еще присутствует остаточный слой. Например, если алюминий используют в качестве отражающего слоя, щелочи такие, как NaOH или KOH, могут быть применены в качестве изотропно действующего травителя. Кроме того, можно использовать кислотные среды такие, как PAN (смесь фосфорной кислоты, азотной кислоты и воды).
Скорость реакции обычно возрастает с повышением концентрации щелочного раствора и температуры. Выбор параметров процесса зависит от воспроизводимости результатов операции и стойкости многослойной подложки.
Если первый слой во второй области должен быть непрозрачным после операции травления, то в таком случае предпочтительно выбирать оптическую плотность больше 1,5. Поэтому чтобы компенсировать удаление первого слоя, которое при выполнении операции изотропного травления также происходит во вторых областях с небольшим отношением глубины к ширине, необходимо начинать с более высокой начальной оптической плотности. В зависимости от соответствующих различий отношений глубины к ширине для компенсации может потребоваться увеличение предполагавшейся оптической плотности. Например, если слой Al наносят осаждением из паровой фазы в качестве первого слоя, который во второй плоской области является непрозрачным или имеет оптическую плотность, равную 6, и образует металлическое зеркало, или если слой Al соответственно подвергают травлению, то после операции травления во второй области можно получить непрозрачный слой с такими свойствами, при которых он все еще является зеркально отражающим с оптической плотностью, равной 2, тогда как слой Al к этому моменту будет уже полностью стравлен в соседних первых областях, которые снабжены рельефной структурой с большим отношением глубины к ширине.
Влияющими факторами при травлении щелочным раствором обычно являются состав травильной ванны, в частности концентрация травителя, температура травильной ванны и условия обтекания потоком слоя, подлежащего травлению, в травильной ванне. Типичные значения параметра, относящегося к концентрации травителя в травильной ванне, находятся в пределах от 0,1% до 10%, а относящегося к температуре, в пределах от 20°С до 80°С.
Операция травления первого слоя может быть стимулирована электрохимическим способом. Процесс травления интенсифицируют путем приложения электрического напряжения. Это воздействие обычно является изотропным, так что зависящее от структуры повышение площади поверхности дополнительно интенсифицирует эффект травления. Типичные электрохимические добавки такие, как смачивающие вещества, буферные вещества, ингибиторы, активаторы, катализаторы и т.п., предназначенные, например, для удаления оксидных слоев, могут способствовать процессу травления.
Во время процесса травления истощение травильной среды или обогащение относительно продуктов травления может происходить на межфазной границе первого слоя, в результате чего скорость травления замедляется. Принудительное перемешивание травильной среды, возможно, путем создания соответствующего потока или с помощью ультразвукового возбуждения улучшает характеристики травления.
Для оптимизации результата травления процесс травления может также включать в себя получение профиля температур во времени. Поэтому сначала травление можно осуществлять в холодном состоянии, а в более теплом - по мере продолжения операции. Предпочтительно осуществлять его в травильной ванне с трехмерным температурным градиентом, и в этом случае многослойную подложку протягивают в удлиненной травильной ванне с различными температурными зонами.
В процессе травления последние нанометры первого слоя могут оказаться относительно неподатливыми и стойкими к травлению. Поэтому для удаления остатков первого слоя является предпочтительным небольшое механическое содействие процессу травления. Возможно, что неподатливость основана на несколько ином составе первого слоя, предположительно, вследствие возникновения эффекта пограничного слоя при образовании первого слоя на мультиплицирующем слое. В этом случае предпочтительно удалять последние нанометры первого слоя путем обтирки поверхности многослойной подложки при нахождении ее поверх валика, покрытого тонкой тканью. Остатки первого слоя стираются тканью без повреждения многослойной подложки.
Должно быть понятно, что способ согласно изобретению можно без труда комбинировать со способами структурирования и травления, которые уже известны и которые обычно используются с масками в виде структурированных резистных масок для травления или смываемых масок.
Для частичного завершения или удаления по частям первого слоя, кроме способов жидкостного химического травления, также выгодно использовать способы сухого травления такие, как плазменное травление.
Кроме того, подтверждена ценность лазерной абляции для удаления первого слоя. Первый слой, например в виде металлического отражающего слоя, в этом случае удаляют в областях локально путем непосредственного облучения подходящим лазером, используя характеристики поглощения различных рельефных структур в разных областях многослойной подложки.
В случае структур с большим отношением глубины к ширине и в особенности рельефных структур, в которых типичное расстояние между двумя соседними выступами меньше, чем длина волны падающего света, так называемых структур нулевого порядка, значительная часть падающего света может быть поглощена даже в случае, если коэффициент отражения отражающего слоя в области, в которой подразумевается зеркальное отражение, является высоким. Отражающий слой облучают фокусированным лазерным пучком, и в этом случае лазерное излучение поглощается в повышенной степени, а температура отражающего слоя соответственно повышается в сильно поглощающих областях, которые имеют упомянутые выше структуры с большим отношением глубины к ширине. При высоких уровнях подводимой энергии отражающий слой может локально отслаиваться, и в этом случае происходит удаление или абляция отражающего слоя или коагуляция материала отражающего слоя. Если энергия, подводимая от лазера, действует только на протяжении короткого периода времени, и поэтому влияние теплопроводности является исключительно слабым, абляция или коагуляция происходит только в областях, которые предварительно определены рельефной структурой.
Влияющими факторами при лазерной абляции являются конфигурация рельефной структуры (период, глубина, ориентация, профиль), длина волны, поляризация и угол падения падающего лазерного излучения, продолжительность воздействия (изменяющаяся во времени мощность) и локальная доза лазерного излучения, свойства и характеристики поглощения первого слоя, а также возможные дополнительные слои, покрывающие первый слой сверху или снизу.
В частности, подтверждено, что для лазерной обработки пригодны лазеры на основе Nd:YAG (алюмоиттриевый гранат). Они излучают около 1064 мм и, кроме того, они работают в импульсном режиме, что предпочтительно. Также можно использовать диодные лазеры. Длина волны лазерного излучения может быть изменена путем изменения частоты, например, путем удвоения частоты.
Лазерный пучок направляют на многослойную подложку посредством так называемого сканирующего устройства, например посредством гальванометрических зеркал и фокусирующих линз. Импульсы длительностью в пределах от наносекунд до микросекунд излучаются во время операции сканирования и приводят к описанной выше абляции или коагуляции первого слоя, предварительно определяемой структурой. Длительности импульсов обычно меньше миллисекунд, предпочтительно, чтобы они были порядка нескольких микросекунд или меньше. При этом, конечно, также можно использовать импульсы длительностью от наносекунд до фемтосекунд. Точное позиционирование лазерного пучка не является необходимым, поскольку процесс является самоотносящимся. Операцию предпочтительно дополнительно оптимизировать путем соответствующего выбора профиля лазерного пучка и наложения соседних импульсов.
Однако в равной степени можно управлять траекторией лазерного пучка на многослойную подложку в совмещении с рельефными структурами, расположенными в мультиплицирующем слое, с тем, чтобы облучались только области с одинаковой рельефной структурой. Например, для такого управления могут быть использованы системы видеокамер.
Вместо лазера, который сфокусирован в точку или линию, также можно использовать излучающие по площади устройства, которые излучают короткие регулируемые импульсы такие, как, например, лампы-вспышки.
Между прочим, преимущества процесса лазерной абляции заключаются в том, что частичное удаление первого слоя в совмещении с рельефной структурой можно также осуществлять в случае, если он с обеих сторон покрыт одним или несколькими дополнительными слоями, которые являются пропускающими лазерное излучение, и поэтому он не является непосредственно доступным для травильной среды. Первый слой разрушается только лазером. К тому же материал первого слоя отрывается в виде небольших конгломератов или небольших шариков, которые являются визуально невидимыми для наблюдающего человека и которые только нематериально влияют на прозрачность в облучаемой области.
Остатки от первого слоя, которые все еще остаются на мультиплицирующем слое после лазерной обработки, могут быть по желанию удалены с помощью последующей операции промывки, если первый слой является непосредственно доступным.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения первый слой наносят на мультиплицирующий слой с поверхностной плотностью, которую выбирают так, чтобы прозрачность первого слоя в первой области повышалась благодаря первой рельефной структуре относительно прозрачности первого слоя во второй области.
Кроме того, непрозрачный первый слой, который создают с прозрачными областями этим способом, может быть изменен на дальнейших этапах способа или использован в качестве маски для создания дополнительных слоев. Например, может быть предусмотрено удаление первого слоя в непрозрачных областях. Как описывалось ранее, это может быть осуществлено с помощью процесса травления или абляции. Поэтому, например, на промежуточном этапе маску для травления образуют как копию 1:1 первого слоя, покрывающую области первого слоя, которые должны быть защищены от воздействия травителя.
Многослойная подложка согласно изобретению может иметь дополнительные области, которые образуют известными способами, например, для получения декоративных цветовых эффектов, которые продолжаются на всем протяжении областей или на протяжении всей многослойной подложки.
Образование первого слоя не связано с конкретным материалом. Однако, если контролируемый во времени процесс травления, описанный выше, не обеспечивает получения предварительно заданного коэффициента пропускания, то предпочтительно, чтобы первый слой был непрозрачным за пределами прозрачных областей.
Прозрачные материалы могут быть окрашены, чтобы сделать их непрозрачными. Однако может быть предусмотрено предпочтительное выполнение первого слоя из металла или металлического сплава. В этом случае непрозрачность металлического слоя может корректироваться изменениями количества материала, наносимого на единицу площади поверхности, свойства металла и рельефной структуры в первой области.
К тому же металлические первые слои могут быть усилены путем гальванизации, например, для повышения отражательной способности или удельной электропроводности слоя, который остается на прежнем месте. Таким способом можно создавать соединительные линии для электронных схем или электронных компонентов таких, как антенны и катушки индуктивности с высокой электрической добротностью.
Может быть предусмотрено усиление первого металлического слоя путем нанесения такого же металла. Однако также может быть предусмотрено образование первого слоя из первого металла или первого металлического сплава и нанесение второго металла с целью усиления. Поэтому, например, можно образовывать слой, который выполнен слоистым, из различных металлов или металлических сплавов. Например, он может представлять собой миниатюрный биметаллический элемент.
Однако также может быть предусмотрено выполнение первого слоя слоистым, состоящим из отдельных слоев различных металлов или металлических сплавов, с целью использования различных физических и/или химических свойств отдельных слоев при осуществлении этапов способа и/или получении характеристик конечного продукта. Например, первый слой может быть выполнен из алюминия или хрома, и в этом случае алюминий, который является хорошим отражателем, может улучшить оптические свойства конечного продукта, а хром, который является химически более стойким, позволит обеспечить возможность осуществления операций травления эффективным образом.
Слоистая структура первого слоя не ограничена металлическими слоями. Она также может включать в себя диэлектрические слои или полимерные слои. В связи с этим также может быть предусмотрено выполнение последовательных слоев из различных материалов и/или различной толщины, например, для получения известных эффектов изменения цвета на тонких слоях.
Полимерный слой может быть слоем органического полупроводника, который может быть составной частью компонента из органического полупроводника или органической схемой. Такие полимерные слои могут быть образованы в виде жидкостей в самом широком смысле и нанесены, например, с помощью печатных процессов. Поскольку нанесение полимерного слоя не оказывает влияния на точное совмещение, необходимое согласно способу изобретения, оно может быть осуществлено в сущности без особых затрат.
Может быть предусмотрено выполнение мультиплицирующего слоя в виде фотоактивной смываемой маски, которую экспонируют через первый слой и активируют, и удаление экспонированных областей смываемой маски и областей первого слоя, расположенного на смываемой маске.
Смываемые маски выбирают таким образом, чтобы они не оказывали неблагоприятного воздействия на окружающую среду, например, в качестве растворителя можно также использовать воду для удаления экспонированных участков смываемой маски. Однако необходимо принимать меры по обеспечению достаточной прочности смываемой маски, чтобы отсутствовали ограничения по сроку службы и/или надежности многослойной подложки, образуемой со смываемой маской. Кроме того, может быть предпочтительным случай, когда удаление экспонированных участков смываемой маски влечет за собой одновременное удаление образованной поверхностной структуры с большим отношением глубины к ширине. Это может быть предпочтительно в случае введения второго слоя в смытые области первого слоя.
Может быть предусмотрен дополнительный процесс нанесения фоточувствительного слоя на первый слой. Толщина фоточувствительного слоя может быть в пределах от 0,05 мкм до 50 мкм, предпочтительно, чтобы она была в пределах от 0,1 мкм до 10 мкм. Он может представлять собой фоторезист, известный в полупроводниковой промышленности. Фоторезист может быть жидким, и его можно наносить посредством системы для нанесения покрытий. Кроме того, в качестве альтернативы сухой тонкий фотополимерный слой может быть нанесен накаткой.
Фоторезист может быть в виде позитивного фоторезиста или негативного фоторезиста. Позитивный фоторезист представляет собой фоторезист, в котором экспонированные участки являются растворимыми в проявителе. Соответственно негативный фоторезист представляет собой фоторезист, в котором неэкспонированные участки являются растворимыми в проявителе. В таком случае можно создавать различные многослойные подложки с первым слоем.
Например, при использовании негативного фоторезиста первый слой может быть в виде металлического слоя, который на неэкспонированных участках удаляют травлением и затем заменяют вторым слоем. С этой целью сначала второй слой наносят по всей площади поверхности, а затем удаляют на экспонированных участках вместе с фоторезистом, который остался. Теперь первый слой может быть усилен гальванически. Таким способом частично прозрачный первый слой может быть превращен в непрозрачный первый слой, который включен в прозрачную окружающую область. В этом случае также сохраняется согласованное взаимное расположение областей, образованных таким способом.
Выбор соответствующего фоторезиста может зависеть от основных свойств используемого первого слоя, длины волны источника света и необходимой разрешающей способности. Может быть предусмотрено излучение источником света ультрафиолетового света в предпочтительном диапазоне от 300 нм до 400 нм.
Что касается выбора источника света, то, помимо спектральной чувствительности фоторезиста, также необходимо принимать во внимание пропускание слоя, расположенного поверх фоторезиста, в частности пропускание первого слоя.
Далее, что касается проявления экспонированного фоточувствительного слоя, то при использовании позитивного фоторезиста может быть предусмотрена предпочтительная характеристика травления с резким изменением. В данном случае термин «характеристика травления» использован для обозначения зависимости скорости травления, то есть степени удаления экспонированного фоточувствительного слоя в единицу времени, от плотности энергии, которая воздействует на фоточувствительный слой при экспонировании.
После проявления фоточувствительного слоя он может быть использован в качестве маски для травления для первого слоя. В результате первый слой может быть удален путем воздействия травителем в тех областях, в которых фоточувствительный слой был удален при проявлении.
Кроме того, вместо фоточувствительного слоя можно образовать фотоактивируемый слой. Такой слой может быть изменен экспонированием так, что он будет образовывать травитель на экспонированных участках и таким путем растворять первый слой.
Также может быть предусмотрено нанесение вместо фоточувствительного слоя поглощающего слоя, который поглощает, например, лазерный свет и таким путем термически разрушается в областях, облученных лазерным светом. Поглощающий слой, который облучают лазерным светом, теперь образует маску для травления, предназначенную для удаления областей первого слоя, которые являются пропускающими для лазерного света. Однако поглощающий слой может сам также включать в себя первый слой. Например, относительно толстый, соответствующим образом структурированный алюминиевый слой поглощает свыше 90% падающего лазерного света, при этом поглощение может быть зависящим от длины волны. Структуры, которые имеют лишь небольшие дифракционные порядки для падающего лазерного света, то есть в которых, например, расстояние между соседними впадинами меньше, чем длина волны падающего лазерного света, являются особенно пригодными для лазерной абляции. Может быть предусмотрено нанесение второго слоя в областях, в которых первый слой удаляют. Например, он может представлять собой окрашенный слой или электрохимический слой. Таким образом могут быть образованы цветные рисунки или элементы изображения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что второй слой может быть нанесен по всей площади поверхности с последующим травлением первого слоя. Затем удаляют остатки маски для травления, и в этом случае второй слой удаляют одновременно с маской для травления на тех участках, на которых маска для травления покрывает первый слой. В этом случае второй слой наносят в согласованном взаимном расположении с областями многослойной подложки, в которых первый слой удален.
По описываемому ниже способу также могут быть образованы окрашенные области. Многослойную подложку со сформированным по частям первым слоем металла образуют способом согласно изобретению, при этом первый слой в первой области является пропускающим излучение, например ультрафиолетовое излучение, и служит в качестве маски для окрашенного слоя фоторезиста, нанесенного на первый слой. В этом случае окрашивание слоя фоторезиста может быть осуществлено с помощью пигментов или растворимых красителей.
Затем фоторезист экспонируют через первый слой, например, ультрафиолетовым излучением, и в зависимости от того, является ли резист позитивным или негативным, упрочняют или разрушают на первых участках. Кроме того, в этом случае слои позитивного и негативного резиста могут быть нанесены с наложением друг на друга и экспонированы одновременно. В этом случае первый слой служит в качестве маски, и предпочтительно, чтобы он был расположен в непосредственном контакте с фоторезистом для осуществления возможности точного экспонирования.
Наконец, при проявлении фоторезиста участки, которые не были упрочнены, смывают или же разрушаемые участки удаляют. В зависимости от соответствующего используемого фоторезиста теперь проявленный окрашенный фоторезист присутствует точно в областях, в которых первый слой является прозрачным или непрозрачным для ультрафиолетового излучения. Для повышения стойкости слоя фоторезиста, который остался и который структурируют в соответствии с первым слоем, оставшиеся участки предпочтительно упрочнять после операции проявления.
В заключение первый слой, который используют в качестве маски, может быть удален на дополнительном этапе травления до такой степени, чтобы многослойная подложка имела только «цветную печать» фоторезиста с высоким разрешением для смотрящего человека, но прозрачную в других отношениях.
Предпочтительно, чтобы этим способом создавались элементы изображения с высоким разрешением. Без отступления от объема изобретения можно в согласованном взаимном расположении наносить различным образом окрашенные элементы изображения и компоновать их, например, в растр из точек изображения. Поскольку различные многослойные подложки могут быть изготовлены с исходной топологией первого слоя способом, в соответствии с которым различные процессы экспонирования и травления, например, объединяются или осуществляются в последовательности, то возможно позиционирование в согласованном взаимном расположении последовательно наносимых слоев при использовании способа согласно изобретению, несмотря на увеличение числа этапов способа.
Кроме того, возможно растрирование первого слоя с тем, чтобы кроме растровых элементов, которые лежат в основе отражающего слоя и которые могут иметь различные дифрагирующие дифракционные структуры, были образованы растровые элементы, которые представляют собой прозрачные области без отражающего слоя. В связи с этим для получения эффекта растрирования может быть выбрано растрирование с модуляцией по амплитуде или модуляцией по площади. Привлекательные оптические эффекты могут быть получены путем комбинирования таких отражающих/дифрагирующих областей и неотражающих, прозрачных, при некоторых условиях также дифрагирующих, областей. Если такое растровое изображение расположить, например, в окне документа, представляющего ценность, прозрачное растровое изображение может восприниматься в режиме просвечивания. В режиме падающего освещения такое растровое изображение является видимым только в определенном угловом диапазоне, в котором отсутствует дифракция/отражение света на отражающих поверхностях. Кроме того, такие элементы можно использовать не только в прозрачном окне, но также применять к цветным тиснениям. В определенном угловом диапазоне цветное тиснение является видимым, например, как растровое изображение, тогда как в другом угловом диапазоне оно является невидимым благодаря свету, который отражается дифракционными структурами или другими (макро) структурами. Кроме того, во множестве отражающих областей с пониженным коэффициентом отражения также можно создавать надлежащим образом выбранный эффект растрирования.
Поскольку области со ступенчатой прозрачностью могут быть получены путем изменения отношения глубины к ширине в первом слое, также может быть предусмотрено удаление первого слоя на последующих этапах, то есть сначала экспонируют участки, на которых первый слой является самым тонким, и наносят второй слой, после чего удаляют участки первого слоя, которые имеют следующую по величине толщину, и наносят третий слой, и эти этапы повторяют пока наносят новые слои на все области первого слоя с большим отношением глубины к ширине. При этом можно вводить оптически отверждаемые слои, которые после отверждения не подвергаются обычному растворению травителем.
Таким способом также можно располагать области в согласованном взаимном расположении с неметаллическими слоями. Поэтому, например, первый слой можно образовать из диэлектрика с первым показателем преломления, а второй слой можно образовать из диэлектрика со вторым показателем преломления. В этом случае второй слой может образовывать рисунок в первом слое или наоборот. В падающем свете рисунок может восприниматься из-за различного преломления света в двух слоях. Такой рисунок оптически менее яркий, чем рисунок, образуемый металлическими слоями, и поэтому может быть предпочтителен как признак защиты для пропусков или других защищенных документов. Он может представляться смотрящему человеку в виде, например, прозрачного рисунка зеленого или красного цвета.
Кроме того, с помощью изобретения можно образовывать области, включающие в себя различные металлические и неметаллические слои, которые соответственно образуют различные тонкопленочные системы с различными оптическими свойствами, например, с различными наблюдаемыми эффектами изменения цвета в зависимости от угла. В принципе тонкопленочная слоистая система характеризуется интерференционной слоистой структурой, которая создает видимое изменение цвета в зависимости от угла. Она может быть выполнена в виде отражающего элемента, например, с сильно отражающим металлическим слоем или в виде пропускающего элемента с прозрачным оптическим разделительным слоем между отдельными слоями. Основная структура тонкопленочной слоистой системы имеет поглощающий слой (предпочтительно с пропусканием от 30% до 65%), прозрачный разделительный слой в виде слоя, создающего изменение цвета (например, четвертьволнового или полуволнового слоя) и металлический слой в качестве отражающего слоя или оптического разделительного слоя. Кроме того, возможно, чтобы тонкопленочная слоистая система была выполнена из последовательности слоев с высоким показателем преломления и низким показателем преломления. Чем больше число слоев, тем соответственно легче можно подогнать длину волны под изменение цвета. Примеры слоев обычной толщины, подходящих для отдельных слоев тонкопленочной слоистой системы, и примеры материалов, которые в принципе могут быть использованы для слоев тонкопленочной слоистой системы, раскрыты, например, в Международной публикации WO 01/03945, от строки 30 на стр.5 до строки 5 на стр.8.
Кроме того, может быть предусмотрено выполнение несущего слоя в виде мультиплицирующего слоя.
Способ согласно изобретению может быть продолжен для нанесения дополнительных слоев в согласованном взаимном расположении. Например, четвертый слой может быть нанесен на слои, расположенные на мультиплицирующем слое, с такой поверхностной плотностью, при которой прозрачность четвертого слоя в первой области повышается благодаря первой рельефной структуре по отношению к прозрачности четвертого слоя во второй области, и этот четвертый слой перфорируют до известной степени, определяемой первой рельефной структурой, при этом четвертый слой перфорируют в первой области или во второй области, но не во второй области или в первой области соответственно. Поэтому, подобно первому слою, этот четвертый слой присутствует в виде маскирующего слоя, так что описанные выше этапы способа могут быть повторены для образования многослойной подложки с дополнительными слоями, которые перфорированы в согласованном взаимном расположении. Кроме того, пропускание структурированного первого слоя может быть использовано для совмещенного структурирования четвертого слоя. Помимо элементов защиты этим способом можно образовывать, например, органические компоненты и схемы.

Кроме того, может быть предусмотрено последовательное удаление материала и соответствующих структур в первой и второй областях с тем, чтобы создавать отдельные области, в которых различные дифракционные структуры чередуются друг с другом. Например, они могут включать в себя первую кинеграмму (Kinegram) и вторую кинеграмму (Kinegram), которые имеют разные отношения глубины к ширине и которые расположены спереди подложки. В этом примере может быть предусмотрено удаление осажденного из паровой фазы медного слоя только в области первой кинеграммы (Kinegram), затем нанесение алюминия осаждением из паровой фазы на всю площадь поверхности и удаление в областях подложки путем осуществления соответствующих процессов. Таким путем создают два изображения, которые частично металлизированы в совмещении и которые различаются металлическими слоями, обращенными к смотрящему человеку. Для получения таких эффектов можно использовать различия в характеристиках пропускания упомянутых выше областей, которые создаются поляризационными эффектами и/или зависимостями от длины волны, и/или зависимостями от угла падения света.
Кроме того, рельефные структуры, вводимые в мультиплицирующий слой, могут быть выбраны так, чтобы они могли служить для ориентации жидких кристаллов (полимеров). Поэтому в этом случае мультиплицирующий слой и/или первый слой могут быть использованы в качестве ориентирующего слоя для жидких кристаллов. Например, структуры в виде канавок включают в такие ориентирующие слои, при этом жидкие кристаллы ориентируют относительно таких структур до того, как их фиксируют в их ориентации в этом положении путем загущения сшитым полимером или некоторым другим образом. Может быть предусмотрено образование второго слоя слоем загущенного сшитым полимером жидкого кристалла.
Ориентирующие слои могут иметь области, в которых направление ориентации структуры постоянно изменяется. Поэтому, если на область, образованную посредством такой дифракционной структуры, смотреть, например, через поляризатор с вращающимся направлением поляризации, то при линейном изменении направления поляризации области могут наблюдаться разнообразные, хорошо видимые признаки защиты, например эффекты движения. Также может быть предусмотрено наличие в ориентирующем слое дифракционных структур для ориентации жидких кристаллов, локально ориентируемых различным образом с тем, чтобы при рассмотрении в поляризованном свете жидкие кристаллы отображали элементы информации такие, как например знаки.
Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематический вид в разрезе первого варианта осуществления многослойной подложки согласно изобретению;
фиг. 2 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий первую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 3а - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий вторую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 3b - увеличенный вид части IIIb из фиг. 3а;
фиг. 4 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий третью стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 5 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий четвертую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 5а - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий модифицированную конфигурацию стадии изготовления, показанной на фиг. 5;
фиг. 5b - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий стадию изготовления, следующую после стадии изготовления, показанной на фиг. 5а;
фиг. 6 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий пятую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 7 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий шестую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 8 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий седьмую стадию изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 9 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий пятую стадию второго варианта способа изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 10 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий шестую стадию второго варианта способа изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 11 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий седьмую стадию второго варианта способа изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 12 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий восьмую стадию второго варианта способа изготовления многослойной подложки из фиг. 1;
фиг. 13 - схематический вид в разрезе второго варианта осуществления многослойной подложки согласно изобретению;
фиг. с 14а по 14d - схематические виды в разрезе, иллюстрирующие этапы третьего варианта способа изготовления многослойной подложки согласно изобретению;
фиг. 15 - схематический график скоростей травления фоточувствительного слоя; и
фиг. 16 - иллюстрация примера использования многослойной подложки согласно изобретению.
На фиг. 1 показана многослойная подложка 100, в которой на несущей пленке 1 расположены функциональный слой 2, мультиплицирующий слой 3, металлический слой 3m и адгезивный слой 12. Функциональный слой 2 представляет собой слой, который служит преимущественно для повышения механической и химической стабильности многослойной подложки, но который также может быть спроектирован известным способом для создания оптических эффектов. Однако также может быть предусмотрено исключение этого слоя и расположение мультиплицирующего слоя 3 непосредственно на несущей пленке 1. Кроме того, может быть предусмотрено выполнение самого несущего слоя 1 в виде мультиплицирующего слоя.
Многослойная подложка 100 может быть частью пленки для переноса изображения, например пленки для горячего тиснения, которую накладывают на основание адгезивным слоем 12. Адгезивный слой 12 может быть клеем-расплавом, который расплавляется под действием теплоты и навсегда присоединяет многослойную подложку к поверхности основания.
Несущая пленка 1 может быть выполнена в виде механически и термически стабильной пленки, содержащей полиэтилентерефталат.
С помощью известных технологических способов в мультиплицирующем слое 3 могут быть сформированы области, включающие в себя различные структуры. Согласно показанному варианту осуществления они включают в себя области 4, имеющие дифракционные структуры, то есть структурные элементы со сравнительно небольшим отношением глубины к ширине, области 5 со структурными элементами, имеющими большое отношение глубины к ширине, и отражающие области 6.
Металлический слой 3m, расположенный на мультиплицирующем слое 3, имеет деметаллизированные области 10d, которые расположены в совмещении с дифракционными структурами 5. Многослойная подложка 100 в областях 10d производит впечатление прозрачной или частично прозрачной.
Далее, на фиг. с 2 по 8 показаны этапы изготовления многослойной подложки 100. Такие же компоненты, как на фиг. 1, обозначены теми же позициями.
На фиг. 2 показана многослойная подложка 100а, в которой функциональный слой 2 и мультиплицирующий слой 3 расположены на несущей пленке 1.

Поверхность мультиплицирующего слоя 3 структурирована с помощью известных технологических способов таких, как, например, горячее тиснение. Мультиплицирующий слой 3 может быть отверждающимся ультрафиолетовым излучением лаком для мультиплицирования, который структурируют, например, мультиплицирующим валиком. Однако структурирование также может быть осуществлено ультрафиолетовым излучением через фотошаблон. Таким способом в мультиплицирующем слое 3 могут быть сформированы области 4, 5 и 6. Область 4 может быть, например, оптически активной областью голограммы или кинеграммы (Kinegram).
Далее, на фиг. 3а показана многослойная подложка 100b, которая образована из многослойной подложки 100а на фиг. 2 с помощью технологического процесса, в соответствии с которым металлический слой 3m нанесен на мультиплицирующий слой 3 с равномерной поверхностной плотностью, например, распылением. Согласно этому варианту осуществления металлический слой 3m представляет собой слой толщиной приблизительно 10 нм. Предпочтительно, чтобы толщина металлического слоя 3m могла быть выбрана такой, при которой области 4 и 6 имеют низкий уровень пропускания, например от 10% до 0,001%, то есть оптическую плотность от 1 до 5, предпочтительно, чтобы она была от 1,5 до 3. В соответствии с этим оптическая плотность металлического слоя 3m, то есть отрицательный десятичный логарифм пропускания, в областях 4 и 6 составляет от 1 до 3. Может быть предпочтительно, чтобы металлический слой 3m имел оптическую плотность от 1,5 до 2,5. Поэтому области 4 и 6 на глаз человека, смотрящего на них, производят впечатления непрозрачных или отражающих.
В противоположность этому металлический слой 3m имеет пониженную оптическую плотность в области 5. Причина этого заключается в повышении площади поверхности в этой области из-за большого отношения глубины к ширине структурных элементов и толщины металлического слоя, которая в связи с этим уменьшается. Безразмерное отношение глубины к ширине является отличительным признаком увеличения площади поверхности предпочтительных периодических структур. В таких структурах в периодической последовательности образованы «пики» и «впадины». Расстояние между «пиком» и «впадиной» в настоящей заявке называется глубиной, тогда как промежуток между двумя «пиками» называется шириной. При большем отношении высоты к ширине «склоны пиков» соответственно являются более крутыми, и соответственно более тонким является металлический слой 3m, осажденный на «склоны пиков». Этот эффект также наблюдается в ситуации, когда имеются разрозненно распределенные «впадины», которые могут быть расположены относительно друг друга на расстояниях, которые намного больше, чем глубина «впадин». В таком случае глубина «впадины» должна быть соотнесена с шириной «впадины» для правильного описания геометрии «впадины» с помощью точно определенного отношения глубины к ширине.
Далее, на фиг. 3b детально показан эффект изменения толщины металлического слоя 3m, который является ответственным за возможную прозрачность.
0
0
На фиг. 3b представлен схематический вид в разрезе увеличенного участка IIIb из фиг. 3а. Мультиплицирующий слой 3 имеет рельефную структуру 5h с большим отношением глубины к ширине в области 5 и рельефную структуру 6n с отношением ширины к глубине, равным нулю, в области 6. Стрелками 3s обозначено направление нанесения металлического слоя 3m, который, как описано выше, может быть нанесен распылением. Металлический слой 3m образован номинальной толщиной t в области рельефной структуры 6n и толщиной t, которая меньше, чем номинальная толщина t, в области рельефной структуры 5t. В связи с этим толщина t должна интерпретироваться как среднее значение, поскольку толщина t зависит от угла наклона поверхности рельефной структуры 5t относительно горизонтали. Этот угол наклона может быть описан математически первой производной функции рельефной структуры 5t.
0
0
Поэтому, если угол наклона равен нулю, металлический слой 3m осаждают с номинальной толщиной t, тогда как, если величина угла наклона больше нуля, металлический слой 3m осаждают с толщиной t, то есть меньшей толщины, чем номинальная толщина t.
Кроме того, прозрачность металлического слоя можно получить с помощью рельефных структур, которые имеют сложный профиль поверхности с выступами и выемками различного вертикального размера. Профили поверхности этого вида также могут включать в себя стохастические профили поверхности. В этом случае прозрачность обычно достигается, если среднее расстояние между соседними структурными элементами меньше средней глубины профиля рельефной структуры, а соседние структурные элементы разнесены друг от друга меньше, чем на 200 мкм. В связи с этим предпочтительно выбирать среднее расстояние между соседними выступами меньше, чем 30 мкм, чтобы рельефная структура 5t была характерной дифракционной рельефной структурой.
Что касается конфигурации прозрачных областей, то важно, чтобы были известны зависимости отдельных параметров, а сами они должны быть соответствующим образом выбраны. Смотрящий человек уже воспринимает область как полностью отражающую, если 85% падающего света отражается, и уже воспринимает область как прозрачную, если отражается меньше 20% падающего света, то есть пропускается больше 80%. Эти значения могут меняться в зависимости от фона, освещения и т.д. В связи с этим важную роль играет поглощение света в металлическом слое. Например, при определенных обстоятельствах хром и медь отражают намного слабее. Это может означать, что только 50% падающего света отражаются, и в этом случае степень прозрачности меньше 1%.
Max
Max
В таблице 1 показаны установленные коэффициенты отражения металлических слоев из Ag, Al, Au, Cr, Cu, Rh и Ti, расположенных между пластиковыми пленками (с показателем преломления n=1,5), при длине λ=550 нм волны света. В этом случае показатель ε толщины образован как частное от деления толщины t металлического слоя, который необходим для достижения коэффициента отражения, составляющего R=80% максимального значения R, на толщину, необходимую для достижения коэффициента отражения, составляющего R=20% максимального значения R.
Таблица 1
Металл
R<sub>Max</sub>
t для 80% R<sub>Max</sub>
t для 20% R<sub>Max</sub>
ε
h/d
Ag
0,944
31 нм
9 нм
3,4
1,92
Al
0,886
12 нм
2,5 нм
4,8
2,82
Au
0,808
40 нм
12 нм
3,3
1,86
Rh
0,685
18 нм
4,5 нм
4,0
2,31
Cu
0,557
40 нм
12 нм
3,3
1,86
Cr
0,420
18 нм
5 нм
3,6
2,05
Ti
0,386
29 нм
8,5 нм
3,3
1,86
Max
Max
Как можно видеть, с точки зрения эвристических соображений серебро и золото (Ag и Au) имеют высокие максимальные коэффициенты R отражения, и для получения прозрачности необходимо относительно небольшое отношение глубины к ширине. Следует признать, что алюминий (Al) также имеет высокий максимальный коэффициент R отражения, но для него необходимо большее отношение глубины к ширине. Поэтому может быть предусмотрено образование металлического слоя из серебра или золота, что предпочтительно. Однако также может быть предусмотрено образование металлического слоя из других металлов или из металлических сплавов.
0
Ниже в таблице 2 представлены расчетные результаты, полученные на основании точных вычислений дифракции на рельефных структурах с различными отношениями глубины к ширине, которые были выполнены в виде линейных синусоидальных решеток с постоянной дифракционной решетки, равной 350 нм. Рельефные структуры были покрыты серебром, имевшим номинальную толщину t=40 нм. Свет, который падал на рельефные структуры, имел длину λ=550 нм волны (зеленый) и был TE-поляризованным или TM-поляризованным.
Таблица 2
Отношение глубины к ширине
Постоянная решетки в нм
Глубина в нм
Коэффициент отражения, ТЕ
Степень прозрачности, ТЕ
Коэффициент отражения, ТМ
Степень прозрачности, ТМ
0
350
0
84,5%
9,4%
84,5%
9,4%
0,3
350
100
78,4%
11,1%
50,0%
21,0%
0,4
350
150
42,0%
45,0%
31,0%
47,0%
1,1
350
400
2,3%
82,3%
1,6%
62,8%
2,3
350
800
1,2%
88,0%
0,2%
77,0%
В частности, было обнаружено, что, не говоря уже о зависимости от отношения глубины к ширине, степень прозрачности зависит от поляризации излучаемого света. Эта зависимость показана в таблице 2 для отношения d/h=1,1 глубины к ширине. Может быть предусмотрено использование этого эффекта в случае избирательного образования дополнительных слоев.
Также было обнаружено, что степень прозрачности или коэффициент отражения металлического слоя 3m с рельефной структурой 5t (см. фиг. 3b) зависит от длины волны. Этот эффект особенно сильно выражен в случае TE-поляризованного света.
Было также обнаружено, что степень прозрачности снижается, если угол падения света отличается от нормального угла падения, то есть степень прозрачности снижается, если свет не падает перпендикулярно. Это означает, что металлический слой 3m может быть прозрачным, кроме как в области рельефной структуры 5t, только в ограниченном конусе падения света. Поэтому может быть предусмотрено, что металлический слой 3m является непрозрачным при наблюдении под углом, и этот эффект также может быть использован для избирательного образования дополнительных слоев.
На фиг. 4 показана многослойная подложка 100с, образованная из многослойной подложки 100b, показанной на фиг. 3а, и фоточувствительного слоя 8. Им может быть органический слой, который наносят известными способами нанесения покрытий, такими, как глубокая печать в жидкой форме. Кроме того, может быть предусмотрено нанесение фоточувствительного слоя осаждением из паровой фазы или нанесение накаткой в виде сухой пленки.
Нанесение может быть осуществлено по всей площади поверхности. Однако также можно предусмотреть нанесение в отдельных областях, например в областях, расположенных за пределами упомянутых выше областей с 4 по 6. Они могут включать в себя только области, которые находятся в относительно приблизительном совмещении с рисунком, например с декоративными графическими изображениями, такими, как например беспорядочные рисунки или рисунки, образованные из повторяющихся образов или текстов.
Далее, на фиг. 5 показана многослойная подложка 100d, которая образована экспонированием многослойной подложки 100с из фиг. 4 через несущую пленку 1. Для осуществления операции экспонирования может быть предусмотрен ультрафиолетовый свет 9. Поскольку, как описывалось выше, области 5 с большим отношением глубины к ширине являются прозрачными, то под действием ультрафиолетового излучения в фоточувствительном слое 8 образуются области 10, которые сильно экспонированы и которые отличаются по химическим свойствам от менее экспонированных областей 11. Например, области 10 и 11 могут различаться растворимостью фоточувствительного слоя, расположенного в них, в растворителях. Как дополнительно показано на фиг. 6, таким способом фоточувствительный слой 8 может быть «проявлен» после операции экспонирования ультрафиолетовым светом.
Хотя в областях 5 предпочтительно предусматривать отношение толщины к ширине больше 0,3, а толщину металлического слоя 3m предпочтительно выбирать так, чтобы области 5 были по меньшей мере частично прозрачными, способ согласно изобретению всегда может быть использован, если предусматривать разницу в оптической плотности областей с большим отношением глубины к ширине и других областей, достаточную для обработки фоточувствительного слоя. Поэтому нет необходимости в том, чтобы металлический слой 3m был настолько тонким, чтобы области 5 производили впечатление прозрачных при визуальном рассмотрении. Относительно низкое полное пропускание осажденной из паровой фазы несущей пленки может быть компенсировано повышенной экспозиционной дозой для фоточувствительного слоя 8. Кроме того, следует помнить, что экспонирование фоточувствительного слоя обычно осуществляют в диапазоне ближнего ультрафиолетового излучения, так что визуальное впечатление не является решающим при оценивании пропускания.
На фиг. 5а и 5b показан модифицированный вариант осуществления. Фоточувствительный слой 8, показанный на фиг. 5, не предусмотрен в многослойной подложке 100d' на фиг. 5а. Вместо него имеется мультиплицирующий слой 3', который представляет собой фоточувствительную смываемую маску. Многослойную подложку 100d' экспонируют снизу, при этом в сильно экспонированных областях 10 мультиплицирующий слой 3' изменяется таким образом, что он может быть смыт.
Далее, на фиг. 5b показана многослойная подложка 100d", которая функционально соответствует многослойной подложке, показанной ниже на фиг. 8. Однако следует отметить, что в областях 10 удален не только металлический слой 3m, но также и мультиплицирующий слой 3'. Этим обеспечивается повышение прозрачности в этих областях по сравнению с многослойной подложкой, показанной на фиг. 8, и требуется меньше этапов при изготовлении.
На фиг. 6 показана многослойная подложка 100е, которая образована из многослойной подложки 100d путем воздействия растворителя, нанесенного на поверхность экспонированного фоточувствительного слоя 8. Теперь образуются области 10е, в которых светочувствительный слой 8 удален. Области 10е представляют собой области 5, описанные со ссылкой на фиг. 3, но с большим отношением глубины к ширине структурных элементов. Фоточувствительный слой 8 сохранен в областях 11, поскольку они включают в себя области 4 и 6, которые описаны со ссылкой на фиг. 3а и которые не имеют большого отношения глубины к ширине.
В показанном на фиг. 6 варианте осуществления фоточувствительный слой 8 образован из позитивного фоторезиста. При использовании такого фоторезиста экспонированные области являются растворимыми в проявителе. В противоположность этому при использовании негативного фоторезиста неэкспонированные области являются растворимыми в проявителе, как описано ниже применительно к варианту осуществления, показанному на фиг. с 9 по 12.
Теперь, как показано со ссылкой на фиг. 7, в многослойной подложке 100f металлический слой 3m может быть удален в областях 10е, где он не защищен от воздействия травителя проявляемым фоточувствительным слоем, используемым в качестве маски для травления. Травителем может быть, например, кислота или щелочной раствор. Таким способом образуют деметаллизированные области 10d, также показанные на фиг. 1.
Поэтому таким способом металлический слой 3m может быть деметаллизирован в согласованном взаимном расположении без дополнительного усложнения технологии. Не усложняются и дорогостоящие предварительные операции, используемые для этой цели, такие, как например нанесение маски для травления путем экспонирования или печатания маски. Когда осуществляют такой обычный способ, допуски больше 0,2 мм являются обычными. В отличие от этого с помощью способа согласно настоящему изобретению возможны допуски в пределах от микрометров до нанометров, то есть допуски, которые определяются только процессом мультиплицирования, выбранным для структурирования мультиплицирующего слоя, и созданием оригинала, то есть изготовлением вырубного штампа для тиснения.
Может быть предусмотрено выполнение металлического слоя 3m в виде последовательности различных металлов и использование различия в физических и/или химических свойствах отдельных металлических слоев. Например, может быть предусмотрено осаждение алюминия в качестве первого отдельного металлического слоя, имеющего высокий уровень отражения и поэтому создающего явно выраженные отражающие области, когда многослойную подложку рассматривают со стороны носителя изображения. Второй осажденный отдельный металлический слой может быть из хрома, который имеет высокую степень стойкости к химическому воздействию различных травителей. Теперь операция травления металлического слоя 3m может быть осуществлена за два этапа. Можно предусмотреть травление слоя хрома на первом этапе, и в этом случае проявляемый фоточувствительный слой 8 образуют как маску для травления, а затем на втором этапе осуществляют травление алюминиевого слоя, и в этом случае слой хрома теперь действует как маска для травления. Для таких многослойных систем в процессе изготовления допускается большая степень гибкости при выборе материалов, используемых для фоторезиста, травителя для фоторезиста и металлического слоя.
На фиг. 8 отражена не являющаяся обязательной возможность удаления фоточувствительного слоя после этапа изготовления, показанного на фиг. 7. На фиг. 8 показана многослойная подложка 100g, образованная из несущей пленки 1, функционального слоя 2, мультиплицирующего слоя 3 и структурированного металлического слоя 3m.
В дальнейшем многослойная подложка 100g может быть преобразована в многослойную подложку 100, показанную на фиг. 1, путем нанесения клеевого слоя 12.
Далее, на фиг. 9 показана многослойная подложка 100е согласно второму варианту осуществления, в которой фоточувствительный слой 8 образован из негативного фоторезиста. Как можно видеть из фиг. 9, многослойная подложка 100е' имеет области 10е', в которых экспонированный светочувствительный слой 8 удален при проявлении. Области 10е' включают в себя непрозрачные области металлического слоя 3m (см. позиции 4 и 6 на фиг. 3а). Экспонированный фоточувствительный слой 8 не удален в областях 11, которые включают в себя прозрачные области металлического слоя 3m (см. позицию 5 на фиг. 3а).
На фиг. 10 показана многослойная подложка 100f', образованная путем удаления травлением металлического слоя 3m с многослойной подложки 100е' (фиг. 9). С этой целью проявляемый фоточувствительный слой 8 образуют как маску для травления, которую удаляют в областях 10е' (фиг. 9), так что травитель разрушает металлический слой 3m. Это приводит к образованию областей 10d', в которых больше нет металлического слоя 3m.
2
Как показано на фиг. 11, многослойная подложка 100f" теперь образована из многослойной подложки 100f' и при этом имеет второй слой 3р, который покрывает экспонируемый мультиплицирующий слой 3 в областях 10d'. Слой 3р может быть диэлектриком, таким, как TiO или ZnS, или полимером. Например, такой слой может быть осажден на поверхность из паровой фазы, и в связи с этим может быть предусмотрено образование этого слоя из множества наложенных друг на друга тонких слоев, которые могут различаться, например, показателями преломления и которые в этом случае могут создавать цветовые эффекты при освещении их. Например, тонкий слой, проявляющий цветовые эффекты, может быть образован из трех тонких слоев с чередованием высокого, низкого и высокого показателей преломления. Цветовой эффект кажется менее впечатляющим по сравнению с создаваемыми металлическими отражающими слоями, что является преимуществом в случае, если, например, таким способом рисунки образуют на паспортах или идентификационных карточках. Например, рассматривающему человеку рисунки могут казаться прозрачными, зелеными или красными.
Полимерные слои могут быть, например, в виде слоев органических полупроводников. Таким способом компонент из органического полупроводника может быть образован комбинациями с дополнительными слоями.
Далее, на фиг. 12 показана многослойная подложка 100f"', образованная из многослойной подложки 100f" (фиг. 11) после удаления оставшегося фоточувствительного слоя. Для этого можно использовать хорошо известный процесс обратной литографии. В этом случае второй слой 3р, нанесенный на предшествующем этапе, удаляют повторно в то же самое время. Поэтому соседние области со слоями 3р и 3m теперь оказываются образованными на многослойной подложке 100f"', и они могут отличаться друг от друга, например, показателями оптического преломления и/или удельной электропроводностью. Однако следует отметить, что области 11 образованы с металлическим слоем 3m, кажущимся частично прозрачным из-за большого отношения глубины к ширине структурных элементов. Затем область 3m металлического слоя также может быть удалена химическим способом, если химические свойства слоев 3m и 3р надлежащим образом отличаются друг от друга.
Далее, может быть предусмотрено усиление металлического слоя 3m гальваническим способом, и в этом случае области 11 будут выполнены, например, в виде непрозрачных областей, покрытых металлом.
Также может быть предусмотрено дополнительное повышение прозрачности областей 11, и с этой целью металлический слой 3m удаляют травлением. Можно использовать травитель, который не оказывает вредного воздействия на слой 3р, нанесенный в других областях. Однако также может быть предусмотрен травитель, оказывающий воздействие только до тех пор, пока металлический слой не удален.
Затем также может быть предусмотрено нанесение на многослойную подложку 100f"' (фиг. 12) третьего слоя, который может быть образован из диэлектрика или полимера. Это может быть сделано на этапах способа, описанного выше, с помощью операции, в результате выполнения которой вновь наносят фоточувствительный слой, который после экспонирования и проявления покрывает многослойную подложку 100f"' за пределами областей 11. Третий слой теперь может быть нанесен так, как описывалось выше, а затем остатки фоточувствительного слоя удаляют и, следовательно, одновременно удаляют третий слой в этих областях. Таким способом приведенные для примера слои компонентов из органических полупроводников могут быть структурированы особенно тщательным образом и в согласованном взаимном расположении.
Далее, на фиг. 13 показана многослойная подложка 100', которая образована из многослойной подложки 100f"' (фиг. 12) путем добавления адгезивного слоя 12, показанного на фиг. 1. Многослойную подложку 100' изготавливают аналогично многослойной подложке 100, показанной на фиг. 1, используя такой же мультиплицирующий слой 3. Следовательно, способом согласно изобретению можно изготавливать многослойные подложки различных конфигураций, начиная с одной топологии.
Способ согласно изобретению может быть дополнительно усовершенствован без неблагоприятных влияний на качество с тем, чтобы дополнительные слои структуры находились в согласованном взаимном расположении. С этой целью можно предусмотреть, чтобы дополнительные оптические эффекты такие, как полное внутреннее отражение, поляризация и спектральная прозрачность ранее нанесенных слоев, использовались для образования областей с различающейся прозрачностью с целью получения фотошаблонов, обеспечивающих согласованную взаимосвязь.
Кроме того, можно предусмотреть различную локальную способность поглощения наложенных друг на друга слоев, а экспонирование осуществлять или маски для травления создавать с помощью лазерной термической абляции.
Далее, на фиг. с 14а по 14d показано для примера, каким образом согласно варианту осуществления металлический слой 3m, расположенный в областях 11, может быть удален в согласованной взаимосвязи с многослойной подложки 100f"', показанной на фиг. 12, и может быть заменен в согласованном взаимном расположении неметаллическим слоем 3р'. Слой 3р' может быть диэлектрическим слоем, оптический показатель преломления которого отличается от оптического показателя преломления слоя 3р.
На фиг. 14а показана многослойная подложка 100g, в которой металлический слой 3m гальванически усилен, так что он является непрозрачным. Слой 3m представляет собой металлический слой, который расположен в области мультиплицирующего слоя 3 с большим отношением глубины к ширине и который вследствие этого до операции гальванического усиления был в виде частично прозрачного металлического слоя.
Фоточувствительный слой 8 покрывает области 3р и 3m, расположенные в мультиплицирующем слое 3 (см. также фиг. 12).
Далее, на фиг. 14b показана многослойная подложка 100g', полученная, как описано выше со ссылками на фиг. 5 и 6, путем экспонирования и проявления фоточувствительного слоя 8. Области 11, покрытые проявляемым фоточувствительным слоем, образуют маску для травления, так что металлический слой 3m может быть удален травлением в областях 10е, в которых фоточувствительный слой удаляют после операции проявления.
На фиг. 14с многослойная подложка 100g" показана после дополнительного этапа способа, в соответствии с которым слой 3р', который может быть в виде диэлектрика, нанесен по всей площади поверхности. Слой 3р' также может быть выполнен в виде тонкослойной системы, содержащей множество последовательно нанесенных слоев, в результате чего слой 3р' может известным способом создавать эффекты изменения цвета. Однако следует помнить, что слой 3р' может быть более или менее прозрачным в областях с большим отношением глубины к ширине, так что эффект изменения цвета будет наблюдаться в большей или меньшей степени.
На фиг. 14d показана многослойная подложка 100g"' после удаления остатков фоточувствительного слоя 8 и областей расположенного на нем слоя 3р'; многослойная подложка 100g"' может быть преобразована, как описано выше со ссылкой на фиг. 13, в законченную многослойную подложку, например, путем добавления адгезивного слоя.
В мультиплицирующем слое 3 многослойной подложки 100g"' имеются области, которые покрыты слоем 3р, и области, которые покрыты слоем 3р'.
Как уже описывалось ранее, поскольку слои 3р и/или 3р' могут быть тонкослойными системами, они могут создавать эффекты изменения цвета. В связи с этим может быть предусмотрено, например, выполнение слоя 3р, который согласно варианту осуществления на фиг. 14d покрывает области мультиплицирующего слоя 3 с большим отношением глубины к ширине, в виде тонкослойной системы. В этом случае возможно, чтобы филигранные рисунки такие, как орнаментальные рисунки, были в виде признаков защиты, которые ненавязчиво выделяются из окружения, и при этом все же отчетливо и явно наблюдаются изображения, расположенные под ними.
Способ, описанный со ссылками на фиг. с 14а по 14d, может быть использован для нанесения дополнительных слоев. Поскольку слои 3р и 3р' представляют собой тонкие слои, порядок величины которых составляет несколько микрометров или нанометров, то структуры, включенные в мультиплицирующий слой 3, сохраняются, так что можно нанести, например, дополнительный металлический слой, который в областях мультиплицирующего слоя 3 с большим отношением глубины к ширине будет прозрачным. В этом случае дополнительный металлический слой может быть использован в качестве маскирующего слоя, который может быть частично удален на описанных выше этапах способа или который может быть образован как временный промежуточный слой для нанесения одного или нескольких неметаллических слоев в согласованном взаимном расположении.
Далее, на фиг. 15 показано схематическое графическое представление двух характеристик травления проявителей, которые предназначены для образования маски для травления из фоточувствительного слоя. Характеристики травления представлены скоростью травления, то есть степенью удаления материала в единицу времени, в зависимости от плотности энергии, с которой экспонировался фоточувствительный слой. Первая характеристика 150l травления является линейной. Такая характеристика травления может быть предпочтительной, если проявление должно осуществляться в соответствии с периодом времени.
Однако в большинстве случаев может быть предпочтительной бинарная характеристика 150b травления, поскольку только небольшое различие в плотности энергии необходимо для получения заметно иной скорости травления, и в этом случае осуществляется полное удаление маскирующего слоя в областях с большим отношением глубины к ширине при высоком уровне определенности.
Третья характеристика 150g травления имеет колоколообразную форму, которую можно регулировать выбором фоторезиста, и процесс согласно этому варианту осуществления может быть использован для избирательного, в зависимости от коэффициента пропускания области, удаления или получения структур.
Далее, на фиг. 16 показан пример использования многослойной подложки 160 согласно изобретению. Многослойная подложка 160 расположена на идентификационной карточке 161 в качестве признака защиты. Она покрывают всю площадь поверхности передней стороны идентификационной карточки 161, которая в этом варианте осуществления выполнена в виде пластиковой карточки с базовым слоем 162, снабженным фотографией 162b владельца карточки, алфавитно-цифровыми знаками 162а, которые могут включать в себя, например, персональные данные, относящиеся к владельцу карточки, и/или идентификационный номер и копию личной подписи 162u владельца карточки. В связи с этим также может быть предусмотрено выполнение базового слоя 162 в виде слоя многослойной подложки 160.
Как показано на фиг. 16, многослойная подложка 160 имеет металлический слой, который включает в себя дифракционную структуру 164, отражающие структуры 166g и 166s и прозрачные области 165, в которых металлический слой удален. В примере использования, показанном на фиг. 16, дифракционная структура является голограммой, представляющей, например, фирменный логотип. Отражающие структуры 166g в виде орнаментов покрывают области базового слоя 162 и служат для защиты от подделки и фальсификации. Отражающие элементы также могут быть выполнены в виде декоративных элементов, как показанный на фиг. 16 элемент в виде звездочки 166s.