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JP4495722B2 - Microstructure creation method - Google Patents

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JP4495722B2
JP4495722B2 JP2006504729A JP2006504729A JP4495722B2 JP 4495722 B2 JP4495722 B2 JP 4495722B2 JP 2006504729 A JP2006504729 A JP 2006504729A JP 2006504729 A JP2006504729 A JP 2006504729A JP 4495722 B2 JP4495722 B2 JP 4495722B2
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オーファオデー キネグラム アーゲー
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、第1の凹凸構造に少なくとも一つの第2の凹凸構造を重ね合わせることによって形成されるミクロ構造の成方法に関するものである。 The present invention relates to a work Narukata method microstructure formed by overlapping at least one second relief structure in the first uneven structure.

光を回折させるミクロ構造は、一般に平行な溝の形態をした多数の凹部を有し、かつ例えば顕微鏡的に微細な凹凸構造を備えた光学格子を形成する。ミクロ構造に入射する光は、ミクロ構造によって所定の態様で回折または散乱される。ミクロ構造からなるモザイクは、例えばプラスチック材料または金属に形成され、有価物品の真正性を示す特徴として役立つ。これらの真正性を示す特徴は、光学的に目立つ挙動を呈して偽造を困難にする。   Microstructures that diffract light typically have a large number of recesses in the form of parallel grooves and form an optical grating with, for example, a microscopic relief structure. Light incident on the microstructure is diffracted or scattered by the microstructure in a predetermined manner. The microstructured mosaic is formed, for example, in a plastic material or metal and serves as a feature that indicates the authenticity of the valuable article. These authentic features exhibit optically conspicuous behavior and make counterfeiting difficult.

この種のミクロ構造を形成する方法がいくつか知られている。例えば機械的装置を用いてサブストレートの表面を引っ掻いて多数の平行な溝を形成することによりミクロ構造を形成する方法がある。引っ掻き工具の形状が凹凸構造の断面形状を決定する。しかしながら、1ミリメートル当りの線の本数が増加すると、引っ掻きにより凹凸構造を形成する作業は、飛躍的に困難になり、したがって費用がかかる。レーザー光源からの2本のコーヒレントな光ビームをホトレジストの感光層上で干渉させるホログラフ的方法は、より安価である。明暗の光の縞を有する干渉縞の画像が、光の明暗のレベルに応じてホトレジストを感光させる。現像後、ホトレジストの表面には、対称的な断面形状を備えた凹凸構造が形成される。さらに別の方法においては、電子ビームがホトレジストに次々に凹凸構造の溝を描くが、この場合には溝も曲線となる。これらの方法により形成されたミクロ構造のマスターの形状は、メッキ法によって複製され、その複製によって金属性型押しスタンプを作製することができ、この型押しスタンプによって、ミクロ構造の形状を金属またはプラスチック材料に形成することができる。しかしながら、これらの方法を用いると、ミクロ構造を形成するための装置の費用が著しく高騰してしまう。   Several methods are known for forming this type of microstructure. For example, there is a method of forming a microstructure by scratching the surface of a substrate using a mechanical device to form a large number of parallel grooves. The shape of the scratching tool determines the cross-sectional shape of the concavo-convex structure. However, as the number of lines per millimeter increases, the operation of forming the concavo-convex structure by scratching becomes dramatically more difficult and therefore expensive. A holographic method of causing two coherent light beams from a laser light source to interfere on the photoresist photosensitive layer is less expensive. An image of interference fringes with bright and dark light stripes sensitizes the photoresist depending on the level of light brightness. After development, a concavo-convex structure having a symmetrical cross-sectional shape is formed on the surface of the photoresist. In yet another method, the electron beam draws concave and convex grooves one after another in the photoresist, but in this case, the groove also becomes a curve. The shape of the microstructure master formed by these methods is replicated by a plating method, and a metal stamp can be produced by the replication, and this microstructure stamp can be used to change the shape of the microstructure to metal or plastic. Can be formed into material. However, using these methods significantly increases the cost of the apparatus for forming the microstructure.

モザイクの形態で合成される新規なミクロ構造が特許文献1から知られており、この場合は、所定の方位に配向された1組の異なる凹凸構造のうちの一つが上記モザイクの各表面素子に機械的に形成される。
欧州特許出願公開第0 105 099号明細書
A novel microstructure synthesized in the form of a mosaic is known from Patent Document 1, in which case one of a set of different concavo-convex structures oriented in a predetermined orientation is present on each surface element of the mosaic. Mechanically formed.
European Patent Application Publication No. 0 105 099

本発明の目的は、作製が比較的容易であるにも拘わらず、複雑で、従って偽造が困難な、例えば複製用マスターのための高度の正確性を備えたミクロ構造が形成されるように、少なくとも二つの凹凸構造の重ね合わせによって形成されるミクロ構造の安価な成方法を提供することにある。 The object of the present invention is to form a microstructure with a high degree of accuracy, for example for a replication master, which is complex and thus difficult to counterfeit, despite being relatively easy to fabricate . It is to provide an inexpensive work Narukata method microstructure is formed by at least a superposition of two uneven structure.

本発明によれば、本発明の目的は、請求項1に記載された特徴によって達成され、その特徴は、型押しまたはその他の機械的形工程に、安価にも拘わらず複雑なミクロ構造を成するための写真造形工程を組み合わせたことにある。本発明の有利な実施の形態は従属項に記載されている。 According to the present invention, an object of the present invention is achieved by the features claimed in claim 1, its features are the embossing or other mechanical forming forming step, a complex microstructure despite the low cost It lies in a combination of photo-forming shaped step to create. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。     Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1を参照すると、光学的回折構造を作製するための方法の第1工程が断面図で示されている。ホトレジストからなる層2は、金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料からなる平らなサブストレート1上に施されている。層2の厚さdは、0.1μm〜100μmの範囲内にあり、作製されるべき回折構造の深さTに左右される。感光性ホトレジスト材料としては、例えばシップリー(Shipley)社が販売しているMikroposit S 1813 が知られている。ホトレジスト材料は、液体状態でサブストレート1上に施され、加熱により硬化される。型押しスタンプ3上に設けられた凹凸母型4は層2の露出した平坦な面上に降下され、層2の露出した表面内に押し込まれることによって、凹凸母型4の形状が層2の露出した表面に形成される。   Referring to FIG. 1, a first step of a method for making an optical diffractive structure is shown in cross section. A layer 2 of photoresist is applied on a flat substrate 1 made of metal, glass, ceramic or plastic material. The thickness d of the layer 2 is in the range from 0.1 μm to 100 μm and depends on the depth T of the diffractive structure to be produced. As a photosensitive photoresist material, for example, Mikroposit S 1813 sold by Shipley is known. The photoresist material is applied on the substrate 1 in a liquid state and cured by heating. The concavo-convex mother die 4 provided on the embossing stamp 3 is lowered onto the exposed flat surface of the layer 2 and pressed into the exposed surface of the layer 2, so that the shape of the concavo-convex mother die 4 becomes the layer 2. Formed on the exposed surface.

型押しスタンプ3(図1)が引き上げられると、図2に示されているように、型押しスタンプ3の領域内の層2が凹凸母型4(図1)の陰画である凹凸構造5を備える。この型押し作業中、サブストレート1は変形したり、撓んだりしないために、凹凸母型4は、形状に関して最高の忠実度をもって凹凸構造5を層2上に転写する。   When the embossing stamp 3 (FIG. 1) is pulled up, as shown in FIG. 2, the layer 2 in the area of the embossing stamp 3 has a concavo-convex structure 5 which is a negative image of the concavo-convex mother die 4 (FIG. 1). Prepare. Since the substrate 1 does not deform or bend during this embossing operation, the concavo-convex matrix 4 transfers the concavo-convex structure 5 onto the layer 2 with the highest fidelity with respect to shape.

「凹凸構造5」という概念の意味に制約されることなく、図1は例えば周期的な格子の対称鋸歯状断面を備えた凹凸型4の断面形状を示している。周期的な一次格子または交差格子を形成する例えば非対称鋸歯状断面、方形断面、正弦波または正弦波的断面、ピラミッドの規則正しい配列等のようなその他の周知の断面形状のうちの一つも特に凹凸構造5に適している。凹凸構造5の空間周波数は、1本/mmから2〜3千本/mmまでの間の広い範囲内から選択することができる。周期的な格子からなる凹凸構造5の深さTは、通常0.1μm〜100μmの範囲内にあるが、これに関しては、技術的理由から、深さT(図1)の値が大きい凹凸構造5は一般に空間周波数の値が小さくなる。 "Uneven structure 5" without being restricted by means of the concept, Figure 1 shows a cross-sectional shape of the concave-convex mold 4 having a symmetrical sawtooth cross-section of the periodic grating, for example. One of the other well-known cross-sectional shapes, such as an asymmetric sawtooth cross-section, square cross-section, sinusoidal or sinusoidal cross-section, regular array of pyramids, etc., which also form a periodic primary or cross grating, in particular a relief structure 5 is suitable. Spatial frequency of the concavo-convex structure 5 can be selected from a wide range of between 1 line / mm to 2-3 thousand / mm. The depth T of the concavo-convex structure 5 made of a periodic lattice is usually in the range of 0.1 μm to 100 μm. 5 generally has a smaller spatial frequency value.

別の方法においては、凹凸構造を形成する等方性または異方性マット構造が層2の表面に形成される。これらのマット構造は、散乱能力を決定しかつ例えば平均粗さR、相関距離I等のような統計的パラメータによってのみ表現することができる顕微鏡的微細凹凸構造素子を含み、平均粗さRに関する値は、20nmから2500nmまで、好ましくは50nmから500nmまでの間である。少なくとも一方向では相関距離Iは200nmから50000nmまで、好ましくは1000nmから10000nmまでの間の値である。等方性マット構造の顕微鏡的微細凹凸構造素子は、方位的に好ましい方向を有しておらず、その理由は、例えば視覚によって所定の制限値よりも大きい強度を有する散乱光が、マット構造の散乱能力によって所定の空間角内で全ての方位方向に一様に分布されるからである。強く散乱させるマット構造は、弱く散乱させるマット構造よりも散乱光を大きな空間角内に分布させる。 In another method, an isotropic or anisotropic mat structure forming a relief structure is formed on the surface of the layer 2. These mat structures include microscopic microrelief structure elements that determine the scattering ability and can only be expressed by statistical parameters such as, for example, average roughness R a , correlation distance I c, etc. The value for a is between 20 nm and 2500 nm, preferably between 50 nm and 500 nm. In at least one direction, the correlation distance I c is a value between 200 nm and 50000 nm, preferably between 1000 nm and 10000 nm. The microscopic uneven structure element with an isotropic mat structure does not have a preferred direction in terms of orientation because, for example, scattered light having an intensity greater than a predetermined limit is visually observed in the mat structure. This is because it is uniformly distributed in all azimuth directions within a predetermined spatial angle due to the scattering ability. A strongly scattering mat structure distributes scattered light within a larger spatial angle than a weakly scattering mat structure.

一方、もし顕微鏡的に微細な凹凸構造素子が好ましい方位方向を有している場合には、マット構造が異方性をもって入射光を散乱させる。マット構造の散乱能力によって所定の空間角は、長軸が凹凸構造素子の好ましい方向に直角な楕円形状の断面形状を有する。回折構造とは対照的に、マット構造は入射光をその波長とは無関係に散乱させる、すなわち、散乱光の色はマット構造上に入射する光の色にほぼ対応する。   On the other hand, if the microscopic concavo-convex structure element has a preferable azimuth direction, the mat structure scatters incident light with anisotropy. Due to the scattering ability of the mat structure, the predetermined spatial angle has an elliptical cross-sectional shape whose major axis is perpendicular to the preferred direction of the concavo-convex structure element. In contrast to a diffractive structure, a mat structure scatters incident light regardless of its wavelength, ie, the color of the scattered light roughly corresponds to the color of light incident on the mat structure.

図3は、マット構造の一例の断面図を示し、その形状は凹凸構造5として層2に形成されたものである。格子における深さT(図1)の代わりに、マット構造の断面形状は平均粗さRを有する。マット構造の微細凹凸構造素子は、平均粗さRの約10倍までの高さHの最大差を示す。したがって、マット構造の高さHにおける最大差は、周期的格子に関する深さTに対応する。マット構造の高さHにおける差の値は、上述した深さTの範囲内にある。したがって、深さTの範囲に関する後述の詳細説明は、周期的格子を備えた凹凸構造5と、マット構造を備えた凹凸構造5との双方に当てはまる。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example of the mat structure, and the shape thereof is formed in the layer 2 as the concavo-convex structure 5. Instead of the depth T (FIG. 1) in the lattice, the cross-sectional shape of the mat structure has a mean roughness R a. Fine unevenness element of the mat structure indicates a maximum difference in height H up to about 10 times the average roughness R a. Thus, the maximum difference in the height H of the mat structure corresponds to the depth T for the periodic grating. The value of the difference in the height H of the mat structure is in the range of the depth T described above. Therefore, the detailed description to be described later regarding the range of the depth T applies to both the concavo-convex structure 5 having a periodic grating and the concavo-convex structure 5 having a mat structure.

図4を参照すると、凹凸構造5を感光させて造形することによって、回折格子(図4には図示せず)を付加的に重ね合わせるホログラフ的工程が示されている。例えば波長400nmのコーヒレントな光ビーム6がレーザー光源7で生成される。光ビーム6はビームスプリッタ8に当る。ビームスプリッタ8は光ビーム6の一部を分岐ビーム9として凹凸構造5の方向に反射させる。ビームスプリッタ8を透過した残りの光は参照ビーム10を形成する。偏光鏡11が参照ビーム10を凹凸構造5上に導く。分岐ビーム9および参照ビーム10は、凹凸構造5全体が平行な光ビームで個々に照らされるように扇状に広がる。分岐ビーム9の方向は参照ビーム10の方向と異なるので、凹凸構造5を備えた表面の領域内では所定の交角をもって交差する。光波がコーヒレントなことと、二つのビーム9,10の波長が異なることとが原因で、分岐ビーム9と参照ビーム10とが互いに干渉して凹凸構造5上に干渉縞を生成させる。この干渉縞は、暗い縞によって分離された明るい縞からなる平行な縞を備えており、そこでは干渉縞が、分岐ビーム9と参照ビーム10とによって凹凸構造5上に画成された面の軌跡と直角に交差する。1ミリメートル当りの縞の数は、ビーム6,9,10を形成する光の波長と、分岐ビーム9と参照ビーム10とが交差する交角とによって決定される。   Referring to FIG. 4, a holographic process is shown in which a diffraction grating (not shown in FIG. 4) is additionally superimposed by exposing and shaping the concavo-convex structure 5. For example, a coherent light beam 6 having a wavelength of 400 nm is generated by the laser light source 7. The light beam 6 hits the beam splitter 8. The beam splitter 8 reflects a part of the light beam 6 as a branched beam 9 in the direction of the concavo-convex structure 5. The remaining light that has passed through the beam splitter 8 forms a reference beam 10. A polarizing mirror 11 guides the reference beam 10 onto the concavo-convex structure 5. The branched beam 9 and the reference beam 10 spread in a fan shape so that the entire concavo-convex structure 5 is individually illuminated by parallel light beams. Since the direction of the branch beam 9 is different from the direction of the reference beam 10, it intersects with a predetermined intersection angle in the surface area provided with the concavo-convex structure 5. Due to the fact that the light wave is coherent and the wavelengths of the two beams 9 and 10 are different, the branched beam 9 and the reference beam 10 interfere with each other to generate interference fringes on the concavo-convex structure 5. This interference fringe comprises parallel stripes consisting of bright fringes separated by dark fringes, where the interference fringes are traces of the surface defined on the concavo-convex structure 5 by the branched beam 9 and the reference beam 10. Intersect at right angles. The number of fringes per millimeter is determined by the wavelength of the light forming the beams 6, 9, 10 and the angle of intersection at which the branched beam 9 and the reference beam 10 intersect.

露光作業に先立って、サブストレート1を法線15の周りで回転させることによって、サブストレート1およびこのサブストレート1が備えている凹凸構造5の干渉縞に対する方位が決定され、かつ所定の方位値が設定される。   Prior to the exposure operation, the orientation of the substrate 1 and the concavo-convex structure 5 provided in the substrate 1 with respect to the interference fringes is determined by rotating the substrate 1 around the normal line 15, and a predetermined orientation value is obtained. Is set.

上述したホトレジスト材料は、干渉縞の明るい光の縞の部分のみが感光されて、感光後にホトレジスト材料が、現像液、例えばシップリー社のMikroposit 351 の作用で溶解されるように変質される。その場合、干渉縞の間隔に等しい格子周期をもった回折格子からなる平行な溝の形態でホトレジストの表面に凹部が形成される。格子周期は、分岐ビーム9と参照ビーム10とが交差する角度の変更によって調整可能である。光ビーム6の波長は、レーザー光源によって予め決定されるが、層2を形成するホトレジストの露光に適したものでなければならない。   The above-described photoresist material is modified so that only bright light fringes of the interference fringes are exposed, and after exposure, the photoresist material is dissolved by the action of a developer such as Mikroposit 351 from Shipley. In that case, recesses are formed on the surface of the photoresist in the form of parallel grooves made of diffraction gratings having a grating period equal to the spacing of the interference fringes. The grating period can be adjusted by changing the angle at which the branched beam 9 and the reference beam 10 intersect. The wavelength of the light beam 6 is predetermined by the laser light source, but must be suitable for the exposure of the photoresist forming the layer 2.

溝の断面形状とその幾何学的深さtとは、露光時間と、現像時間と、光の強度とによって決定される。溝の深さは、通常250nmの所定値に達する。断面形状は対称的で単純な正弦波断面から方形波断面にまで亘る。格子の位置は干渉縞によって決定される。したがって、凹凸構造5の格子線と回折構造の溝とは、予め設定された方位値によって方位が異なっている。   The cross-sectional shape of the groove and its geometric depth t are determined by the exposure time, the development time, and the light intensity. The depth of the groove usually reaches a predetermined value of 250 nm. The cross-sectional shape ranges from a symmetric and simple sinusoidal cross section to a square wave cross section. The position of the grating is determined by the interference fringes. Therefore, the azimuths of the grating lines of the concavo-convex structure 5 and the grooves of the diffractive structure differ depending on the preset azimuth value.

図5は、凹凸構造5(図4)を露光により造形した後の層2の表面を示す。層2の表面にはミクロ構造12が形成されているが、このミクロ構造12は、ホログラフ的に生成される回折構造を凹凸構造5に付加的に重ね合わせることによって形成されたものであり、本実施の形態においては、凹凸構造5の格子線と回折構造の溝13とは同じ方位に含まれる。図5においては、元の凹凸構造5が破線14で示されている。破線14とミクロ構造12との間に最初から存在していたホトレジストは、現像作業で除去されている。   FIG. 5 shows the surface of the layer 2 after the concavo-convex structure 5 (FIG. 4) is shaped by exposure. A microstructure 12 is formed on the surface of the layer 2, and this microstructure 12 is formed by additionally superimposing a holographically generated diffraction structure on the concavo-convex structure 5. In the embodiment, the lattice lines of the concavo-convex structure 5 and the grooves 13 of the diffractive structure are included in the same orientation. In FIG. 5, the original uneven structure 5 is indicated by a broken line 14. The photoresist that originally existed between the broken line 14 and the microstructure 12 has been removed by a development operation.

ホトレジストの乾燥後、ミクロ構造12は、周知の方法でニッケルメッキによって成形され、ミクロ構造12のマスターが生まれる。反射性マスターは検査を受けて、このマスターが所期の特性に対応する光学的特性を備えているか否かが確認される。次にこのマスターは、このマスターの一部がプラスチック材料または金属内で他の回折構造、鏡面等と組み合わせられて、光学的セキュリティ素子のためのモザイク状模様を生成させる。   After the photoresist is dried, the microstructure 12 is formed by nickel plating by a well-known method, and a master of the microstructure 12 is born. The reflective master is inspected to determine if it has optical properties that correspond to the desired properties. The master is then combined with other diffractive structures, mirrors, etc. in a plastic material or metal to produce a mosaic pattern for the optical security element.

上記形成工程は、複数の構造、すなわち凹凸構造5および回折構造が付加的に組み合わせられて、凹凸構造5および回折構造の幾何学的形状が実質的に残存するミクロ構造12が(他の方法を用いるよりも良好に)得られることがほぼ確実になることに利点がある。   In the above forming step, a plurality of structures, that is, the concavo-convex structure 5 and the diffractive structure are additionally combined, and the microstructure 12 in which the geometric shape of the concavo-convex structure 5 and the diffractive structure substantially remains (other methods) The advantage is that it is almost certain that it will be obtained (better than used).

この場合、それらの寸法が著しく異なる構造を組み合わせることも可能である。例えば、凹凸構造5は、その深さTが2μmを超えるものとすることができ、かつマット構造の一つ、または格子の一つ、あるいは逆反射体を構成するマイクロプリズムからなるものとすることができる。凹凸構造5には、格子周期の値の低い回折構造が重ね合わされる。   In this case, it is also possible to combine structures having significantly different dimensions. For example, the concavo-convex structure 5 may have a depth T exceeding 2 μm, and may include one of a mat structure, one of gratings, or a microprism constituting a retroreflector. Can do. The concavo-convex structure 5 is overlaid with a diffractive structure having a low grating period value.

ミクロ構造12を成するための第1の方法においては、上述した周期的格子の一つが凹凸構造5として層2に形成され、この周期的格子回折構造とともに写真造形される。特定の実施の形態においては、回折構造の空間周波数が凹凸構造5の空間周波数の少なくとも5倍は高い。 In the first method for creating a microstructure 12, a periodic grating described above is formed in the layer 2 as a concavo-convex structure 5, the periodic grating is photo shaped with diffractive structures. In certain embodiments, the spatial frequency of the diffractive structure is at least five times higher than the spatial frequency of the relief structure 5.

ミクロ構造12を成するための第2の方法においては、上述したマット構造の一つが層2に形成され、このマット構造が回折構造とともに写真造形される。光がゼロ次の回折次数のみにおいて反射するように、回折構造の格子の周期は最大で500nmである。ミクロ構造12の利点は、ミクロ構造12が、マット構造の散乱能力に回折格子の例えば波長選択的反射能力、偏光能力等のような特性を組み合わせることができることにある。 In a second method for creating a microstructure 12, one of the above-mentioned mat structure is formed in the layer 2, the mat structure is photo shaped with diffractive structures. The grating period of the diffractive structure is at most 500 nm so that light is reflected only in the zeroth diffraction order. The advantage of the microstructure 12 is that the microstructure 12 can combine the scattering capabilities of the mat structure with properties such as the wavelength selective reflection capability, polarization capability, etc. of the diffraction grating.

ミクロ構造12の成方法は、先の写真造形作業が行なわれた後に、分岐ビーム9(図4)と参照ビーム10(図4)とが交差する点での交角を変えることによって第1のやり方を拡大させることができ、その場合、先の写真造形作業と比較して縞模様の1mm当りの縞の数が異なる干渉縞によるさらなる写真造形作業が行なわれる。この縞模様の空間周波数に関して異なる設定による方法拡大は、所定のミクロ構造12が得られるまで、空間周波数を異ならせて1回または複数回行なわれる。 How to create the micro structure 12, after the previous photograph shaping work is performed, the branch beam 9 (Fig. 4) and a reference beam 10 (FIG. 4) and the first by changing the intersection angle at the point of intersection The method can be expanded, in which case further photo-sculpting work is performed with interference fringes that differ in the number of fringes per mm of the striped pattern compared to the previous photo-sculpting work. The method expansion with different settings regarding the spatial frequency of the striped pattern is performed once or a plurality of times with different spatial frequencies until a predetermined microstructure 12 is obtained.

ミクロ構造12の成方法は、先の写真造形作業が行なわれた後に、分岐ビーム9(図4)および参照ビーム10(図4)によって形成される干渉縞に対するサブストレート1の方位の向きを異ならせたさらなる写真造形作業を行なうという第2のやり方によって拡大させることができる。この方位の向きに関して異なる設定による方法拡大は、所定のミクロ構造12が得られるまで、方位の向きを異ならせて1回または複数回行なわれる。 How to create the micro structure 12, after the previous photograph shaping work is performed, the branch beam 9 (Fig. 4) and the reference beam 10 azimuth orientation of the substrate 1 to interference fringes formed by (Figure 4) It can be magnified by a second way of doing a different photo-formation task. The method expansion with different settings regarding the orientation of the azimuth is performed once or a plurality of times while changing the orientation of the orientation until a predetermined microstructure 12 is obtained.

ミクロ構造12の作成方法は、先の写真造形作業が行なわれた後に、干渉縞の空間周波数および方位の向きの双方を変え、次いでさらなる写真造形作業を行なうという第3のやり方によって変えることができる。このような縞模様の空間周波数および方位の向きに関して異なる設定をもって行なわれる写真造形作業の拡大は、所定のミクロ構造12が得られるまで、設定を変えて1回または複数回行なわれる。 The method of creating the microstructure 12 can be changed by a third method in which both the spatial frequency and orientation of the interference fringes are changed and then further photo-sculpting work is performed after the previous photo-sculpting work. . The enlargement of the photo modeling work performed with different settings regarding the spatial frequency and the orientation of the stripe pattern is performed once or a plurality of times while changing the settings until a predetermined microstructure 12 is obtained.

好ましい方法としてここに記載する方法においては、a)工程が、凹凸構造5の形状を形成するための型押し方法を用いることを含む。しかしながら、a)工程は、層2の注型時に既に凹凸構造5が形成される態様に変えることもできる。その場合、サブストレート1とこのサブストレート1に対向して配置された凹凸母型4(図1)からなる成形用型内に液状ホトレジストを注入する。凹凸母型4はホトレジストが加熱により硬化された後に取り除かれる。層2の露出した表面は、凹凸母型4の陰画としての凹凸構造5を備える。   In the method described here as a preferred method, the step a) includes using an embossing method for forming the shape of the concavo-convex structure 5. However, the step a) can be changed to a mode in which the concavo-convex structure 5 is already formed when the layer 2 is cast. In that case, a liquid photoresist is injected into a molding die comprising a substrate 1 and an uneven mother die 4 (FIG. 1) disposed opposite to the substrate 1. The concavo-convex mold 4 is removed after the photoresist is cured by heating. The exposed surface of the layer 2 includes a concavo-convex structure 5 as a negative image of the concavo-convex matrix 4.

さらに別の方法では、a)工程において、型押しまたは注型の代わりに、カッティングスタイラスによって層2に直接凹凸構造5を機械的に切り込むこともできる。   In still another method, in the step a), the concavo-convex structure 5 can be mechanically cut directly into the layer 2 by a cutting stylus instead of embossing or casting.

図6に示された別の方法では、少なくとも一つの回転放物面16および/または円錐尖端17を凹凸母型4として用いている。回転放物面16および/または円錐尖端17を、上述した周期的格子と組み合わせてもよい。凹凸母型4の形状はサブストレート1上の層2に形成される。次いで写真造形作業が行なわれる。 In another method shown in FIG. 6, at least one rotating paraboloid 16 and / or conical tip 17 is used as the concave-convex matrix 4. The paraboloid 16 and / or the conical tip 17 may be combined with the periodic grating described above. The shape of the concavo-convex matrix 4 is formed in the layer 2 on the substrate 1. Next, a photo modeling work is performed.

ミクロ構造12を形成するためのさらに別の方法では、凹凸母型4として格子構造またはマット構造を用いる代わりに、複数の構造の重ね合わせにより既に存在する組み合わせ構造を用い、この組み合わせ構造が上述の工程においてホトレジストからなる層2の表面を最初に整形して凹凸構造5を形成し、次いでさらなる写真造形作業を行なう。 In still another method for forming the microstructure 12, instead of using a lattice structure or a mat structure as the concave / convex matrix 4, a combination structure that already exists by superposition of a plurality of structures is used, and this combination structure is described above. In the process, the surface of the layer 2 made of photoresist is first shaped to form the concavo-convex structure 5, and then further photographic modeling work is performed.

上述したポジ型のホトレジストに加えて、この形成方法に極めて適したネガ型のホトレジスト(Futurrex NR7-1000PY)を用いることも知られている。   In addition to the positive photoresist described above, it is also known to use a negative photoresist (Futurrex NR7-1000PY) which is extremely suitable for this formation method.

ホトレジストからなる層を備えたサブストレートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the substrate provided with the layer which consists of photoresists. ホトレジストからなる層の型押しされた表面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the surface by which the layer which consists of photoresists was embossed. マット構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mat structure. ホトレジストの露光作業を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exposure operation | work of a photoresist. ミクロ構造の形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shape of a microstructure. 凹凸母型を備えた型押しスタンプを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the embossing stamp provided with the uneven | corrugated mother block.

符号の説明Explanation of symbols

1 サブストレート
2 ホトレジスト層
4 凹凸母型
5 凹凸構造
6 光ビーム
7 レーザー光源
8 ビームスプリッタ
9 分岐ビーム
10 参照ビーム
12 ミクロ構造
13 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Photoresist layer 4 Concavity and convexity mold 5 Concavity and convexity structure 6 Light beam 7 Laser light source 8 Beam splitter 9 Branch beam 10 Reference beam 12 Microstructure 13 Groove

Claims (13)

第1の凹凸構造(5)に、回折構造(12)として働く少なくとも一つの第2の凹凸構造を重ね合わせることによって、サブストレート(1)上のホトレジスト層(2)に、光を回折させるミクロ構造(13)を作成する方法であって、
a)前記サブストレート(1)に対向して配置された凹凸母型(4)の形状を前記ホトレジスト層(2)の露出した表面に成形することにより形成された第1の凹凸構造(5)を備えたホトレジスト層(2)を平坦なサブストレート(1)上に作成し、
b)前記凹凸母型(4)を取り除き、
c)コーヒレントな光を分岐ビーム(9)と参照ビーム(10)とに分解し、該分岐ビーム(9)および参照ビーム(10)を、所定の交角をもって干渉させることによって、成形された前記第1の凹凸構造(5)上に干渉縞を作成し、
d)前記サブストレート(1)を該サブストレート(1)の平面に対する法線(15)の周りで回転させることにより、前記第1の凹凸構造(5)についての方位に対する、暗い光の縞によって分離された明るい光の縞を備えた干渉縞の方向を決定し、
e)前記ホトレジスト層(2)内の前記第1の凹凸構造(5)を、前記干渉縞を用いて所定時間露光し、
f)前記ホトレジストを所定時間現像し、前記露光によって変質されたホトレジスト材料を部分的に除去して、前記第1の凹凸構造(5)内に前記回折構造(12)の溝(13)を生成させ、
g)前記ホトレジストを乾燥させる、
工程を含ことを特徴とするミクロ構造の作成方法。
A microscopic structure that diffracts light into the photoresist layer (2) on the substrate (1) by superimposing at least one second uneven structure serving as a diffraction structure (12) on the first uneven structure (5). A method of creating a structure (13) comprising:
a) A first concavo-convex structure (5) formed by molding the shape of the concavo-convex matrix (4) disposed facing the substrate (1) on the exposed surface of the photoresist layer (2). On a flat substrate (1) with a photoresist layer (2) comprising
b) removing the concave / convex matrix (4),
c) The coherent light is decomposed into a branched beam (9) and a reference beam (10), and the branched beam (9) and the reference beam (10) are caused to interfere with each other at a predetermined intersection angle. Create interference fringes on the concavo-convex structure (5) of 1,
d) by rotating the substrate (1) around a normal (15) to the plane of the substrate (1), by dark light fringes with respect to the orientation with respect to the first relief structure (5) Determine the direction of the interference fringes with the bright light stripes separated,
e) exposing the first relief structure (5) in the photoresist layer (2) for a predetermined time using the interference fringes;
f) The photoresist is developed for a predetermined time, and the photoresist material altered by the exposure is partially removed to form a groove (13) of the diffraction structure (12) in the first concavo-convex structure (5). Let
g) drying the photoresist;
How to create a microstructure characterized by including that each step.
前記a)工程において、最初に前記ホトレジスト層(2)を前記サブストレート(1)上に成形し、前記ホトレジスト層(2)を熱の作用により硬化させ、次に型押しスタンプ(3)上に設けられた凹凸母型(4)を前記ホトレジスト層(2)の表面に降下させて、前記第1の凹凸構造(5)の形状を前記凹凸母型(4)の陰画として形成することを特徴とする請求項記載の方法。In the step a), the photoresist layer (2) is first formed on the substrate (1), the photoresist layer (2) is cured by the action of heat, and then on the stamp (3). The provided concavo-convex matrix (4) is lowered to the surface of the photoresist layer (2), and the shape of the first concavo-convex structure (5) is formed as a negative of the concavo-convex matrix (4). The method according to claim 1 . 前記a)工程において、前記ホトレジスト層(2)を注型により形成し、その場合に、液状ホトレジストを前記サブストレート(1)と前記凹凸母型(4)との間に注入し、前記ホトレジストを加熱して硬化させ、離型後、前記ホトレジスト層(2)の露出した表面が、前記凹凸母型(4)の陰画としての前記第1の凹凸構造(5)を備えるようにすることを特徴とする請求項1または2記載の方法。In the step a), the photoresist layer (2) is formed by casting. In this case, a liquid photoresist is injected between the substrate (1) and the concave-convex matrix (4), and the photoresist is formed. After being cured by heating and releasing, the exposed surface of the photoresist layer (2) is provided with the first concavo-convex structure (5) as a negative image of the concavo-convex matrix (4). The method according to claim 1 or 2 . 前記a)工程において、周期的格子を前記第1の凹凸構造(5)として前記ホトレジスト層(2)に形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3 , wherein in step a), a periodic grating is formed on the photoresist layer (2) as the first relief structure (5). 前記a)工程において、交差的格子を前記第1の凹凸構造(5)として前記ホトレジスト層(2)に形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3 , wherein in step a), an intersecting lattice is formed on the photoresist layer (2) as the first relief structure (5). 前記a)工程において、1本/mmから1000本/mmまでの間の範囲の空間周波数を有する周期的格子を前記第1の凹凸構造(5)として前記ホトレジスト層(2)に形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。In the step a), a periodic grating having a spatial frequency in the range of 1 line / mm to 1000 lines / mm is formed on the photoresist layer (2) as the first uneven structure (5). 6. A method according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that 前記第1の凹凸構造(5)の空間周波数の少なくとも5倍に相当する空間周波数を有する回折構造(12)が形成されるように、前記c)工程において、前記分岐ビーム(9)と前記参照ビーム(10)との間の交角を設定することを特徴とする請求項4または5記載の方法。In step c), the branch beam (9) and the reference are formed so that a diffractive structure (12) having a spatial frequency corresponding to at least five times the spatial frequency of the first concavo-convex structure (5) is formed. 6. A method as claimed in claim 4 or 5 , characterized in that the angle of intersection with the beam (10) is set. 前記a)工程において、光を散乱させるマット構造の一つを前記第1の凹凸構造(5)として前記ホトレジスト層(2)に形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。In the step a), any one of the preceding claims, characterized in that formed on the photoresist layer as a single mat structure for scattering light the first relief structure (5) (2) 3 The method described. 前記a)工程において、少なくとも一つの回転放物面(16)および/または円錐尖端(17)を有する構造を備えた凹凸母型(4)を、前記第1の凹凸構造(5)の形状の形成に用いることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。In the step a), an uneven matrix (4) having a structure having at least one rotational paraboloid (16) and / or conical tip (17) is formed into the shape of the first uneven structure (5). any one process of claim 1 3, characterized by using in formation. 前記第1の凹凸構造(5)を、0.1μmと100μmの間の範囲の深さ(T)で形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の方法。It said first concave-convex structure (5), 0.1 [mu] m and a method according to any one of claims 1-9, characterized in that formed at a depth ranging between 100 [mu] m (T). 前記g)工程の実行に先立って、前記c)工程から前記f)工程までの写真造形作業を反復することにより少なくとも一つのさらなる回折構造(12)を形成し、その場合に、前記d)工程において、前記法線(15)の周りで前記サブストレート(1)を回転させることにより、新たな干渉縞に対する前記回折構造(12)の溝(13)を備えた前記第1の凹凸構造(5)の方向を決定することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の方法。Prior to the execution of the step g), at least one additional diffractive structure (12) is formed by repeating the photographic molding operation from the step c) to the step f), in which case the step d) The first concavo-convex structure (5) provided with a groove (13) of the diffractive structure (12) for new interference fringes by rotating the substrate (1) around the normal (15). The method according to any one of claims 1 to 10 , characterized in that the direction is determined. 前記c)工程における写真造形作業の反復において、前記分岐ビーム(9)および参照ビーム(10)との間の交角を変更することを特徴とする請求項11記載の方法。12. Method according to claim 11 , characterized in that in the repetition of the photographic shaping operation in step c), the angle of intersection between the branch beam (9) and the reference beam (10) is changed. 最大500nmの格子周期を備えた回折構造(12)が前記c)工程において形成されるように、前記分岐ビーム(9)と前記参照ビーム(10)との間の交角を設定することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の方法。The intersection angle between the branched beam (9) and the reference beam (10) is set so that a diffractive structure (12) having a grating period of maximum 500 nm is formed in the step c). The method according to any one of claims 1 to 12 .
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