本發(fā)明涉及離子束刻蝕制造工藝，更具體地說，涉及一種利用離子束刻蝕工藝制造微納米級(jí)防偽圖文商標(biāo)的方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，不少高檔的手表也走進(jìn)了我們的日常生活。現(xiàn)有的手表大多采用印刷防偽技術(shù)，這些防偽工藝缺點(diǎn)明顯，很容易被仿造和偽造，許多假冒偽劣的手表進(jìn)入市場，給消費(fèi)者帶來巨大的困擾；也有一些手表防偽商標(biāo)采用了激光印刷防偽技術(shù)，但由于激光印刷防偽技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅速擴(kuò)散，同時(shí)也由于激光印刷防偽技術(shù)只能將防偽圖“平面”地印刷在標(biāo)簽上，再將防偽標(biāo)簽粘貼在手表的表盤上面或表蓋里面，早已被造假者從各個(gè)方面攻破，幾乎完全失去了防偽的能力。個(gè)別奢侈級(jí)的名表已經(jīng)把激光防偽商標(biāo)直接印在表盤上了，但受激光防偽技術(shù)只能做到10微米級(jí)精度和只能印刷“平面”圖像的限制，也不難被造假“高手”模仿。

激光防偽技術(shù)包括激光全息圖像防偽、加密激光全息圖象防偽和激光光刻防偽技術(shù)三方面，常用的激光彩虹模壓全息圖文防偽技術(shù)，是應(yīng)用激光彩虹全息圖制版技術(shù)和模壓復(fù)制技術(shù)，在產(chǎn)品上制作的一種可視的圖文信息。最新的激光全息轉(zhuǎn)移技術(shù)已經(jīng)將激光全息壓模、計(jì)算機(jī)光刻、特種制版、精密電鑄粗細(xì)化工、高精度剝離等不同學(xué)科的多項(xiàng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合先制成可轉(zhuǎn)移的全息塑料薄膜，然后再將其轉(zhuǎn)移到紙面上，制成激光全息轉(zhuǎn)移紙，但依然無法超越其只能“平面”防偽的技術(shù)限制。近幾年將激光防偽技術(shù)應(yīng)用于手表防偽商標(biāo)及類似產(chǎn)品的專利有：激光彩虹碼防偽標(biāo)識(shí)(201020285757.7)、一種采用激光刻蝕制造的復(fù)合多功能防偽標(biāo)識(shí)(201110119770.4)、激光全息防偽圖標(biāo)制造方法(201410132053.9)、一種激光成像防偽標(biāo)簽及其制備方法(201510770189.7)以及一種利用激光防偽的多功能智能手表(201520829302.X)等等。

當(dāng)前的防偽技術(shù)要實(shí)現(xiàn)微納米級(jí)精度還有很大困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種在工件上制造微納米級(jí)防偽圖文商標(biāo)的方法，包括：把工件固定在旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)上，表面完整涂上光刻膠；敷上掩模板，該掩模板上帶有要形成的防偽圖文商標(biāo)的圖案；透過掩模板對(duì)光刻膠進(jìn)行紫外線照射；對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影和曝光；清洗光刻膠后光刻膠上留下了要形成的防偽圖文商標(biāo)的圖案；將工件臺(tái)裝入真空倉，抽取真空；產(chǎn)生等離子體；等離子體經(jīng)引出、成束、加速、中和形成離子束；利用所述離子束轟擊工件，則工件上暴露的部分濺射出金屬原子從而形成防偽圖文商標(biāo)，所述離子束的能量為200～1000eV，濺射時(shí)間為5分鐘至30分鐘；將工件取出并清洗光刻膠。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，光刻膠上鏤空的部分與防偽圖文商標(biāo)的圖案一致。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述工件的材料包括銅、鎢、鈦、鉭、鎳、鋁、金、銀或它們的合金。該工件可以為手表機(jī)械組件、微型機(jī)械零部件以及奢侈品。如果是手表機(jī)械組件，具體可以包括但不限于：表盤、表盤數(shù)字、表面、表帶、時(shí)針、分針或秒針。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，抽取真空的方法包括：先用機(jī)械泵粗抽，再用分子泵細(xì)抽，直到真空度達(dá)到并且在全過程中保持至少為6×10^-3Pa。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，形成等離子體的方法包括：電磁線圈產(chǎn)生高頻高壓；陰極鎢絲產(chǎn)生輝光放電；通入惰性氣體，這些惰性氣體在高頻高壓下電離分解產(chǎn)生等離子體。惰性氣體包括：氦、氖、氬、氪或氙。之后，將等離子體經(jīng)引出、成束、加速和中和形成從而形成離子束。具體地，可以使用使用多孔屏柵將等離子體引出、成束形成為離子束，使用加速柵對(duì)離子束加速，可以使用浸沒式中和陰極發(fā)射電子對(duì)離子束進(jìn)行中和形成中性離子束。

本發(fā)明的實(shí)施例采用離子束刻蝕的方法制造微納米級(jí)防偽圖文商標(biāo)，防偽圖文商標(biāo)的精度由光刻膠的尺寸決定。本發(fā)明的實(shí)施例工藝簡單、高效，能夠?qū)崿F(xiàn)微納米級(jí)的防偽圖文商標(biāo)的制造，且本發(fā)明制造的防偽圖文商標(biāo)不易仿制。

附圖說明

通過以下參照附圖對(duì)本公開實(shí)施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在手表表盤上制造防偽圖文商標(biāo)的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在手表表盤上制造防偽圖文商標(biāo)的各裝置示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在手表表盤上涂上光刻膠的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在光刻膠上敷上掩模板的示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的帶有防偽圖文商標(biāo)圖案的光刻膠的示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用離子束轟擊工件的示意圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在工件上形成的防偽圖文商標(biāo)的示意圖。

各標(biāo)號(hào)表示如下：

100-真空倉；110-氣體電離區(qū)；10-氣孔；20-電磁線圈；30-陰極鎢絲；40-弧形陽極板；50-多孔屏柵；60-加速柵；70-浸沒式中和陰極；80-工件；90-工件臺(tái)；120-等離子體；130-離子束；140-中和區(qū)；150-離子束刻蝕區(qū)；200-光刻膠；300-掩模板。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來描述本公開的實(shí)施例。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本公開的概念。

在附圖中示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的各種結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚表達(dá)的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。

在本公開的上下文中，當(dāng)將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時(shí)，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。另外，如果在一種朝向中一層/元件位于另一層/元件“上”，那么當(dāng)調(diào)轉(zhuǎn)朝向時(shí)，該層/元件可以位于該另一層/元件“下”。

根據(jù)本發(fā)明公開的實(shí)施例，公開了一種在工件上制造防偽圖文商標(biāo)的方法，首先將要制造的防偽圖文商標(biāo)的圖案轉(zhuǎn)印于光刻膠上，然后通過離子束轟擊工件表面進(jìn)行離子刻蝕，從工件表面暴露的部分上濺射出金屬原子從而形成防偽圖文商標(biāo)。這種制造防偽圖文商標(biāo)的方法，能夠達(dá)到微納米級(jí)的精度，并且工藝簡單能夠量產(chǎn)，能夠應(yīng)用于廣大的工業(yè)領(lǐng)域。

本發(fā)明實(shí)施例中采用離子束加工(Ion Beam Machining，IBM)制造微納米級(jí)防偽圖形商標(biāo)的原理是：在真空條件下利用離子源(離子槍)產(chǎn)生的等離子體經(jīng)引出、成束、加速、中和形成高能離子束轟擊工件表面，按人們?cè)O(shè)計(jì)的圖案，使材料變形、破壞、分離以達(dá)到加工目的。因?yàn)殡x子帶正電荷且質(zhì)量是電子的千萬倍，且加速到較高速度時(shí)，具有比電子束大得多的撞擊動(dòng)能，因此，離子束撞擊工件將引起變形、分離、破壞等機(jī)械作用，而不像電子束是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工。離子束加工具有超微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工能力，因離子束流密度和能量可得到精確控制，在較高真空度下進(jìn)行加工，環(huán)境污染少，特別適合加工高純度的半導(dǎo)體材料及易氧化的金屬材料；離子束加工應(yīng)力小，變形極微小，加工表面質(zhì)量高，適合于各種材料和低剛度零件的加工。離子束加工的應(yīng)用范圍包括離子束蝕刻、離子束鍍膜、離子束濺射沉積和離子束注入等。

常規(guī)離子束干法刻蝕(Ion Beam Dry Etching，IBDE)的加工過程是：首先在超凈環(huán)境中將工件的待加工表面清洗干凈，涂上光刻膠，再敷上掩膜版，經(jīng)過紫外線照射，將掩膜版上的圖形“轉(zhuǎn)印”到光刻膠上；其次把工件放入真空倉，用高能量的離子束轟擊帶光刻膠的工件表面，將光刻膠上的圖形“刻蝕”到工件上；最后清除工件表面剩余的光刻膠；常規(guī)離子束干法刻蝕的特點(diǎn)是：刻蝕偏差很小，刻蝕圖形和刻蝕速率可控，不用或少用化學(xué)試劑。

以下結(jié)合附圖1～7對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例需要在手表的表針上形成凹陷大約5nm的防偽圖文商標(biāo)。對(duì)于本發(fā)明的其他實(shí)施例，也可以在其他機(jī)械組件上形成防偽圖文商標(biāo)，例如其他手表組件，包括但不限于表盤、表盤數(shù)字、表面、表帶、時(shí)針、分針或秒針。要形成防偽圖文商標(biāo)凹陷的程度也可以是其他尺寸，例如1～30nm。

如圖1、圖2和圖3所示，首先執(zhí)行步驟S01，把手表表盤80固定在旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)90上，涂上光刻膠200。具體地，可以通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)90上的工件夾具把工件固定于工件臺(tái)90上?？梢圆捎贸Ｒ?guī)的方法例如旋涂在表盤80的整個(gè)表面涂上光刻膠200，光刻膠200的厚度可以根據(jù)需要來調(diào)整，例如是30～200nm。手表表盤80的材料可以包括：銅(Cu)、鎢(W)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)，或者是它們的合金。需要說明的是在執(zhí)行這個(gè)步驟之前，表盤上要形成防偽圖文商標(biāo)的表面首先要清洗干凈。

接著如圖1所示，執(zhí)行步驟S02，將要制造的防偽圖文商標(biāo)的圖案轉(zhuǎn)印于光刻膠200上。具體地，如圖4所示，可以在光刻膠200上敷上掩模板300，該掩模板300上帶有要形成的防偽圖文商標(biāo)的圖案(如圖中的凹陷部分所示)；透過掩模板300對(duì)光刻膠200進(jìn)行紫外線照射，照射的時(shí)間可以是1分鐘至十幾分鐘；然后對(duì)光刻膠200進(jìn)行顯影和曝光；最后清洗光刻膠，例如通過溶解或灰化去除被顯影的光刻膠。如圖5所示為最后光刻膠上留下了所要形成的防偽圖文商標(biāo)的圖案。形成光刻膠圖形的方法也可以是其他的辦法，本發(fā)明對(duì)此不作限制。

接著如圖1所示，執(zhí)行步驟S03，將工件臺(tái)裝入真空倉，抽取真空。本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)需要真空度達(dá)到6×10^-3Pa以上，因此所有的旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)90、表盤80以及后續(xù)會(huì)提到的產(chǎn)生離子束的裝置都需要置于如圖2所示的真空倉100中，然后抽真空。具體地，抽取真空的方法包括：先用機(jī)械泵粗抽，再用分子泵細(xì)抽，直到真空度達(dá)到并且在全過程中保持至少為6×10^-3Pa。

如圖1、圖2所示，接著執(zhí)行步驟S04，形成等離子體120。具體地，可以包括如下步驟：向真空倉100內(nèi)的離子源室充入氣體，例如本發(fā)明的實(shí)施例中氣體可以是惰性氣體，例如氬氣、氪氣、氙氣、氦氣或氖氣，接著打開高壓電源，使離子源室內(nèi)的惰性氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體。以下為采用圖2中的設(shè)備產(chǎn)生等離子體的一個(gè)具體的示例方法，首先將惰性氣體例如氬氣等通過氣孔10通入真空環(huán)境中，讓陰極鎢絲30在高頻高壓下發(fā)射電子進(jìn)行輝光放電，則氬氣能夠電離分解產(chǎn)生等離子體Ar⁺，其中高頻高壓可以由電磁線圈20產(chǎn)生。圖2中110為氣體電離區(qū)，即弧形陽極板40之間的區(qū)域，氬氣即在這個(gè)區(qū)域被電離產(chǎn)生等離子體。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中也可以采用其他方法產(chǎn)生等離子體，并且也可以采用其他惰性氣體元素產(chǎn)生等離子體，例如可以是氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氖氣(Ne)或氦氣(He)，本發(fā)明對(duì)此不做限制。

如圖1、圖2所示，接著執(zhí)行步驟S05，形成離子束130。如圖2所示，等離子體例如Ar⁺經(jīng)過引出、成束、加速以及中和形成高能高速離子束130。具體地，可以采用多孔屏柵50將等離子體120引出、成束形成為離子束，使用加速柵60對(duì)離子束加速，最后使用浸沒式中和陰極70發(fā)射電子對(duì)離子束進(jìn)行中和形成中性離子束130。圖2中140為離子中和區(qū)。對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例的手表表盤，加速柵50的加速電壓例如可以是0～600V，高能高速離子束700的能量可以為200～1000eV，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，如果手表表盤的材料采用鎢，高能高速離子束700的能量可以為200～800eV。

如圖1、圖2和圖6所示，接著執(zhí)行步驟S06，利用離子束130轟擊手表表盤80上暴露的部分進(jìn)行離子束刻蝕從而形成防偽圖文商標(biāo)。如圖2所示，150為離子束刻蝕區(qū)。利用離子束130轟擊手表表盤80，由于手表表盤80上覆蓋著光刻膠200，而光刻膠上帶有防偽圖文商標(biāo)的圖形，因此手表表盤上暴露的部分將被離子束130刻蝕，從而濺射出原子，形成向內(nèi)凹陷大約為1～10nm的防偽圖文商標(biāo)。離子束130轟擊手表表盤80的時(shí)間跟要形成的防偽圖文商標(biāo)的凹陷的程度有關(guān)，一般可以為幾分鐘至幾十分鐘，例如5分鐘至30分鐘，轟擊的時(shí)間越長則形成的防偽圖文商標(biāo)越凹陷，越清晰。轟擊表盤的離子束為一個(gè)大面積的、束流密度均勻的、高能量的中性氬離子束，例如，束流密度可以是0.2～0.8mA/cm2，離子速度可以達(dá)到108～1010cm/s。

離子束刻蝕(Ion Beam Etching，IBE)的原理是：當(dāng)所帶能量為200～1000eV、束流密度為0.2～0.8mA/cm2的氬離子轟擊工件表面時(shí)，高能離子所傳遞的能量超過工件表面原子或分子間鍵合力時(shí)，材料表面的原子或分子掙脫原子間的束縛力被逐個(gè)濺射出來；離子束刻蝕過程是純物理濺射，即通過物理上的能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)刻蝕的過程，本質(zhì)上屬于一種原子尺度的切削加工，通常又稱為離子銑削(Ion Beam Milling，IBM，或簡稱IM)。離子束刻蝕可以刻蝕任何固定材料，工藝參數(shù)可控性好，工藝安全環(huán)保，可以刻蝕具有較大深寬比的立體圖形，刻蝕精度高，分辨率小于10nm。

通過本發(fā)明的方法能夠通過離子束刻蝕的方法在手表表盤上形成防偽圖文商標(biāo)圖案，當(dāng)高能量的氬離子束所傳遞的能量超過表盤表面原子或分子間鍵合力時(shí)，表盤表面的原子或分子掙脫原子間的束縛力，因級(jí)聯(lián)碰撞而被逐個(gè)濺射出來，實(shí)現(xiàn)純物理的常規(guī)離子束干法刻蝕，將防偽商標(biāo)“復(fù)制”在工件上。

最后執(zhí)行步驟S07，取出手表表盤80并清洗光刻膠200。具體地，打開真空倉，取出手表表盤80，清洗剩余的光刻膠200。清洗的方法例如可以是直接采用去膠機(jī)去除，或者是濕法清洗，例如采用硫酸、雙氧水等進(jìn)行清洗，也可以采用氧氣進(jìn)行等離子刻蝕，或者采用灰化去除。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行清洗。光刻膠200清洗完畢后，本發(fā)明的實(shí)施例完成，在表盤上實(shí)現(xiàn)了形成了防偽圖文商標(biāo)。

本發(fā)明實(shí)施例的整個(gè)形成防偽圖文商標(biāo)的在真空倉里的過程是：①氬氣由主陰極發(fā)射電子“電離”成氬離子等離子體②由多孔屏柵引出、成束和加速柵“加速”形成氬離子束③由中和陰極發(fā)射電子“中和”成中性離子束④“轟擊”表盤表面由能量傳遞和級(jí)聯(lián)碰撞發(fā)生原子飛濺，形成防偽圖文商標(biāo)。

本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前防偽圖文商標(biāo)制造現(xiàn)狀以及存在的問題，提出了用離子束刻蝕技術(shù)制作微納米級(jí)手表防偽圖文商標(biāo)，即用常規(guī)離子束干式刻蝕技術(shù)(IBDE)在手表表盤特定位置上、表盤整點(diǎn)數(shù)字上、時(shí)針或分針的指針或指針針頭上直接制作微納米級(jí)超精密的、立體的圖文商標(biāo)，用普通手握式放大鏡或眼戴式(眼夾式)放大鏡就可以看到，不用打開手表后蓋就可以鑒別手表的真?zhèn)?，可以取代傳統(tǒng)的激光防偽商標(biāo)制作技術(shù)。

在以上的描述中，對(duì)于各層的構(gòu)圖、刻蝕等技術(shù)細(xì)節(jié)并沒有做出詳細(xì)的說明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以通過各種技術(shù)手段，來形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計(jì)出與以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，盡管在以上分別描述了各實(shí)施例，但是這并不意味著各個(gè)實(shí)施例中的措施不能有利地結(jié)合使用。

以上對(duì)本公開的實(shí)施例進(jìn)行了描述。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。不脫離本公開的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應(yīng)落在本公開的范圍之內(nèi)。