CN106328470A

CN106328470A - 一种在工件上制造微纳米级防伪图文商标的方法

Info

Publication number: CN106328470A
Application number: CN201610794411.1A
Authority: CN
Inventors: 刁克明
Original assignee: Limited By Share Ltd Of Beijing Advanced Ion Beam Technology Research Institute
Current assignee: Limited By Share Ltd Of Beijing Advanced Ion Beam Technology Research Institute
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明公开了一种在工件上制造微纳米级防伪图文商标的方法，包括：把工件固定在旋转工件台上，表面完整涂上光刻胶；敷上掩模板，该掩模板上带有要形成的防伪图文商标的图案；透过掩模板对光刻胶进行紫外线照射；对光刻胶进行显影和曝光；清洗光刻胶后光刻胶上留下了要形成的防伪图文商标的图案；将工件台装入真空仓，抽取真空；产生等离子体；等离子体经引出、成束、加速、中和形成离子束；利用所述离子束轰击工件，则工件上暴露的部分溅射出金属原子从而形成防伪图文商标，所述离子束的能量为200～1000eV，溅射时间为5分钟至30分钟；将工件取出并清洗光刻胶。本发明公开的方法能够制造微纳米级防伪图文商标。

Description

一种在工件上制造微纳米级防伪图文商标的方法

技术领域

本发明涉及离子束刻蚀制造工艺，更具体地说，涉及一种利用离子束刻蚀工艺制造微纳米级防伪图文商标的方法。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，不少高档的手表也走进了我们的日常生活。现有的手表大多采用印刷防伪技术，这些防伪工艺缺点明显，很容易被仿造和伪造，许多假冒伪劣的手表进入市场，给消费者带来巨大的困扰；也有一些手表防伪商标采用了激光印刷防伪技术，但由于激光印刷防伪技术的广泛应用和迅速扩散，同时也由于激光印刷防伪技术只能将防伪图“平面”地印刷在标签上，再将防伪标签粘贴在手表的表盘上面或表盖里面，早已被造假者从各个方面攻破，几乎完全失去了防伪的能力。个别奢侈级的名表已经把激光防伪商标直接印在表盘上了，但受激光防伪技术只能做到10微米级精度和只能印刷“平面”图像的限制，也不难被造假“高手”模仿。

激光防伪技术包括激光全息图像防伪、加密激光全息图象防伪和激光光刻防伪技术三方面，常用的激光彩虹模压全息图文防伪技术，是应用激光彩虹全息图制版技术和模压复制技术，在产品上制作的一种可视的图文信息。最新的激光全息转移技术已经将激光全息压模、计算机光刻、特种制版、精密电铸粗细化工、高精度剥离等不同学科的多项技术有机结合先制成可转移的全息塑料薄膜，然后再将其转移到纸面上，制成激光全息转移纸，但依然无法超越其只能“平面”防伪的技术限制。近几年将激光防伪技术应用于手表防伪商标及类似产品的专利有：激光彩虹码防伪标识(201020285757.7)、一种采用激光刻蚀制造的复合多功能防伪标识(201110119770.4)、激光全息防伪图标制造方法(201410132053.9)、一种激光成像防伪标签及其制备方法(201510770189.7)以及一种利用激光防伪的多功能智能手表(201520829302.X)等等。

当前的防伪技术要实现微纳米级精度还有很大困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的实施例公开了一种在工件上制造微纳米级防伪图文商标的方法，包括：把工件固定在旋转工件台上，表面完整涂上光刻胶；敷上掩模板，该掩模板上带有要形成的防伪图文商标的图案；透过掩模板对光刻胶进行紫外线照射；对光刻胶进行显影和曝光；清洗光刻胶后光刻胶上留下了要形成的防伪图文商标的图案；将工件台装入真空仓，抽取真空；产生等离子体；等离子体经引出、成束、加速、中和形成离子束；利用所述离子束轰击工件，则工件上暴露的部分溅射出金属原子从而形成防伪图文商标，所述离子束的能量为200～1000eV，溅射时间为5分钟至30分钟；将工件取出并清洗光刻胶。

根据本发明的一方面，光刻胶上镂空的部分与防伪图文商标的图案一致。

根据本发明的一方面，所述工件的材料包括铜、钨、钛、钽、镍、铝、金、银或它们的合金。该工件可以为手表机械组件、微型机械零部件以及奢侈品。如果是手表机械组件，具体可以包括但不限于：表盘、表盘数字、表面、表带、时针、分针或秒针。

根据本发明的一方面，抽取真空的方法包括：先用机械泵粗抽，再用分子泵细抽，直到真空度达到并且在全过程中保持至少为6×10^-3Pa。

根据本发明的一方面，形成等离子体的方法包括：电磁线圈产生高频高压；阴极钨丝产生辉光放电；通入惰性气体，这些惰性气体在高频高压下电离分解产生等离子体。惰性气体包括：氦、氖、氩、氪或氙。之后，将等离子体经引出、成束、加速和中和形成从而形成离子束。具体地，可以使用使用多孔屏栅将等离子体引出、成束形成为离子束，使用加速栅对离子束加速，可以使用浸没式中和阴极发射电子对离子束进行中和形成中性离子束。

本发明的实施例采用离子束刻蚀的方法制造微纳米级防伪图文商标，防伪图文商标的精度由光刻胶的尺寸决定。本发明的实施例工艺简单、高效，能够实现微纳米级的防伪图文商标的制造，且本发明制造的防伪图文商标不易仿制。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为根据本发明的一个实施例在手表表盘上制造防伪图文商标的流程图；

图2为根据本发明的一个实施例在手表表盘上制造防伪图文商标的各装置示意图；

图3为根据本发明的一个实施例在手表表盘上涂上光刻胶的示意图；

图4为根据本发明的一个实施例在光刻胶上敷上掩模板的示意图；

图5为根据本发明的一个实施例形成的带有防伪图文商标图案的光刻胶的示意图；

图6为根据本发明的一个实施例采用离子束轰击工件的示意图；

图7为根据本发明的一个实施例在工件上形成的防伪图文商标的示意图。

各标号表示如下：

100-真空仓；110-气体电离区；10-气孔；20-电磁线圈；30-阴极钨丝；40-弧形阳极板；50-多孔屏栅；60-加速栅；70-浸没式中和阴极；80-工件；90-工件台；120-等离子体；130-离子束；140-中和区；150-离子束刻蚀区；200-光刻胶；300-掩模板。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

根据本发明公开的实施例，公开了一种在工件上制造防伪图文商标的方法，首先将要制造的防伪图文商标的图案转印于光刻胶上，然后通过离子束轰击工件表面进行离子刻蚀，从工件表面暴露的部分上溅射出金属原子从而形成防伪图文商标。这种制造防伪图文商标的方法，能够达到微纳米级的精度，并且工艺简单能够量产，能够应用于广大的工业领域。

本发明实施例中采用离子束加工(Ion Beam Machining，IBM)制造微纳米级防伪图形商标的原理是：在真空条件下利用离子源(离子枪)产生的等离子体经引出、成束、加速、中和形成高能离子束轰击工件表面，按人们设计的图案，使材料变形、破坏、分离以达到加工目的。因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加速到较高速度时，具有比电子束大得多的撞击动能，因此，离子束撞击工件将引起变形、分离、破坏等机械作用，而不像电子束是通过热效应进行加工。离子束加工具有超微细结构的加工能力，因离子束流密度和能量可得到精确控制，在较高真空度下进行加工，环境污染少，特别适合加工高纯度的半导体材料及易氧化的金属材料；离子束加工应力小，变形极微小，加工表面质量高，适合于各种材料和低刚度零件的加工。离子束加工的应用范围包括离子束蚀刻、离子束镀膜、离子束溅射沉积和离子束注入等。

常规离子束干法刻蚀(Ion Beam Dry Etching，IBDE)的加工过程是：首先在超净环境中将工件的待加工表面清洗干净，涂上光刻胶，再敷上掩膜版，经过紫外线照射，将掩膜版上的图形“转印”到光刻胶上；其次把工件放入真空仓，用高能量的离子束轰击带光刻胶的工件表面，将光刻胶上的图形“刻蚀”到工件上；最后清除工件表面剩余的光刻胶；常规离子束干法刻蚀的特点是：刻蚀偏差很小，刻蚀图形和刻蚀速率可控，不用或少用化学试剂。

以下结合附图1～7对本发明的实施例进行详细说明。本实施例需要在手表的表针上形成凹陷大约5nm的防伪图文商标。对于本发明的其他实施例，也可以在其他机械组件上形成防伪图文商标，例如其他手表组件，包括但不限于表盘、表盘数字、表面、表带、时针、分针或秒针。要形成防伪图文商标凹陷的程度也可以是其他尺寸，例如1～30nm。

如图1、图2和图3所示，首先执行步骤S01，把手表表盘80固定在旋转工件台90上，涂上光刻胶200。具体地，可以通过旋转工作台90上的工件夹具把工件固定于工件台90上。可以采用常规的方法例如旋涂在表盘80的整个表面涂上光刻胶200，光刻胶200的厚度可以根据需要来调整，例如是30～200nm。手表表盘80的材料可以包括：铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)，或者是它们的合金。需要说明的是在执行这个步骤之前，表盘上要形成防伪图文商标的表面首先要清洗干净。

接着如图1所示，执行步骤S02，将要制造的防伪图文商标的图案转印于光刻胶200上。具体地，如图4所示，可以在光刻胶200上敷上掩模板300，该掩模板300上带有要形成的防伪图文商标的图案(如图中的凹陷部分所示)；透过掩模板300对光刻胶200进行紫外线照射，照射的时间可以是1分钟至十几分钟；然后对光刻胶200进行显影和曝光；最后清洗光刻胶，例如通过溶解或灰化去除被显影的光刻胶。如图5所示为最后光刻胶上留下了所要形成的防伪图文商标的图案。形成光刻胶图形的方法也可以是其他的办法，本发明对此不作限制。

接着如图1所示，执行步骤S03，将工件台装入真空仓，抽取真空。本发明的技术方案的实现需要真空度达到6×10^-3Pa以上，因此所有的旋转工件台90、表盘80以及后续会提到的产生离子束的装置都需要置于如图2所示的真空仓100中，然后抽真空。具体地，抽取真空的方法包括：先用机械泵粗抽，再用分子泵细抽，直到真空度达到并且在全过程中保持至少为6×10^-3Pa。

如图1、图2所示，接着执行步骤S04，形成等离子体120。具体地，可以包括如下步骤：向真空仓100内的离子源室充入气体，例如本发明的实施例中气体可以是惰性气体，例如氩气、氪气、氙气、氦气或氖气，接着打开高压电源，使离子源室内的惰性气体辉光放电产生等离子体。以下为采用图2中的设备产生等离子体的一个具体的示例方法，首先将惰性气体例如氩气等通过气孔10通入真空环境中，让阴极钨丝30在高频高压下发射电子进行辉光放电，则氩气能够电离分解产生等离子体Ar⁺，其中高频高压可以由电磁线圈20产生。图2中110为气体电离区，即弧形阳极板40之间的区域，氩气即在这个区域被电离产生等离子体。在本发明的其他实施例中也可以采用其他方法产生等离子体，并且也可以采用其他惰性气体元素产生等离子体，例如可以是氪气(Kr)、氙气(Xe)、氖气(Ne)或氦气(He)，本发明对此不做限制。

如图1、图2所示，接着执行步骤S05，形成离子束130。如图2所示，等离子体例如Ar⁺经过引出、成束、加速以及中和形成高能高速离子束130。具体地，可以采用多孔屏栅50将等离子体120引出、成束形成为离子束，使用加速栅60对离子束加速，最后使用浸没式中和阴极70发射电子对离子束进行中和形成中性离子束130。图2中140为离子中和区。对于本发明实施例的手表表盘，加速栅50的加速电压例如可以是0～600V，高能高速离子束700的能量可以为200～1000eV，在本发明的其他实施例中，如果手表表盘的材料采用钨，高能高速离子束700的能量可以为200～800eV。

如图1、图2和图6所示，接着执行步骤S06，利用离子束130轰击手表表盘80上暴露的部分进行离子束刻蚀从而形成防伪图文商标。如图2所示，150为离子束刻蚀区。利用离子束130轰击手表表盘80，由于手表表盘80上覆盖着光刻胶200，而光刻胶上带有防伪图文商标的图形，因此手表表盘上暴露的部分将被离子束130刻蚀，从而溅射出原子，形成向内凹陷大约为1～10nm的防伪图文商标。离子束130轰击手表表盘80的时间跟要形成的防伪图文商标的凹陷的程度有关，一般可以为几分钟至几十分钟，例如5分钟至30分钟，轰击的时间越长则形成的防伪图文商标越凹陷，越清晰。轰击表盘的离子束为一个大面积的、束流密度均匀的、高能量的中性氩离子束，例如，束流密度可以是0.2～0.8mA/cm2，离子速度可以达到108～1010cm/s。

离子束刻蚀(Ion Beam Etching，IBE)的原理是：当所带能量为200～1000eV、束流密度为0.2～0.8mA/cm2的氩离子轰击工件表面时，高能离子所传递的能量超过工件表面原子或分子间键合力时，材料表面的原子或分子挣脱原子间的束缚力被逐个溅射出来；离子束刻蚀过程是纯物理溅射，即通过物理上的能量转移实现刻蚀的过程，本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削(Ion Beam Milling，IBM，或简称IM)。离子束刻蚀可以刻蚀任何固定材料，工艺参数可控性好，工艺安全环保，可以刻蚀具有较大深宽比的立体图形，刻蚀精度高，分辨率小于10nm。

通过本发明的方法能够通过离子束刻蚀的方法在手表表盘上形成防伪图文商标图案，当高能量的氩离子束所传递的能量超过表盘表面原子或分子间键合力时，表盘表面的原子或分子挣脱原子间的束缚力，因级联碰撞而被逐个溅射出来，实现纯物理的常规离子束干法刻蚀，将防伪商标“复制”在工件上。

最后执行步骤S07，取出手表表盘80并清洗光刻胶200。具体地，打开真空仓，取出手表表盘80，清洗剩余的光刻胶200。清洗的方法例如可以是直接采用去胶机去除，或者是湿法清洗，例如采用硫酸、双氧水等进行清洗，也可以采用氧气进行等离子刻蚀，或者采用灰化去除。本领域的技术人员可以根据实际情况进行清洗。光刻胶200清洗完毕后，本发明的实施例完成，在表盘上实现了形成了防伪图文商标。

本发明实施例的整个形成防伪图文商标的在真空仓里的过程是：①氩气由主阴极发射电子“电离”成氩离子等离子体②由多孔屏栅引出、成束和加速栅“加速”形成氩离子束③由中和阴极发射电子“中和”成中性离子束④“轰击”表盘表面由能量传递和级联碰撞发生原子飞溅，形成防伪图文商标。

本发明针对当前防伪图文商标制造现状以及存在的问题，提出了用离子束刻蚀技术制作微纳米级手表防伪图文商标，即用常规离子束干式刻蚀技术(IBDE)在手表表盘特定位置上、表盘整点数字上、时针或分针的指针或指针针头上直接制作微纳米级超精密的、立体的图文商标，用普通手握式放大镜或眼戴式(眼夹式)放大镜就可以看到，不用打开手表后盖就可以鉴别手表的真伪，可以取代传统的激光防伪商标制作技术。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims

1.一种在工件上制造微纳米级防伪图文商标的方法，包括：

把工件固定在旋转工件台上，表面完整涂上光刻胶；

敷上掩模板，该掩模板上带有要形成的防伪图文商标的图案；

透过掩模板对光刻胶进行紫外线照射；

对光刻胶进行显影和曝光；

清洗光刻胶后光刻胶上留下了要形成的防伪图文商标的图案；

将工件台装入真空仓，抽取真空；

产生等离子体；

等离子体经引出、成束、加速、中和形成离子束；

利用所述离子束轰击工件，则工件上暴露的部分溅射出金属原子从而形成防伪图文商标，所述离子束的能量为200～1000eV，溅射时间为5分钟至30分钟；

将工件取出并清洗光刻胶。

2.根据权利要求1所述的制造微纳米级防伪图文商标的方法，其中光刻胶上镂空的部分与防伪图文商标的图案一致。

3.根据权利要求1所述的制造微纳米级防伪图文商标的方法，其中，所述工件的材料包括铜、钨、钛、钽、镍、铝、金、银或它们的合金。

4.根据权利要求1所述的制造微纳米级防伪图文商标的方法，其中，抽取真空的方法包括：

先用机械泵粗抽，再用分子泵细抽，直到真空度达到并且在全过程中保持至少为6×10^-3Pa。

5.根据权利要求1所述的制造微纳米级防伪图形商标的方法，其中，产生等离子体的方法包括：

电磁线圈产生高频高压；

阴极钨丝产生辉光放电；

通入惰性气体，这些惰性气体在高频高压下电离分解产生等离子体。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，惰性气体包括氦、氖、氩、氪或氙。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，形成离子束的方法包括：将等离子体引出、成束、加速和中和从而形成离子束。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用多孔屏栅将等离子体引出、成束形成为离子束，使用加速栅对离子束加速，使用浸没式中和阴极发射电子对离子束进行中和形成中性离子束。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件为手表机械组件、微型机械零部件以及奢侈品。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述手表机械组件包括：表盘、表盘数字、表面、表带、时针、分针或秒针。