测量微结构深度的方法技术

一种在用冲压处理将结构转印到易变形层上时测量微结构深度的方法，其特征是： 在需转印的微结构中至少以成区域的方式提供一种几何形状简单的基准条形结构； 用一个包括一个给定波长范围的光束照射基准条形结构； 以透射或反射模式测量由所达到的冲压深度决定的在零阶衍射光谱内出现光强最大值和光强最小值的位置，然后根据有关相应基准结构与照射波长范围的对照值从测得的位置确定所达到的冲压深度；或者 根据对照值从对零阶衍射光颜色的综合估计中推出所达到的冲压深度。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在通过冲压处理将结构转印到易变形层上时。近来，具有光衍射效应的结构日益增长地用于特别是那些有价证件(如银行支票、信用卡、鉴定卡等)或贵重产品的防伪元上，这种结构用一个所谓“母版”冲压模印到适当的易变形层上。这个程序用来生产比方说冲压箔，而防伪元通过热冲压操作从冲压箔转印到基片上。在形成这种具有光衍射效应的结构时，部分以小于1μm数量级的相当小的冲压深度进行操作。冲压不能太浅，否则所需的效应不够明显，然而又不能过深，过深也会对可获得的效应有不利影响。因此，迫切需要有一种方法，能以简单而又特别是不破坏或改变具有光衍射效应的结构的措施，在每个生产步骤迅速地测量所达到的结构深度。当然可以采用当前已知的一些方法，例如以测量衍射效应的程度这种形式，检测结构深度。然而所有这些己知方法在测量程序上很不经济，执行起来也非常复杂。因此，本专利技术的目的是提出这样一种，这种方法特别简单，可以普遍应用，而且能以比较低的成本实施。为了达到这个目的，在本说明书实施例部分所提出的这种类型的方法中，本专利技术提出这样进行处理在需封印的微结构中至少以成区域方式提供一种几何形状简单的基准条形结构，其中条形结构的纹条的截面具体可以是正方形、矩形或三角形；用一个包括一个给定波长范围的光束照射基准条形结构；以透射或反射测量模式测量由所达到的冲压深度决定的在零阶衍射光谱内出现光强最大值和光强最小值的位置，然后根据有关相应结构与照射波长范围的对照值从测得的位置确定所达到的冲压深度；或者，根据对照值从对零阶衍射光颜色的综合估计中推出所达到的冲压深度。本专利技术这种方法的基本原理是，为了测量微结构的冲压深度，在微结构的至少某个区域形成一种基准结构，这种基准结构是一种几何形状简单的条形结构，最好是具有正方形、矩形或三角形截面的。然后，测量在基准条形结构区的透射或反射光的光谱分布。在这种情况下，出现光强最大值或最小值的位置可以用作对冲压深度的直接度量，因为这些最大值和最小值出现在光谱的哪些波长上取决于冲压深度。在这一方面，情况通常是随着结构深度的减小，最小波长将越来越短。如果正确地选择了基准条纹的截面，那么最小值频率的绝对值主要取决于需形成结构的基片的折射指数。具体地说，本专利技术这种方法是以下面对透射模式和反射模式测量进行研究的考虑为基础的。在透射模式测量的情况下，假设所测得的具有矩形截面的简单直线条纹的透射度可以以足够高的精度表示为T(λ)=cos2-----(I)]]>其中T(λ)为取决于波长的透射度；a为所得到的条形结构深度(纹条深度)，与冲压深度相应，单位为nm；λ为波长，单位为nm；n为基片折射指数；c1、c2为经验常数，单位为nm。在透射测量模式中，为了用测量来计算结构深度，可利用以下的表示结构深度a与所检测到的最小波长λmin之间直接线性关系的等式a(λmin)=c3+λmin(n-1)-----(II)]]>其中λmin为所测得的T(λ)为最小值处的波长，单位为nm；n为基片的折射指数；c3为经验常数。如果选择了正确的条纹类型，根据以上等式(I)和(II)就能用通过基片的光的原色快速定性估计结构深度，也能实际定量测量结构深度。这样就能很方便地利用适当的测量谱色分布的一个仪器连续迅速地确定在转印操作中所得到的结构的深度，也可以就根据通过基片的光的颜色粗略地加以估计。这使得在形成各相应微结构的过程中快速对加工条件(如冲压压力、冲压时的温度、硬化速度、接受冲压的当前各层的厚度等)的改变作出反应。虽然出现的光强最大值或最小值与所得到的结构深度之间的明显对应关系通常在透射测量模式是能够成立的，但在进行反射测量时很难成立，特别是在用白色光的情况下。这是因为光常常含有一些波长明显小于所需结构深度的分量，这意味着将出现多重干涉现象。例如，在得出的光谱中可能有两个最小值或最大值。虽然还是可以用得出的谱色作为检测所得到的结构深度的准则。在用反射光进行测量时，如果采用合适的条纹，可以得到反射光的光强与波长之间的关系如下 其中λ为波长，单位为nm；a为结构深度，单位为nm；以及c为需确定的常数，单位为nm(在本申请者所研究的这种条纹的情况下，c相应为-50nm)。考虑到反射测量的复杂情况，希望能根据一些标准的纹深，提供对于这些纹深的标准化色谱，从而可以对所达到的冲压深度进行定量的色估计。就以上理论性的考虑而言，还应指出所有这些都是基于在零阶进行测量而得到的。已经提到过基准条形结构希望是具有正方形、矩形或三角形截面的，因为这样情况才最简单，而应用式(I)至(III)基本上也不需要进行什么校正。这意味着测量费用极小，此外，在使用可见光范围内的测量光束时，可以不用测量仪器就通过目测进行定性估计。业已发现，对于本专利技术这种方法最好使用具有下列参数的基准条形结构条纹常数g 0.5μm≤g≤4μm纹条宽度/条纹常数b/g0.1≤b/g≤0.8结构深度a 0.3μm≤a≤4μm业已推出可用许多方法对测量光束进行估计。最好用光谱仪来进行测量光束的色估计，因为这样可以给出可靠、精确的结果。如果是透射测量，按照本专利技术在测定通过基准条形结构的测量光束的颜色时使用白色光。相反，如果需测量反射结构，那么用波长限于某个范围的光作为测量光束更为有利。在这种情况下，可以免除大量如果用白色光会在不同频率上出现的光强最大点和最小点，于是对实际测量结构深度来说，在光强最小点与结构深度之间就有了一个清晰的对应关系。ED3518774C2揭示了一种通过生成一个形成光效阶高的最佳层使相位光栅的衍射特性最佳的方法，这种方法涉及在生成相位光栅期间使基本单色的测量光在周期性的相位光栅处衍射。测出至少两个衍射阶的光束照射强度，从光强与衍射阶的关系导出处理参数。这些参数表明为了使衍射特性最佳应增大还是减小相位光栅的光效阶高。相反，本专利技术所提出的是在冲压操作期间测量微结构冲压深度的方法。在本方法中，为了测定冲出的微结构，至少在微结构的某个区域形成一种基准结构，用给定波长范围的光速照射这基准结构后，在零阶衍射光谱中出现的光强最大点或最小点就用作对于所达到的冲压深度的直接度量，或通过目测光色进行近似估计。本专利技术的其他特性、优点及详细情况可从以下结合附图所作的说明中看出，附图中附图说明图1a-1c示出了三种可供本专利技术使用的条纹截面的实例；图2示出了透射测量的测量原理；图3示出了反射测量的测量原理；图4示出了在如图2所示的测量情况下对于给定的某个结构深度光谱仪的接收曲线；以及图5a-5d分别示出了在反射测量情况下对于不同的结构深度光谱仪的接收曲线。图1a-1c示出了几种尽可能简单的条形结构，这些结构可用作本专利技术所提出的方法的基准结构。其中，图1a所示结构称为矩形结构，图1b所示结构称为方形结构，而1c所示结构称为三角形结构。图1a-1c所示结构与其余微结构同时形成在一块基片上。基片1经适当冲压，表面便形成了纹条2和纹条2之间的纹隙3。图1a-1c所示的这些结构之间的差别不仅在于几何形状不同，而且在于用场不同。具体地说，图1a和1c所示结构用于透射测量，而图1b所示结构用于反射测量。为此，图1a和1c所示结构必需完全是由适当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：海因里希·维尔德，
申请(专利权)人：雷恩哈德库兹有限公司，
类型：发明
国别省市：