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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Sicherheitsvorrichtungen, die bei Sicherheitsdokumenten oder Sicherheitstoken als Abwehrmittel gegen Fälschungen eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft außerdem Herstellungsverfahren, die zur Herstellung dieser Sicherheitsvorrichtungen und zum nachfolgenden Aufbringen derselben an den Sicherheitsdokumenten oder -token verwendet werden.
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Definitionen
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Sicherheitsdokument oder Sicherheitstoken
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Der hier verwendete Begriff Sicherheitsdokumente und -token beinhaltet alle Arten von Dokumenten und Token von Wert und Identifikationsdokumente umfassend, aber nicht beschränkt auf die folgenden: Währungseinheiten wie Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Personalausweise, Wertpapiere und Anteilsscheine, Führerscheine, Eigentumsurkunden, Reisedokumente wie Flug- und Zugtickets, Eintrittskarten und -tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden, und Studiennachweise.
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Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, anwendbar bei Sicherheitsdokumenten und -token wie Banknoten oder Identifikationsdokumenten wie z. B. Personalausweise oder Pässe, die aus einem Substrat, auf das eine oder mehrere gedruckte Schichten aufgebracht sind, gebildet sind. Die hierin beschriebenen Beugungsgitter und optisch variablen Vorrichtungen können auch in anderen Produkten, z. B. Verpackungen, Anwendung finden.
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Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal
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Der hier verwendete Begriff Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal umfasst jeden einer Vielzahl von Sicherheitsvorrichtungen, Elementen oder Merkmalen, die dazu gedacht sind, das Sicherheitsdokument oder -token vor Fälschung, Vervielfältigung, Veränderung oder Manipulation zu schützen. Sicherheitsvorrichtungen oder -merkmale können in oder auf dem Substrat des Sicherheitsdokuments oder in oder auf einer Schicht oder mehreren Schichten, die auf dem Basissubstrat aufgebracht ist/sind, vorgesehen werden, und können eine große Vielfalt von Formen annehmen, wie z. B. Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingeschlossen sind; Sicherheitstinten, wie fluoreszierende, lumineszierende und phosphoreszierende Tinten, metallische Tinten, schillernde Tinten, photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Tinten; gedruckte oder geprägte Merkmale, einschließlich Reliefstrukturen; Störungsschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und linsenförmige Strukturen; optisch variable Vorrichtungen (OVD) wie z. B. diffraktive Vorrichtungen einschließlich Beugungsgitter, Hologramme, diffraktive optische Elemente (DOE) und Mikrospiegelanordnungen (siehe zum Beispiel
US 7,281,810 ).
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Substrat
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Der hier verwendete Begriff Substrat bezieht sich auf das Basismaterial, aus dem das Sicherheitsdokument oder -token gebildet wird. Das Basismaterial kann Papier oder ein anderes faserförmiges Material, wie z. B. Zellulose; ein Kunststoff- oder Polymermaterial einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen-Terephtalat (PET), biaxial gerecktes Polypropylen (BOPP); oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie ein Schichtstoff aus Papier und zumindest einem Kunststoffmaterial, oder aus zwei oder mehr Polymermaterialien, sein.
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Optisch variables Bild oder optisch variable Vorrichtung (OVD)
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Ein optisch variables Bild oder eine optisch variable Vorrichtung ist ein Sicherheitsmerkmal oder eine Sicherheitsvorrichtung, das/die sich optisch verändert. OVD bieten eine optisch variable Wirkung, wenn die Banknote geneigt wird und/oder wenn sich der Blickwinkel des Betrachters in Bezug auf die OVD verändert. Das Bild einer OVD kann auch durch Ausrichten einer Verifizierungsvorrichtung über dem Sicherheitsmerkmal oder der Sicherheitsvorrichtung verändert werden. Eine OVD kann durch einen gedruckten Bereich, z. B. einen mit metallischen Tinten oder schillernden Tinten bedruckten Bereich, durch einen geprägten Bereich und durch eine Kombination aus einem gedruckten und einem geprägten Merkmal vorgesehen sein. Eine OVD kann auch durch eine diffraktive Vorrichtung, wie ein Beugungsgitter oder ein Hologramm, vorgesehen sein und kann Anordnungen von Mikrolinsen und linsenförmige Linsen beinhalten.
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Diffraktive optische Elemente (DOE)
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Der hier verwendete Begriff diffraktives optisches Element bezieht sich auf ein numerisches diffraktives optisches Element (DOE). Numerische diffraktive optische Elemente (DOE) stützen sich auf die Abbildung komplexer Daten, die im Fernfeld (oder einer Rekonstruktionsebene) ein zweidimensionales Intensitätsmuster rekonstruieren. Wenn somit im Wesentlichen kollimiertes Licht, z. B. von einer Punktlichtquelle oder einem Laser, auf das DOE einfällt, wird ein Störmuster erzeugt, das ein projiziertes Bild in der Rekonstruktionsebene erzeugt, das sichtbar ist, wenn eine geeignete Betrachtungsoberfläche in der Rekonstruktionsebene liegt, oder wenn das DOE in Transmission an der Rekonstruktionsebene betrachtet wird. Die Transformation zwischen den zwei Ebenen kann durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) approximiert werden. Somit müssen komplexe Daten, einschließlich Amplituden- und Phaseninformationen, physikalisch in der Mikrostruktur des DOE kodiert werden. Diese DOE-Daten können berechnet werden, indem eine umgekehrte FFT-Transformation der gewünschten Rekonstruktion (d. h. des gewünschten Intensitätsmusters im Fernfeld) durchgeführt wird.
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DOE werden manchmal als vom Computer erzeugte Hologramme bezeichnet, aber sie unterscheiden sich von anderen Arten von Hologrammen, wie z. B. Regenbogenhologrammen, Fresnel-Hologrammen und Volumenreflexionshologrammen.
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Prägbare strahlungsaushärtende Tinte
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Der hier verwendete Begriff prägbare strahlungsaushärtende Tinte bezieht sich auf jede Tinte, jeden Lack oder andere Beschichtung, die in einem Druckvorgang auf das Substrat aufgebracht werden kann, und welches dann, während es weich ist, geprägt werden kann, um eine Reliefstruktur zu bilden, und dann durch Strahlung ausgehärtet werden kann, um die geprägte Reliefstruktur zu fixieren. Der Aushärtungsvorgang findet erst statt, nachdem die strahlungsaushärtende Tinte geprägt wurde, aber es ist möglich, dass der Aushärtungsvorgang entweder nach dem Prägen oder im Wesentlichen zur selben Zeit wie der Prägeschritt stattfindet. Die strahlungsaushärtende Tinte ist vorzugsweise mittels Ultraviolettstrahlung (UV) aushärtbar. Alternativ kann die strahlungsaushärtende Tinte durch andere Arten von Strahlung, wie Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen, ausgehärtet werden.
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Die strahlungsaushärtende Tinte ist vorzugsweise eine transparente oder durchscheinende Tinte, die aus einem klaren Harzmaterial hergestellt ist. Solch eine transparente oder durchscheinende Tinte ist insbesondere geeignet für das Drucken von lichtdurchlässigen Sicherheitselementen, wie Sub-Wellenlängen-Gitter, durchlässige Beugungsgitter und Linsenstrukturen.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die transparente oder durchscheinende Tinte vorzugsweise einen UV-aushärtenden, klaren, prägbaren Lack auf Acrylbasis oder eine UV-aushärtende, klare, prägbare Beschichtung auf Acrylbasis.
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Solche UV-aushärtenden Lacke sind von verschiedenen Herstellern erhältlich, einschließlich Kingfisher Ink Limited, Produkt Ultraviolett Typ UVF-203 oder ähnliches. Alternativ können die strahlungsaushärtenden prägbaren Beschichtungen auf anderen Verbindungen, z. B. Nitro-Zellulose, basieren.
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Die hierin verwendeten strahlungsaushärtenden Tinten und Lacke haben sich als besonders geeignet für das Prägen von Mikrostrukturen, einschließlich diffraktiven Strukturen, wie Beugungsgitter und Hologramme, und Mikrolinsen und Linsenanordnungen, herausgestellt. Jedoch können sie auch mit größeren Reliefstrukturen, wie z. B. nicht-diffraktive optisch variable Vorrichtungen, geprägt werden.
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Die Tinte wird vorzugsweise im Wesentlichen zur gleichen Zeit geprägt und mit Ultraviolett-Strahlung (UV) ausgehärtet. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die strahlungsaushärtende Tinte im Wesentlichen zur gleichen Zeit in einem Tiefdruckprozess aufgebracht und geprägt.
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Um für das Tiefdrucken geeignet zu sein, weist die strahlungsaushärtende Tinte vorzugsweise eine Viskosität auf, die im Wesentlichen in dem Bereich von ca. 20 bis ca. 175 Cp fällt, und noch bevorzugter von ca. 30 bis ca. 150 Cp. Die Viskosität kann bestimmt werden, indem die Zeit zum Abfließen des Lacks von einem Zahn Auslaufbecher #2 gemessen wird. Eine Probe, die in 20 Sekunden abfließt, hat eine Viskosität von 30 Cp, und eine Probe, die in 63 Sekunden abfließt, hat eine Viskosität von 150 Cp.
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Bei einigen Polymersubstraten kann es notwendig sein, eine Zwischenschicht auf dem Substrat aufzubringen, bevor die strahlungsaushärtende Tinte aufgebracht wird, um die Anhaftung der von der Tinte gebildeten Prägestruktur am Substrat zu verbessern. Die Zwischenschicht umfasst vorzugsweise eine Grundierungsschicht, und noch bevorzugter enthält die Grundierungsschicht ein Polyethylenimin. Die Grundierungsschicht kann auch einen Vernetzer enthalten, z. B. multifunktionales Isocyanat. Beispiele weiterer Grundierungen, die für eine Verwendung in der Erfindung geeignet sind, umfassen: Hydroxyl-terminierte Polymere, Copolymere auf Basis von Hydroxyl-terminierten Polyestern; vernetzte oder nicht vernetzte Hydroxyl-Acrylate; Polyurethane; und UV-aushärtende anionische oder kationische Acrylate. Beispiele geeigneter Vernetzer umfassen: Isocyanate; Polyaziridine; Zirconiumkomplexe; Aluminium-Acetylaceton; Melamine; und Carbodiimide.
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Offene Sicherheitsvorrichtungen
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Offene Sicherheitsvorrichtungen sind solche, die für eine Person, welche die Banknote anfasst, sichtbar sind, wie z. B. Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingeschlossen sind und zumindest bei Transmission, wenn eine Person das Sicherheitsdokument gegen das Licht hält, sichtbar sind; gedruckte Merkmale, die bei Reflexion und/oder Transmission sichtbar sind; geprägte Merkmale, einschließlich Reliefstrukturen, die fühlbar sind, so dass sie von einer Person, die den fühlbaren Bereich der Banknote anfassen kann, erfasst werden können; und optisch variable Vorrichtungen (OVD). OVD bieten einen optisch variablen Effekt, wenn die Banknote geneigt wird und/oder wenn sich der Blickwinkel des Betrachters in Bezug auf die OVD ändert. Eine OVD kann durch einen gedruckten Bereich, z. B. einen mit metallischen oder schillernden Tinten bedruckten Bereich, durch einen geprägten Bereich und durch eine Kombination aus einem gedruckten und einem geprägten Merkmal bereitgestellt werden. Eine OVD kann auch durch eine diffraktive Vorrichtung, wie ein Beugungsgitter oder ein Hologramm, bereitgestellt werden.
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Verdeckte Sicherheitsvorrichtungen
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Eine verdeckte Sicherheitsvorrichtung ist eine solche, welche für eine Person, die die Banknote anfasst, ohne die Verwendung von externen Verifizierungs- oder Authentifizierungsmitteln nicht sichtbar ist. Verdeckte Sicherheitsvorrichtungen beinhalten Merkmale wie Mikrodruck, der eine Vergrößerungslinse erfordert, um den Mikrodruck zu authentifizieren; und Merkmale, die von Photolumineszenztinten und phosphoreszierenden Tinten gebildet werden, welche eine Beleuchtung durch elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenläge, z. B. Infrarotstrahlung (IR) oder Ultraviolettstrahlung (UV), erfordern, damit die Tinte luminesziert oder phosphoresziert; und photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Tinten.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Vielfalt von Sicherheitsvorrichtungen werden an Sicherheitsdokumenten und -token angebracht, um Betrüger abzuschrecken. Zum Beispiel können Banknoten eine Reliefstruktur aufweisen, die in eine Schicht aus strahlungsaushärtender Tinte geprägt ist. Es ist auch bekannt, Sicherheitsvorrichtungen mit diffraktiven optischen Elementen (DOE) herzustellen, indem die strahlungsaushärtende Tinte mit einer Metallbeilage geprägt wird. Die Metallbeilage weist eine Oberflächenreliefstruktur auf, die das Negativ der gewünschten diffraktiven Struktur im Mikro- oder Nanobereich ist. Die geprägte strahlungsaushärtende Tinte wird dann einer Strahlung ausgesetzt (belichtet), so dass sie aushärtet und die diffraktive Struktur dauerhaft festlegt.
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Die Metallbeilage ist typischerweise aus einer bekannten „Ursprungsdruckvorlage” gebildet. Die Ursprungsdruckvorlage weist die diffraktive Mikrostruktur auf, die auf einer Oberfläche einer Platte ausgebildet ist. Die diffraktive Mikrostruktur ist üblicherweise eine Schicht aus Photoresistpolymer, die maskiert wurde, einer Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt und nachfolgend geätzt oder „entwickelt” wurde.
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Der photolithographische Ätzvorgang beginnt mit einem geeigneten photosensitiven Polymer (bekannt als Photoresist oder Fotolack), der auf eine Substratplatte „aufgezogen” wird. Die Platte wird buchstäblich überzogen, so dass die Schicht aus Photoresist, die auf der Oberfläche abgeschieden wird, eine gleichmäßige Dicke aufweist.
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Als nächstes wird normalerweise eine undurchsichtige Maske auf die Photoresistschicht aufgebracht (maskenlose lithographische Techniken werden nachstehend ebenfalls erläutert). Die Maske weist Öffnungen in den Gebieten, in denen der Photoresist entfernt werden soll, auf. Der Photoresist wird durch die Maske mit Strahlung (normalerweise UV-Licht) belichtet, so dass die belichteten Bereiche chemisch verändert werden. Die Maske wird entfernt und ein chemisches Ätzmittel wird verwendet, um den belichteten Photoresist zu entfernen, so dass die unbelichteten Bereiche übrigbleiben. Diese Art von Photoresist wird als „positiver” Photoresist bezeichnet und ist die am weitesten verbreitete Art von Photoresist, der in der Photolithographie verwendet wird. Gleichzeitiges Belichten von großen Bereichen aus Photoresist mit UV-Licht und nachfolgendes Entwickeln mit einem Ätzmittel bietet einen Vorgang mit hohem Durchsatz für eine genaue Herstellung von Mikrostrukturen.
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Während es einige Variationen bei der Höhe der Mikrostrukturen geben kann, ist es bevorzugt, die Höhe und das Höhenprofil aller Merkmale relativ einheitlich zu halten. Der Begriff „Höhe” bezieht sich auf die maximale Höhe der Mikrostrukturen über dem darunterliegenden Substrat. Der Begriff „Höhenprofil” bezieht sich auf die Höhendifferenz zwischen dem obersten und dem untersten Teil der Mikrostrukturmerkmale. Natürlich wird die Bezugnahme auf Begriffe wie „oberste”, „unterste”, „obere” und „untere” im Kontext der beigefügten Zeichnungen verwendet, und bedeuten keine bestimmte Einschränkung der Ausrichtung der Sicherheitsvorrichtung.
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Wenn die Höhenprofildifferenz zwischen verschiedenen Merkmalen in der Mikrostruktur deutlich ist, wird die erforderliche Ätztiefe groß und der Ätzvorgang verliert an Genauigkeit. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass tiefes Ätzen unter dem sogenannten „Nahwirkungseffekt” leidet, bei dem die Streuung der Strahlung größer wird, je weiter sie in die Photoresistschicht eindringt. Dies verursacht eine chemische Vernetzung in Bereichen, die durch das Ätzmittel nicht entfernt werden sollen, was die Auflösung oder Genauigkeit der ausgebildeten Mikrostrukturen verringert. Es ist klar, dass diffraktive Vorrichtungen genau ausgebildet werden müssen, um den erforderlichen optischen Effekt zu erzeugen. Um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten, kann das Tiefätzen durch eine Abfolge von flachen Ätzschritten durchgeführt werden. Natürlich verlängert diese Technik die Zeit und erhöht die Komplexität des Vorgangs. Bei jedem Ätzschritt ist es notwendig, eine Maske erneut aufzubringen und auszurichten, und dann die belichteten Bereiche wegzuätzen.
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Im Lichte der obigen Probleme werden alle Sicherheitsvorrichtungen mit Mikrostrukturen, die deutliche Höhen- oder Höhenprofilunterschiede aufweisen (z. B. ein Beugungsgitter und eine viel größere Hologrammstruktur) getrennt auf der Ursprungsdruckvorlage ausgebildet, und somit um ein Minimum von ca. 10 mm voneinander beabstandet. Eine Sicherheitsvorrichtung mit einem Beugungsgitter unmittelbar angrenzend an ein Hologramm oder vielleicht vollständig von einem Hologramm umgeben (oder umgekehrt) bietet einen im hohen Maße unverwechselbaren visuellen Eindruck und ist für Betrüger außerdem außerordentlich schwer zu reproduzieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung für Sicherheitsdokumente und -token bereit, wobei die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung umfasst:
ein Substrat;
eine erste Mikrostruktur für eine erste optisch variable Vorrichtung (OVD), die auf dem Substrat in einem ersten Bereich gelagert ist; und
eine zweite Mikrostruktur für eine zweite OVD, die auf dem Substrat in einem zweiten Bereich gelagert ist;
wobei der erste und der zweite Bereich in zumindest einem Gebiet wechselseitig vernetzt oder vermischt sind; und
die erste Mikrostruktur ein Höhenprofil aufweist, das sich von demjenigen der zweiten Mikrostruktur um mehr als 0,5 Mikrometer unterscheidet.
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Vorzugsweise weist die erste Mikrostruktur eine maximale Höhe über der Substratoberfläche auf, welche sich von einer maximalen Höhe der zweiten Mikrostrukturen um mehr als 0,5 Mikrometer unterscheidet.
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Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bereich weniger als 5 mm voneinander beabstandet.
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Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bereich innerhalb des wechselseitig vernetzten oder vermischten Gebiets in der Form von vermischten Pixeln in der ersten Mikrostruktur und der zweiten Mikrostruktur vorhanden, und jeder der Pixel weist eine maximale Ausdehnung von 1 mm in jeder Richtung auf.
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Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bereich innerhalb des wechselseitig vernetzten oder vermischten Gebiets in der Form von verschachtelten Streifen der ersten Mikrostruktur und der zweiten Mikrostruktur vorhanden, wobei jeder der Streifen eine maximale Breite von 1 mm aufweist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die erste OVD ein Beugungsgitter oder ein Hologramm und die zweite OVD ist ein diffraktives optisches Element (DOE).
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erste OVD eine Mikrospiegelanordnung und die zweite Mikrostruktur ist ein DOE.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erste OVD eine Mikrospiegelanordnung und die zweite Mikrostruktur ist ein Beugungsgitter oder ein Hologramm.
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Vorzugsweise sind die erste und die zweite OVD aus einer prägbaren strahlungsaushärtenden Epoxidtinte gebildet.
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Vorzugsweise ist das wechselseitig vermischte Gebiet nur von einem Gebiet der ersten Mikrostruktur umgeben.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Hybrid-Sicherheitsvorrichtung für ein Sicherheitsdokument oder -token bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Aufziehen einer Schicht aus negativem Photoresist (Fotolack) auf einer darunterliegenden Oberfläche;
Belichten der Schicht aus negativem Photoresist mit einem Elektronenstrahl, um eine erste Stufe eines ersten Mikrostrukturmusters und eines zweiten Mikrostrukturmusters zu schreiben;
Entwickeln der negativen Photoresistschicht, um unbelichtete Bereiche des negativen Photoresists zu entfernen, so dass zumindest eine teilweise erste Mikrostruktur und eine teilweise zweite Mikrostruktur übrigbleiben;
Aufziehen einer nachfolgenden Schicht aus negativem Photoresist auf die Platte, um die zumindest teilweise erste Mikrostruktur und die teilweise zweite Mikrostruktur zu bedecken;
Belichten der nachfolgenden Photoresistschicht mit einem Elektronenstrahl, um das Schreiben des ersten Mikrostrukturmusters fortzusetzen, wenn es bei einer vorherigen Belichtung nicht vollendet wurde, und Fortsetzen des Schreibens des zweiten Mikrostrukturmusters;
Entwickeln der nachfolgenden Photoresistschicht, so dass die erste Mikrostruktur übrigbleibt und die zweite teilweise Mikrostruktur übrigbleibt;
Aufziehen einer letzten Schicht aus negativem Photoresist auf die Platte, um die erste Mikrostruktur und die teilweise zweite Mikrostruktur zu bedecken;
Belichten der letzten negativen Photoresistschicht mit einem Elektronenstrahl, um das Schreiben des zweiten Mikrostrukturmusters zu vollenden;
Entwickeln der letzten Schicht aus negativem Photoresist, so dass die erste Mikrostruktur und die zweite Mikrostruktur auf der Platte übrigbleiben;
Verwenden der Platte und der ersten und der zweiten Mikrostruktur, um ein Oberflächenreliefmuster mit einer Umkehrung der ersten und der zweiten Mikrostruktur zu bilden; und
Verwenden des Oberflächenreliefmusters, um die erste und die zweite Mikrostruktur zu einer prägbaren Schicht zu prägen, um die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung zu bilden.
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Vorzugsweise ist das Oberflächenreliefmuster auf einer Metallbeilage ausgebildet.
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Vorzugsweise wird die Beilage durch Galvanisierung der ersten und der zweiten Mikrostruktur auf der Platte ausgebildet.
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Vorzugsweise sind die zweiten Mikrostrukturen mindestens 0,5 μm größer als die ersten Mikrostrukturen.
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Vorzugsweise weist die erste Mikrostruktur ein Höhenprofil auf, das sich von demjenigen der zweiten Mikrostruktur um mehr als 0,5 Mikrometer unterscheidet.
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Vorzugsweise ist zumindest eine der Schichten aus negativem Photoresist bis zu einer Dicke, die sich von derjenigen von zumindest einer anderen der Schichten aus negativem Photoresist unterscheidet, auf der Platte aufgezogen.
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Vorzugsweise werden die erste und die zweite Mikrostruktur verwendet, um verschiedene Arten von OVD zu bilden, wobei die Arten von OVD ausgewählt werden aus:
- (a) Beugungsgitter;
- (b) Hologramm;
- (c) diffraktivem optischen Element (DOE); und
- (d) Mikrospiegelanordnung.
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Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hybrid-Sicherheitsvorrichtung für ein Sicherheitsdokument oder -token bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Abscheiden einer Schicht aus negativem Photoresist auf eine darunterliegende Oberfläche;
Belichten der Schicht aus Photoresist mit einem Elektronenstrahl, um eine Stufe eines ersten Mikrostrukturmusters und/oder eines zweiten Mikrostrukturmusters zu schreiben;
Entwickeln der Schicht aus negativem Photoresist, um unbelichtete Bereiche zu entfernen;
Wiederholen der Abscheidungs-, Belichtungs- und Entwicklungsschritte, um die erste und die zweite Mikrostruktur in aufeinanderfolgenden Stufen aufzubauen, wobei die erste und die zweite Mikrostruktur jeweils zumindest eine Stufe aufweisen; wobei
eine erste Stufe der ersten Mikrostruktur nach einer ersten Stufe der zweiten Mikrostruktur aufgetragen, belichtet und entwickelt wird und/oder eine letzte Stufe der ersten Mikrostruktur vor einer letzten Stufe der zweiten Mikrostruktur aufgetragen, belichtet und entwickelt wird.
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Vorzugsweise bildet die erste Mikrostruktur eine erste OVD und weist ein erstes Höhenprofil auf und die zweite Mikrostruktur bildet eine zweite OVD mit einem zweiten Höhenprofil, wobei das zweite Höhenprofil mindestens 0,5 Mikrometer größer als das erste Höhenprofil ist.
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Vorzugsweise ist die erste OVD ein Beugungsgitter und die zweite OVD ist ein diffraktives optisches Element (DOE). Dieser Aspekt der Hybrid-Sicherheitsvorrichtung würdigt, dass die kürzere der beiden OVD (d. h. die OVD mit einem deutlich geringeren Höhenprofil) in jeder Höhe in Bezug auf die kleinere OVD ausgebildet werden kann. Zum Beispiel wird ein Beugungsgitter, im Vergleich zu beispielsweise einem diffraktiven optischen Element (DOE), ein kleines Höhenprofil aufweisen, aber dieser Aspekt der Erfindung ermöglicht, dass das Beugungsgitter in einer Höhe größer als die des DOE ausgebildet werden kann. Fachleute auf diesem Gebiet werden anerkennen, dass dies vorteilhaft sein kann, da ein Beugungsgitter durch eine einzelne Stufe, die ungefähr 0,5 Mikrometer hoch ist, ausgebildet werden kann. Im Gegensatz dazu müssen die DOE-Schritte genauer geformt werden, um das projizierte Bild richtig nachzubilden. Deshalb unterscheiden sich die Höhen jeder Stufe, die das DOE bilden, stark, insbesondere gegenüber der Art der DOE-Mikrostruktur. Hier kann die Höhe jeder einzelnen Stufe relativ klein sein. Somit kann es effizienter sein, das Beugungsgitter in einem einzelnen Abscheidungs-, Belichtungs- und Entwicklungsvorgang zu bilden, nachdem die Lithographie des DOE vollendet ist.
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Mikrostrukturmuster in einem ersten bzw. einem zweiten Bereich der Platte vorhanden, wobei der erste und der zweite Bereich in zumindest einem Gebiet wechselseitig vernetzt oder vermischt sind, so dass der erste und der zweite Bereich auf der Platte weniger als 5 mm, und vorzugsweise weniger als 1 mm, beabstandet sind.
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Vorzugsweise weist die erste Mikrostruktur eine Höhe über der darunterliegenden Oberfläche auf, die kleiner als die der zweiten Mikrostruktur ist.
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Vorzugsweise weist die erste Mikrostruktur eine Höhe über der darunterliegenden Oberfläche auf, die größer als die der zweiten Mikrostruktur ist.
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Nach einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hybrid-Sicherheitsvorrichtung für ein Sicherheitsdokument oder -token bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Quarzglas- oder Glassubstrats;
Abscheiden eines Photoresists (Fotolacks) auf dem Substrat;
Ausbilden einer Maske gemäß einer Stufe einer ersten und/oder einer zweiten Mikrostruktur;
Belichten des Photoresists mit Strahlung durch die Maske;
Entwickeln des Photoresists, um Bereiche des Photoresists zu entfernen und Belichten des Substrats gemäß der Stufe der ersten und/oder der zweiten Mikrostruktur;
Reaktives Ionenätzen der Stufe in das Quarzglassubstrat;
Wiederholen der Abscheidung, Maskierung, Belichtung, Entwicklung und des reaktiven Ionenätzens, um nacheinander die erste und die zweite Mikrostruktur in das Quarzglassubstrat zu ätzen; wobei
die erste Stufe der ersten Mikrostruktur nach der ersten Stufe der zweiten Mikrostruktur geätzt wird und/oder die letzte Stufe der ersten Mikrostruktur vor der letzten Stufe der zweiten Mikrostruktur geätzt wird.
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Vorzugsweise wird die erste Mikrostruktur in weniger Stufen als die zweite Mikrostruktur ausgebildet.
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Vorzugsweise weist die erste Mikrostruktur ein Höhenprofil auf, das sich von demjenigen der zweiten Mikrostruktur um mehr als 0,5 Mikrometer unterscheidet.
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Vorzugsweise werden die erste und die zweite Mikrostruktur in einem ersten bzw. einem zweiten Bereich gebildet, wobei der erste und der zweite Bereich in zumindest einem Gebiet wechselseitig vernetzt oder vermischt sind, so dass der erste und der zweite Bereich weniger als 5 mm, und vorzugsweise weniger als 1 mm, beabstandet sind.
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Vorzugsweise wird das Quarzglassubstrat verwendet, um ein Oberflächenreliefmuster zu bilden, das eine Umkehrung der ersten und der zweiten Mikrostruktur ist; und das Oberflächenreliefmuster wird verwendet, um die erste und die zweite Mikrostruktur in eine prägbare Schicht zu prägen, um die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung zu bilden.
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Vorzugsweise wird das Oberflächenreliefmuster auf einer Metallbeilage, hergestellt durch Galvanisieren der in das Glasquarzsubstrat geätzten ersten und zweiten Mikrostruktur, gebildet. Dieser Aspekt der Erfindung würdigt, dass die Ursprungsdruckvorlage für die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung durch aufeinanderfolgende Ätzstufen der ersten und der zweiten Mikrostruktur in ein Glassubstrat gebildet werden kann. Dieser Vorgang erfordert eine Maske, die für jede der unterschiedlichen Stufen des ersten und des zweiten Mikrostrukturmusters erzeugt werden muss. Obwohl dies zeitaufwändig ist, ist die Notwendigkeit einer Zeiteffizienz bei der Herstellung einer Ursprungdruckvorlage viel weniger entscheidend. Fachleute auf diesem Gebiet werden verstehen, dass Zeit- und Kosteneffizienz bei der Herstellung der Sicherheitsvorrichtungen auf den Wertdokumenten selbst deutlich relevanter wird.
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Die Erfindung bietet eine kommerziell praktikable Hybrid-Sicherheitsvorrichtung mit zwei verschiedenen Sätzen von Mikrostrukturen, die deutlich unterschiedliche Höhen aufweisen, in sehr enger Nähe zueinander oder sogar miteinander vermischt. Normalerweise nutzt die Ursprungsdruckvorlage zur Herstellung dieser Sicherheitsvorrichtungen einen positiven Photoresist (Fotolack), da die dadurch entstehende Struktur im Allgemeinen robuster ist, da die Masse von unbelichtetem Photoresist eine Verstärkung bereitstellt, um das Muster zusammenzuhalten. Die vorliegende Erfindung basiert jedoch auf der Erkenntnis, dass Mikrostrukturen mit deutlich unterschiedlichen Höhen gleichzeitig zusammen auf einer Ursprungsdruckvorlage in einem Prozess, der relativ zeiteffizient ist, ausgebildet werden können. Die Verwendung eines negativen Photoresists, der einem Elektronenstrahlschreiben ausgesetzt ist, vermeidet die Notwendigkeit, eine Maskierung zu verwenden, während die Mikrostrukturen ganz genau Schicht um Schicht aufgebaut werden. Alternativ wird die Ursprungsdruckvorlage durch aufeinanderfolgendes reaktives Ionenätzen in ein Glassubstrat gebildet, das verwendet wird, um eine Metallbeilage herzustellen. Es ist anzuerkennen, dass sich dies fundamental von einer Ausbildung von Strukturen mittels Entfernung von Material, das nicht Teil der Struktur ist, durch Tiefenätzung unterscheidet, wodurch alle Probleme mit „Nahwirkungseffekten” vermieden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nur als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine schematische Schnittansicht der ersten Stufe der Herstellung der Ursprungsdruckvorlage für eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung ist;
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2 eine schematische Schnittansicht der ersten Schicht aus Photoresist (Fotolack) nach Belichtung mit dem Elektronenstrahl ist;
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3 eine schematische Schnittansicht der ersten Stufe der ersten und der zweiten Mikrostruktur, nachdem der unbelichtete Photoresist entfernt wurde, ist;
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4 eine schematische Schnittansicht der zweiten Schicht aus negativem Photoresist, der die erste Stufe der ersten und der zweiten Mikrostruktur bedeckt, ist;
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5 eine schematische Schnittansicht der zweiten Schicht aus Photoresist nach der Belichtung mit dem Elektronenstrahl ist;
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6 eine schematische Schnittansicht der ersten Stufe der ersten Mikrostruktur und der ersten und der zweiten Stufe der zweiten Mikrostruktur, freigelegt nachdem die unbelichtete zweite Photoresistschicht entfernt wurde, ist;
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7 eine schematische Schnittansicht einer dritten Schicht aus negativem Photoresist, welche die erste Mikrostruktur und die erste und die zweite Stufe der zweiten Mikrostruktur bedeckt, ist;
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8 eine schematische Schnittansicht der dritten Schicht aus negativem Photoresist nach Belichtung mit dem Elektronenstrahl ist;
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9 eine schematische Schnittansicht der ersten Mikrostruktur und der ersten drei Stufen der zweiten Mikrostruktur, freigelegt nachdem der unbelichtete Photoresist entfernt wurde, ist;
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10 eine schematische Schnittansicht einer vierten Schicht aus negativem Photoresist, welche die erste Mikrostruktur und die ersten drei Stufen der zweiten Mikrostruktur bedeckt, ist;
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11 eine schematische Schnittansicht ist, welche die vierte Schicht des Photoresists nach Belichtung mit dem Elektronenstrahl zeigt;
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12 eine schematische Schnittansicht der ersten Mikrostruktur ist, welche die nun vollendete zweite Mikrostruktur umgibt, um die vollendete Ursprungsdruckvorlage zu bilden;
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13 eine schematische Ansicht einer Banknote mit einer Hybrid-Sicherheitsvorrichtung ist;
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14A eine schematische, vergrößerte Ansicht der in 13 gezeigten Markierung A ist;
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14B eine alternative schematische, vergrößerte Ansicht der in 13 gezeigten Markierung A ist;
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15 bis 22 schematisch die Herstellung einer Ursprungsdruckvorlage für eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung mit Beugungsgittern, die auf gleicher Höhe wie ein DOE ausgebildet sind, zeigen;
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23 und 24 schematisch die Herstellung einer Ursprungsdruckvorlage für eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung, die Beugungsgitter auf verschiedenen Ebenen aufweist, zeigen;
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25 bis 27 schematisch die Herstellung einer Ursprungsdruckvorlage für eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung, bei der ein Beugungsgitter auf einer Ebene höher als jede andere OVD ausgebildet ist, zeigen; und
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28 bis 36 schematisch die Herstellung einer Ursprungsdruckvorlage für eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung zeigen, bei der die Stufen der Mikrostrukturen nacheinander in die Oberfläche eines Quarzglas- oder Glassubstrats geätzt werden.
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Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 zeigt den ersten Schritt zur Herstellung der Ursprungsdruckvorlage, die verwendet wird, um eine Metallbeilage zu erzeugen, die wiederum die Sicherheitsvorrichtungen prägt. Eine Trägerplatte 2 weist eine Schicht aus negativem Photoresist (Fotolack) 4 auf, die bis zu einer Tiefe von 0,5 Mikrometer aufgezogen ist.
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2 zeigt die erste Schicht aus negativem Photoresist 4, nachdem ein Elektronenstrahl die ersten Stufen des ersten Mikromusters und des zweiten Mikromusters (6 bzw. 8) innerhalb des ersten und des zweiten Bereichs (7 bzw. 9) geschrieben hat. Da die erste und die zweite Mikrostruktur (6 und 8) im gleichen Lithographieprozess ausgebildet werden, können der erste Bereich und der zweite Bereich (7 und 9) in enger Nachbarschaft angeordnet werden oder sogar miteinander vermischt werden. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mikrostruktur ,X' beträgt weniger als 5 mm und typischerweise weniger als 1 mm.
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Der erste und der zweite Bereich sind in einem oder mehreren Gebieten auf der Platte miteinander vermischt. Die Bereiche können so vernetzt sein, dass Streifen der ersten Mikrostruktur mit Streifen der zweiten Mikrostruktur verschachtelt sind. In ähnlicher Weise können der erste und der zweite Bereich wechselseitig durchsetzt sein, so dass kleine Flecken oder Pixel der ersten und der zweiten Mikrostruktur ineinander verteilt sind. In einigen Fällen kann es notwendig sein, Gebiete mit vernetzten Streifen sowie auch mit verteilten Pixeln zu haben.
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Für einen hybridisierten visuellen Effekt sollten der erste und der zweite Bereich fein vernetzt oder verteilt sein. Dies wird erreicht, indem die Breiten der einzelnen Streifen der ersten und der zweiten Mikrostruktur bei weniger als 1 mm gehalten werden. In gleicher Weise sollten die verteilten Pixel der ersten und der zweiten Mikrostruktur eine maximale Abmessung von weniger als 1 mm aufweisen. Auf diese Weise werden die wechselseitig vernetzten oder verteilten Gebiete so wahrgenommen, dass sie einen zusammengeführten oder hybriden visuellen Effekt erzeugen, statt nur kleine Stellen oder Linien zweier unterschiedlicher visueller Effekte.
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3 ist eine schematische Schnittansicht durch die Platte 2, nachdem die erste Schicht aus unbelichtetem Photoresist 4 durch chemisches Ätzen entfernt wurde. Die erste Stufe der ersten und der zweiten Mikrostruktur (6 und 8) verbleiben auf der Platte als 0,5 Mikrometer hohe Strukturen.
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In 4 wird eine zweite Schicht aus negativem Photoresist 10 auf die Platte 2 aufgezogen, um die ersten Stufen (6 und 8) der ersten und der zweiten Mikrostruktur zu bedecken. In diesem erläuternden Beispiel ist die erste Mikrostruktur 24 (siehe 12) ein Beugungsgitter und ist somit nach der Ausbildung der 0,5 Mikrometer hohen Gitter 6 vollständig. Die zweite Mikrostruktur 22 (siehe 12) ist in diesem Fall ein DOE oder ein numerisches Hologramm und weist somit ein viel größeres Profil auf. Dementsprechend schreibt (belichtet) der Elektronenstrahl die zweite Stufe 12 der zweiten Mikrostruktur in dem negativen Photoresist 10, wie in 5 gezeigt ist.
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6 zeigt die erste und die letzte Stufe der Mikrostrukturen 6 und die erste und zweite Stufe (8 und 12) der zweiten Mikrostruktur, die freigelegt sind, sobald die zweite Schicht aus Photoresist 10 weggeätzt wurde.
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Bezugnehmend auf 7 wird eine dritte Schicht 14 aus negativem Photoresist auf die Platte 2 bis zu einer Tiefe von 1,5 Mikrometer aufgezogen, um die Gitter 6 der ersten Mikrostruktur und die erste und die zweite Stufe (8 und 12) der zweiten Mikrostruktur zu bedecken.
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In 8 wurde die dritte Stufe 16 der zweiten Mikrostruktur in die dritte Schicht aus Photoresist 14 geschrieben. In 9 wird der Photoresist dann weggeätzt, um die Gitter 6 der ersten Mikrostruktur und die ersten drei Stufen (8, 12 und 16) der zweiten Mikrostruktur freizulegen.
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10 zeigt die vierte Schicht aus Photoresist 18, die auf die Platte 2 – dieses Mal bis zu einer Tiefe von 2 Mikrometer – aufgezogen wurde. Eine 2 Mikrometer Schicht aus Resist ist relativ dick für Begriffe der Photolithograpie, aber notwendig, um die erste, zweite und dritte Stufe (8, 12 und 16) der zweiten Mikrostruktur zu bedecken.
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In 11 schreibt der Elektronenstrahl die letzte Stufe 20 der zweiten Mikrostruktur in die vierte Schicht aus Photoresist 18. Der Höhenunterschied zwischen der ersten und der zweiten Mikrostruktur ist mit Y bezeichnet, welcher in diesem Fall 1,5 Mikrometer beträgt. Sobald der Photoresist 18 weggeätzt ist, ist die Druckvorlage 26 mit der ersten und der zweiten Mikrostruktur (24 bzw. 22), die, obwohl die erste Mikrostruktur 24 ein Höhenprofil A aufweist, das viel geringer als das Höhenprofil B der zweiten Mikrostruktur ist, nahe aneinander angrenzend liegen und/oder miteinander vermischt sind, vollendet.
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Wären die gleichen Mikrostrukturen aus positiven Photoresist zu ätzen, würde die Streuung des UV-Lichts bei größeren geätzten Tiefen (d. h. größer als 1 μm) Nahwirkungseffekte erzeugen. Wie oben beschrieben, verringern Nahwirkungseffekte die Genauigkeit des Belichtungsschritts und somit sind die daraus entstehenden Mikrostrukturen weniger präzise.
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Natürlich muss die Abscheidungsdicke des Photoresists nicht 0,5 Mikrometer sein. Sie wird üblicherweise variiert, um zu dem Profil der auszubildenden Mikro- oder Nanostrukturen zu passen. Zum Beispiel sind die letzten Stufenhöhen in einem Hologramm üblicherweise klein – vielleicht ca. 0,2 Mikrometer. Natürlich wird die Intensität des Elektronenstrahls auf die erforderliche Belichtungstiefe eingestellt.
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Mit der vollendeten Ursprungsdruckvorlage 26 kann eine Metallbeilage durch Galvanisieren der Platte 2 und der Mikrostrukturen 22 und 24 gebildet werden. Typischerweise wird Nickel verwendet, um die erforderliche Beilage zu bilden. Die Beilage ist eine genaue Umkehrung der ersten und der zweiten Mikrostruktur (24 bzw. 22), die als ein Oberflächenreliefmuster ausgebildet ist. Dieses Oberflächenreliefmuster wird verwendet, um die Sicherheitsvorrichtungen in die einzelnen Sicherheitsdokumente zu prägen.
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Die Sicherheitsvorrichtung weist üblicherweise eine Schicht aus UV-aushärtender Epoxydtinte auf, welche von der Beilage geprägt wird, bevor sie aushärtet. Nach dem Aushärten sind die Mikrostrukturen festgelegt und die Sicherheitsvorrichtung wird häufig von einer transparenten Schutzschicht ummantelt.
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Wie in 13 gezeigt, weist eine Banknote 28 eine Sicherheitsvorrichtung 30 auf, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Die erste Mikrostruktur 24 ist ein Beugungsgitter, das einen kreisförmigen Bereich belegt. Die zweite Mikrostruktur 22 ist ein DOE oder eine Mikrospiegelanordnung und belegt einen zweiten Bereich der Hybrid-Sicherheitsvorrichtung 30. Jedoch sind der erste und der zweite Bereich mit der ersten bzw. zweiten Mikrostruktur in dem Dollarzeichen-förmigen Gebiet 32 vernetzt oder vermischt.
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14A ist eine schematische Vergrößerung der in 13 gezeigten Markierung A. Hier haben der erste und der zweite Bereich der ersten und der zweiten Mikrostruktur (24 bzw. 22) die Form von verschachtelten Streifen 34. Wie bereits erwähnt, ist die Breite W dieser Streifen 34 geringer als 1 mm, so dass das Auge einen von der ersten und der zweite Mikrostruktur (24 und 22) erzeugten hybriden visuellen Effekt wahrnimmt. Breitere Streifen würde man als abwechselnde Linien des visuellen Effekts der ersten Mikrostrukturen 24 und des visuellen Effekts der zweiten Mikrostrukturen 22 sehen.
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14B zeigt eine weitere Form des vernetzten oder vermischten Gebiets 32. In dieser Form sind die erste und die zweite Mikrostruktur (24 und 22) im ersten und zweiten Bereich als kleine Flecken oder Pixel 36 ausgebildet. Wiederum haben die Pixel 36 eine maximale Abmessung W von 1 mm, so dass der hybride visuelle Effekt erzeugt wird anstatt eines „Schachbrettmusters” des visuellen Effekts von der ersten Mikrostruktur 24 und des visuellen Effekts von der zweiten Mikrostruktur 22.
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Es ist klar, dass die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung 30 mehrere wechselseitig vernetzte oder vermischte Gebiete 32 aufweisen kann und dass der erste und der zweite Bereich innerhalb dieser Gebiete die Form von sowohl Streifen und Pixeln oder andere Formen aufweisen können. Weiterhin kann die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung 30 mehr als zwei unterschiedliche Arten von Mikrostrukturen aufweisen und kann einen Hybrideffekt aus drei oder mehr unterschiedlichen Arten von OVD erzeugen. Der hybride visuelle Eindruck, der von zwei oder mehr unterschiedlichen OVD erzeugt wird, ist in hohem Maße unverwechselbar und für den Betrüger außerordentlich schwierig nachzubilden.
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15 bis 22 sind eine schematische Darstellung der lithographischen Herstellung einer Ursprungsdruckvorlage für die Hybrid-Sicherheitsvorrichtung mit einem Beugungsgitter, das in der gleichen Höhe wie die Oberseite eines diffraktiven optischen Elements ausgebildet ist. Der Vorgang beginnt mit einer Trägerplatte 2 mit einer Schicht aus negativem Photoresist, die auf die obere Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,5 Mikrometer aufgezogen wird, wie in 15 gezeigt ist.
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16 zeigt die erste Schicht aus negativem Photoresist bevor und nachdem ein Elektronenstrahl die erste Stufe 8 der zweiten Mikrostruktur in einem zweiten Bereich 9 geschrieben hat. Im Gegensatz zu dem in 1 bis 12 gezeigten Vorgang ist der Photoresist 6 in dem ersten Bereich 7 nicht die erste Stufe der ersten Mikrostruktur, sondern lediglich eine Trägerschicht, die unter der ersten Mikrostruktur in der fertiggestellten Ursprungsdruckvorlage liegen wird (siehe 22)
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In 17 wird eine zweite Schicht aus Photoresist über der Trägerschicht 6 der ersten Mikrostruktur und der ersten Stufe 8 der zweiten Mikrostruktur abgeschieden. Der Elektronenstrahl belichtet den Photoresist, um die zweite Stufe 14 der zweiten Mikrostruktur zu schreiben, und belichtet die zweite Trägerschicht 12 der ersten Mikrostruktur (siehe 18).
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19 zeigt die dritte Schicht aus Photoresist, welche die zweite Trägerschicht 12 der ersten Mikrostruktur und die zweite Stufe 14 der zweiten Mikrostruktur bedeckt.
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20 zeigt die dritte Trägerschicht 18 der ersten Mikrostruktur und die dritte Stufe 20 der zweiten Mikrostruktur nach Belichtung mit dem Elektronenstrahl-Schreiber und Entwicklung, um unbelichteten Photoresist zu entfernen.
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Dann werden, wie in 21 gezeigt, die dritte Trägerschicht 18 der ersten Mikrostruktur und die dritte Stufe 20 der zweiten Mikrostruktur mit Photoresist 22 bedeckt. Der Photoresist 22 wird mit dem Elektronenstrahl-Schreiber belichtet.
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Wie in 22 gezeigt, belichtet der Elektronenstrahl-Schreiber die erste und die letzte Stufe 24 der ersten Mikrostruktur 25 sowie die vierte und die letzte Stufe 26 der zweiten Mikrostruktur 27.
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Das Höhenprofil A der ersten Mikrostruktur 25 ist viel niedriger als das Höhenprofil B der zweiten Mikrostruktur 27, aber die darunterliegenden Trägerschichten 6, 12 und 18 ermöglichen, dass die Höhe H1 der ersten Mikrostruktur 25 gleich der Höhe H2 der zweiten Mikrostruktur 27 ist.
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23 bis 27 zeigen schematisch die Herstellungsschritte für eine Ursprungsdruckvorlage, um eine Hybrid-Sicherheitsvorrichtung mit zwei Beugungsgittern, die auf unterschiedlichen Ebenen in Bezug auf das diffraktive optische Element ausgebildet sind, herzustellen.
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23 und 24 zeigen schematisch die Situation, bei der die erste Mikrostruktur 25 an irgendeiner beliebigen Ebene der Trägerplatte 2 ausgebildet ist. In diesem Fall werden die Beugungsgitter 24 der ersten Mikrostruktur 25 auf nur zwei darunterliegenden Schichten 6 und 12 gelagert. Der Vorgang des Aufbauens der anderen Mikrostrukturen 27 und 31 wird weitergeführt durch die Vorgangsschritte, die oben beschrieben wurden.
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Wie in 25, 26 und 27 gezeigt, kann eine dritte Mikrostruktur 31 mit Beugungsgittern 24 an einer Höhe H1 über der Höhe H2 der ersten und der zweiten Mikrostruktur (25 bzw. 27) ausgebildet werden. Die erste und die letzte Stufe 24 der dritten Mikrostruktur 31 erscheinen nach der letzten Stufe 26 der zweiten Mikrostruktur 27, indem einfach so viele darunterliegende Trägerschichten (6, 12, 18 und 4), wie zum Erreichen der erforderlichen Höhe nötig sind, bereitgestellt werden.
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28 bis 36 zeigen schematisch die Herstellungsschritte für eine Ursprungdruckvorlage einer Hybrid-Sicherheitsvorrichtung mit zwei oder mehr OVD mit Höhenprofilen. Dieser Vorgang basiert auf einer Reihe von reaktiven Ionenätzungen (RIE) in ein Quarzglas- oder Glassubstrat 2. Dieser Vorgang erfordert eine Reihe von Photomasken 44, die aus einem geeigneten Material, wie Chrom, gebildet werden. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass die Masken durch Aufziehen einer Schicht aus Photoresist auf eine Schicht aus Chrom hergestellt werden. Der Photoresist wird mit Strahlung, z. B. einem Elektronenstrahl-Schreiber, belichtet, dann entwickelt, um Bereiche des Photoresists zu entfernen und die Oberfläche der Chrom-Photomaske 44 im Muster der ersten und zweiten Mikrostruktur zu belichten. Ein geeignetes Ätzmittel wird verwendet, um Öffnungen 48 durch die Chromschicht zu bilden, um die Chrom-Photomaske 44 zu vollenden.
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Wie in 28 gezeigt, ist das Glassubstrat 2 mit einer Schicht aus Photoresist 4 bedeckt, der durch die Photomaske 44 mit UV-Strahlung 46 belichtet wird. Der Photoresist 4 wird durch Öffnungen 48 belichtet. Die belichteten Bereiche des Photoresists werden mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt, um Leerstellen 50 zu erzeugen (wie in 29 gezeigt).
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Bezugnehmend auf 30 wird das Glassubstrat 2 einem reaktiven Ionenätzen (RIE) 52 unterzogen, wobei geeignete Ionen, wie z. B. Argonionen, verwendet werden, die durch eine geeignete Gasumgebung beschleunigt werden. Die belichteten Gebiete 54 unter den Leerstellen 50 im Photoresist 4 werden bis zu einer genau gesteuerten Tiefe geätzt.
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Wie in 31 gezeigt, werden die verbleibenden Gebiete des Photoresists 4 unter Verwendung von Sauerstoffplasma abgezogen, wodurch erhobene Strukturen 56 zwischen den geätzten Vertiefungen 54 zurückbleiben.
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Wie in 32 gezeigt, wird der Vorgang dann für die nächste reaktive Ionenätzung in das Glassubstrat 2 wiederholt. Die zweite Schicht aus Photoresist 58 wird auf das Glassubstrat bis zu einer Tiefe, welche die erhobenen Merkmale 56 bedeckt, aufgezogen.
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Bezugnehmend auf 33 wird eine zweite Chrom-Photomaske 60 über dem Photoresist 58 angeordnet und mit UV-Strahlung 46 belichtet. Die mit UV-Licht durch Öffnungen 48 in der Maske 60 belichteten Gebiete werden entfernt, um Leerstellen 62 in der zweiten Photoresistschicht 58 zu erzeugen, wie in 34 gezeigt ist.
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Wie in 35 gezeigt, vertieft eine zweite reaktive Ionenätzung 52 die Vertiefungen 54 weiter, während neue Vertiefungen für gestufte Merkmale 54 in dem Glassubstrat 2 erzeugt werden.
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Wie in 36 gezeigt, werden die verbleibenden Gebiete der zweiten Photoresistschicht 58 mittels Sauerstoffplasma abgezogen (auch als „Veraschung” bezeichnet). Wie bei der ersten und der zweiten reaktiven Ionenätzung 52 bilden die verbundenen Vertiefungen 54 und 64 zusammen mit den erhobenen Gebieten 68 die erforderliche erste und zweite Mikrostruktur 22 und 24 auf der Ursprungsdruckvorlage 66. Natürlich werden in der Realität weit mehr als zwei RIE-Schritte verwendet, um die Druckvorlage 66 und die komplexe erste und zweite Mikrostruktur (24 und 22) auf dieser zu erzeugen.
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Wie in 28 bis 36 gezeigt, ist jedes RIE ein binärer Prozess und somit trägt das Glassubstrat 2 nach nur zwei Ätzungen vier Ebenen Mikrostrukturen. Wenn der Prozess somit n Mal wiederholt wird, wobei n unterschiedliche Masken verwendet werden, haben die Mikrostrukturen 2n unterschiedliche Ebenen.
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Das obige RIE-Verfahren ist gut geeignet für die Herstellung von Strukturen wie DOE, die „auf den Brechungsindex abgestimmt” sind. Brechungsindex-Abstimmung bezieht sich auf eine Veränderung einer diffraktiven Mikrostruktur (im Allgemeinen durch Vergrößern des Höhenprofils), um die effektive Änderung des Brechungsindexes des Mikrostrukturmaterials bei Abdeckung durch eine schützende Beschichtung auszugleichen. Das diffraktive Mikrostrukturmaterial weist typischerweise einen Brechungsindex von ungefähr 1,5 auf. Bei Beschichtung kann sich dieser um ca. 0,3 verschieben, was verursacht, dass sich eine konstruktive und destruktive Störung einer Position verschiebt, und große Fehler entstehen. Somit wird die Ursprungsmikrostruktur gebildet (Höhe und Stufenhöhe werden vergrößert), um die Verschiebung auszugleichen. Im Hinblick darauf weisen diffraktive Strukturen, die auf den Brechungsindex abgestimmt sind, eine Tiefe von ungefähr 2,5 Mikrometer auf und sind typischerweise eine Struktur mit acht Ebenen. Durch die Verwendung von Elektronenstrahllithographie kann jeder einzelne Belichtungsschritt eine Struktur mit einer Höhe von ca. 1 Mikrometer ausbilden. Somit ist der Aufbau von Strukturen mit einer Höhe von ca. 2,5 Mikrometer unter Verwendung der Elektronenstrahllithographie nicht so zeit- und kosteneffizient wie der oben beschriebene RIE-Vorgang.
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Herkömmlicherweise, wenn ein Sicherheitselement für ein Wertdokument ein DOE angrenzend an eine DOVD (diffraktive optisch variable Vorrichtung) enthalten sollte, wäre das DOE mittels RIE hergestellt und die DOVD mittels eines normalen Elektronenstrahl-Lithographievorgangs. Diese Zweikomponenten-Vorrichtungen würden dann einen Neukombinationsvorgang durchlaufen, was zu einem großen Spalt zwischen den beiden führen würde, der häufig ca. 2 Zentimeter breit sein kann.
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Die durch die vorliegende Erfindung entwickelte Technik ermöglicht den Einbau des Beugungsgitters in jede ausgewählte Ebene des negativen Photoresists (wenn die Elektronenstrahl-Lithographietechnik verwendet wird), oder eine Ebene des RIE-Vorgangs, um den Spalt zu verhindern und den zwei unterschiedlichen Vorrichtungen zu ermöglichen, vermischt oder vernetzt zu werden.
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Umfasst/umfassend und grammatikalische Abwandlungen davon sollen, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, so verstanden werden, dass sie das Vorhandensein der bezeichneten Merkmale, Zahlen, Schritte oder Bestandteile oder Gruppen davon angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Bestandteilen oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Die Erfindung wurde hierin nur mittels eines Beispiels beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet werden ohne weiteres viele Variationen und Abwandlungen erkennen, die nicht vom Geist und Umfang des breiten Erfindungskonzepts abweichen.
