專利名稱：涂層工藝調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基片上涂布涂層所用涂布工序的調(diào)節(jié)方法。
在基片上涂布涂層使用多道制造和處理工序時(shí)，必須要制成并且保持規(guī)定厚度的涂層。以制造致密盤(CD盤)為例，要將一種涂料，例如清漆，或者在制造可寫CD盤，就是所謂的CD-R時(shí)要使用顏料，用涂布器涂布在所謂的塑料片上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)盤片，利用其離心力，使清漆或顏料均勻分布在盤片上。用這種涂布工序涂布的涂層厚度要受多種因素的約制。要取決于，例如，涂料的種類和粘稠度，有效的工作溫度；基片的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。因此，在經(jīng)過一段適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)時(shí)間涂布過程中，在基片上涂布恒定厚度涂層的參數(shù)很難保持恒定。為了在采用普通的制造方法時(shí)對(duì)于涂布工序以及由此制成的涂層進(jìn)行監(jiān)控，就需要中斷制造工序，隨機(jī)采樣測(cè)定涂布的涂層厚度，然后進(jìn)而相應(yīng)地改動(dòng)制造過程中有影響的參數(shù)，例如改動(dòng)基盤的轉(zhuǎn)數(shù)或者基盤的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。結(jié)果使普通的制造方法受到了限制，尤其是對(duì)于大批量制造CD盤或者CD-R盤來說特別不利。
雖然可以在自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備上配備昂貴復(fù)雜的核能顯微鏡-檢測(cè)裝置，用來在涂布過程中求算涂層厚度，然后據(jù)此來改變參數(shù)，這樣的檢測(cè)方法和裝置要求要準(zhǔn)備樣本，并且需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。另外，這不但很昂貴，而且易出故障，維修費(fèi)事，所以這種可能性不適于在像CD那樣的大批量生產(chǎn)中使用。
在Derwent摘要數(shù)據(jù)庫WPI中的JP 06-223418 A中發(fā)表了一種裝置，用來檢測(cè)零級(jí)衍射光的強(qiáng)度。該衍射光是用激光照射在放置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤上的透明基片的表面上產(chǎn)生的。這樣就能測(cè)出涂布在一種光學(xué)記錄媒體上的涂層厚度。
在Derwent摘要數(shù)據(jù)庫WPI中的SU 974,640 B中發(fā)表了一種檢測(cè)薄層的方法，其中，先將應(yīng)做厚度檢測(cè)的涂層進(jìn)行選擇刻蝕，借以對(duì)反射的衍射光進(jìn)行檢測(cè)，從而求出涂層的厚度。為了要檢測(cè)涂層的厚度，先要將涂層自身加以改變。為了要在涂層上刻蝕出結(jié)構(gòu)紋，要采用一種破壞性的工藝。
在H.H.Schlemmer，M.Mchler，J.Phys.E.Sci.工具裝置18，914(1985)；M.Mchler，M.Schlemmer，Zeiss信息.30，裝置16(1998)；US 4 645 349，US 4 984 894，US 4 666 305，WO96-33387 A1和E-P 0 772 189 A2分別發(fā)表了檢測(cè)涂層厚度的方法和設(shè)備，其中不使用衍射工序，也不使用有關(guān)涂布涂層的調(diào)節(jié)方法。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種在基片上涂布一層涂層的非常簡(jiǎn)單又容易維護(hù)的方法，可以經(jīng)濟(jì)使用，并且能夠在涂布過程中可靠地進(jìn)行求算和/或調(diào)節(jié)在基片上涂布的涂層。
上列任務(wù)采用本發(fā)明通過一種對(duì)于在一種具有衍射結(jié)構(gòu)的基片上涂布一層涂層在涂布過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法得到解決，采用這種方法，可以求算出在有涂層的基片上投射并經(jīng)過反射和/或透射之后、至少是一級(jí)或更高級(jí)的光線或光束的強(qiáng)度或強(qiáng)度變化，用來作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實(shí)際值。由于采用本發(fā)明的方法所用的措施和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以能夠在涂布的過程中使用簡(jiǎn)單的儀器和低廉的成本不間斷地求算出可靠的涂層厚度。在實(shí)施本方法的過程中儀器的維護(hù)費(fèi)用也非常之小。
由于基片有結(jié)構(gòu)紋，例如，正象CD-R盤那樣采用所謂的預(yù)開槽，所以能夠求算出至少是衍射光，例如一級(jí)或二級(jí)或者更高級(jí)的衍射光的強(qiáng)度變化，用來作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實(shí)際值或調(diào)節(jié)值。有關(guān)強(qiáng)度的變化，特別是衍射光的強(qiáng)度變化將在以后借助實(shí)施例加以詳細(xì)說明。
按照本發(fā)明的有利的實(shí)施例能夠求算非衍射光束的強(qiáng)度和強(qiáng)度變化。
按照本發(fā)明另一個(gè)更為有利的實(shí)施例能夠求算出至少一種波長(zhǎng)的非衍射光束和/或衍射光束的強(qiáng)度或強(qiáng)度變化。通過限制光束的一個(gè)或者至少多個(gè)的波長(zhǎng)在一個(gè)確定的應(yīng)用場(chǎng)合能夠求出確定的強(qiáng)度。
另外還有一種優(yōu)點(diǎn)是能夠在避免由于干涉作用產(chǎn)生的含混結(jié)果的條件下同時(shí)測(cè)量多種波長(zhǎng)的強(qiáng)度和強(qiáng)度變化。
衍射光束的強(qiáng)度和強(qiáng)度變化能夠在透射和/或反射的條件下檢測(cè)。
按照本發(fā)明另一個(gè)有利的實(shí)施例，涂布工序的調(diào)節(jié)不僅在于求算反射和/或者透射光束的絕對(duì)強(qiáng)度或者強(qiáng)度的絕對(duì)變化，而且還在于能夠(并且還是有利于)求算相對(duì)強(qiáng)度或者相對(duì)的強(qiáng)度變化。后者要涉及到測(cè)定出射光束和入射光束強(qiáng)度的比值，并且以此作為實(shí)際值或調(diào)節(jié)值。
上述的任務(wù)通過在緒論中所述的方法替換地或者另外結(jié)合以上介紹的措施也可以這樣解決，那就是求算照射在涂層基片上的光束經(jīng)過反射和/或透射之后的光譜分布和/或光譜分布的改變，并且以此作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實(shí)際值或調(diào)節(jié)值。光譜分布和/或光譜分布的改變方面的求算同樣能夠適用于非衍射光束并且也同樣適用于衍射光束，在后者的情況下光譜分布或者光譜分布的改變不僅局限于一種等級(jí)，例如0級(jí)或一級(jí)，還可以適用于多個(gè)等級(jí)，而且更為有利。如果是新手，在求算光譜分布及其改變時(shí)，最好使用光譜光度計(jì)。
最好的有利之處是根據(jù)實(shí)際情況采用激光、發(fā)光二極管(LED)，光譜燈、鹵素?zé)艋蛏崞髯鳛楣庠础碜怨庠吹姆歉缮婀饧右赃^濾。
按照本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例是提供一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值作為調(diào)節(jié)用的目標(biāo)值或理想值。為了避免因?yàn)榱饲笏氵@樣的經(jīng)驗(yàn)值而要進(jìn)行的費(fèi)時(shí)費(fèi)事的實(shí)驗(yàn)工作以及涂布工序的試驗(yàn)工作，使用計(jì)算值作為調(diào)節(jié)之用的實(shí)際值或理論值也是有利的。特別是在改換基片和/或涂層材料，因而需要從新設(shè)計(jì)涂層輪廓的時(shí)候，如果要求算經(jīng)驗(yàn)值來作為調(diào)節(jié)用的理論值會(huì)特別費(fèi)時(shí)。所以最好是經(jīng)過計(jì)算求出一個(gè)預(yù)定的涂層輪廓作為調(diào)節(jié)用的目標(biāo)值，借以節(jié)省時(shí)間。在此情況下，將已知有關(guān)光學(xué)的計(jì)算法用在涂層方面也是有利的。有關(guān)這方面的示例請(qǐng)參閱Born &Wolf箸，光學(xué)原理，第6版，Pergamon出版社，特別是51-70頁。
涉及到在有結(jié)構(gòu)紋的基片上的涂布工序方面，例如，制造CD-R盤時(shí)，要用一種注塑模具在基片上形成預(yù)開槽的幾何形狀，預(yù)先準(zhǔn)備注塑模具的磨損矯計(jì)算式也是一種有利的辦法，這樣可以提示幾何形狀，例如，在用塑料基片大量制造預(yù)開槽的深度。
以下將借助一種CD-R的涂布方式、參閱附圖、對(duì)本發(fā)明以及實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖中，

圖1是一種CD-R的、涂有涂層的基片的部分剖面示意圖，圖2是采用本發(fā)明方法，結(jié)合CD-R盤的制造，在備有預(yù)開槽幾何形狀的基片上進(jìn)行涂布的示意說明圖。
如圖1所示，是在上表面上做成被稱為預(yù)開槽幾何形狀的基片，例如采用注射成型的基片1。在此實(shí)施例中，在基片1的上表面上開有等間距的溝槽2，稱之為預(yù)開槽，其寬度“a”為450nm，等間距“b”約為1600nm，以彼此保持羅紋間距的方式延伸。預(yù)開槽2的深度“c”基本上是在50到200nm之間。在基片1上沉積一層顏料或染料涂層3，主要是覆蓋在基片1的整個(gè)表面上，并且填滿基片1的預(yù)開槽2。沉積在預(yù)開槽2上方、并將溝槽填滿的顏料層稱之為溝槽4，呈凹槽的形狀，是在顏料在基片1的預(yù)開槽2中的沉積過程中形成的，在CD-R的記錄或讀出過程中起到信道或磁跡的作用。圖中的槽4在整個(gè)寬度上雖然是繪成直角的形狀，實(shí)際上卻是從槽頂?shù)讲鄣椎男逼禄蚪?jīng)過逐漸過渡形成的。槽3的深度標(biāo)作“d”。在預(yù)開槽2和槽4的上方范圍以內(nèi)的顏料層的厚度用符號(hào)“f”表示。
CD-R的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例以及其槽口的幾何形狀、還有所用顏料涂層是眾所周知的，例如在Jpn.應(yīng)用物理，卷31，部分1，Nr.2B(1992)，484-493頁中所述。為了避免重復(fù)，請(qǐng)參閱該文獻(xiàn)；并且以此作為本申請(qǐng)的內(nèi)容。
圖2所示是具有基片1和顏料涂層3的CD-R5。由光源6發(fā)射光強(qiáng)度為Iein的入射光或光束7，從下方照射在CD-R5上，相當(dāng)于經(jīng)過透射、光強(qiáng)度為It0的非衍射的透射光束8，投射在受光器9，例如光譜測(cè)光儀上，由該光譜儀測(cè)定光強(qiáng)度。從下方照射在CD-R5上的入射光7同樣也照射在預(yù)開槽2上。由于預(yù)開槽b的間距為等距，形成一個(gè)光柵。從而形成光強(qiáng)度為It1的1級(jí)透射光束10和光強(qiáng)度為It2的透射光束11，兩者分別投射在受光器12和13上，用來測(cè)定其光強(qiáng)度，這些受光器同樣也可能是光譜測(cè)光儀。投射在CD-R5上的入射光束7在穿過基片1和顏料層3時(shí)產(chǎn)生(部分)反射，分別產(chǎn)生與透射光束8、10、和11相對(duì)應(yīng)的反射光束14、15、16，后者又分別投射在受光器或光探測(cè)器17、18、19上。反射光束14為未發(fā)生衍射的一級(jí)光，其光強(qiáng)度為Ir0；。反射光束10是一級(jí)衍射光束，其光強(qiáng)度為Ir1；反射光束16是二級(jí)衍射光束，其光強(qiáng)度為Ir2。當(dāng)然，也可以從相反的方向投射光線。此時(shí)從光源6發(fā)射的入射光線或光束7就會(huì)從顏料層3射到CD-R5上。透過多層顏料層透射過來的規(guī)定波長(zhǎng)的光的光量很小，穿過基片1和顏料層3的附屬反射光量很弱。這樣的反射對(duì)于檢測(cè)結(jié)果實(shí)際上不會(huì)產(chǎn)生影響。
根據(jù)已知，顏料層3材料的復(fù)合計(jì)算指數(shù)是光波長(zhǎng)的函數(shù)，或者可以采用已知的方法測(cè)出。另外，預(yù)開槽2的幾何形狀，其在基片1上的走向，以及預(yù)開槽2的寬度a和深度c及其間距b都可以彼此換算。預(yù)開槽的形狀隨著注塑工具的磨損發(fā)生的變化緩慢。如果預(yù)開槽的幾何形狀的變化達(dá)到不可忽略不計(jì)的程度，通過經(jīng)常檢測(cè)顏料層的厚度就可以很容易調(diào)整預(yù)開槽幾何形狀的變化。
由于溝槽4的結(jié)構(gòu)不時(shí)發(fā)生的變化是由于槽深d和槽寬e(參閱圖1)造成的，所以顏料層3的表面凹陷無法計(jì)算。
顏料層3這種表面凹陷，也就是溝槽4的深度d和寬度e，卻可以通過透射光束8、10和11的光束強(qiáng)度It0、It1、It2，并且/或者通過反射光束14、15、16的光強(qiáng)度Ir0、Ir1、Ir2檢測(cè)和計(jì)算的。
從完善的角度出發(fā)還要說明的一點(diǎn)是實(shí)測(cè)值It0、It1、It2和Ir0、Ir1、Ir2的唯一性要受到相差的約制，后者小于所用波長(zhǎng)的一半。由于溝槽4的深度e一般是在50nm和200nm之間，如果所用光的波長(zhǎng)大于600nm左右，在實(shí)際應(yīng)用中不論在任何情況都不會(huì)受到任何約制，特別在光束透射時(shí)更是如此。在此情況下，不論衍射光束是在透射狀態(tài)下還是在反射狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)都無關(guān)緊要。當(dāng)檢測(cè)是在透射狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)，厚度間隔在0到300nm之間的相位移都明顯小于可見光譜的光波長(zhǎng)的一半。當(dāng)在反光狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在這樣的光譜范圍下所得的結(jié)果含混，特別是在基片側(cè)進(jìn)行照射時(shí)更是如此。這只有預(yù)先對(duì)于在工藝過程中要加以嚴(yán)格控制的深度范圍有所了解方才能夠克服。只有同時(shí)采用不同的波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)，方才能夠擴(kuò)展有用的深度范圍。
除了基片1的預(yù)開槽的幾何形狀以外，預(yù)開槽2的寬度a和深度b都是已知和不變的；溝槽4的深度d和寬度d也可以進(jìn)行檢測(cè)；只有顏料層3的恒定厚度f是個(gè)未知數(shù)，必須要在涂布的過程中進(jìn)行確認(rèn)和調(diào)節(jié)。在涂布顏料層3的過程中，透射的非衍射光束的吸收會(huì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)而又使零級(jí)的透射光束強(qiáng)度It0和入射光束7的強(qiáng)度Iein之間的比值發(fā)生變化，從而對(duì)這個(gè)厚度值f產(chǎn)生影響。通過對(duì)這個(gè)比值的測(cè)量，就可以求出顏料層3的厚度f的數(shù)據(jù)以及用來調(diào)節(jié)涂布工序參數(shù)的實(shí)際控制值，例如，顏料涂布溫度的調(diào)節(jié)值，或者基片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。
如果由于受到干擾的影響，出現(xiàn)It0/Iein比值含混的危險(xiǎn)，通過另外采用光譜光度計(jì)同時(shí)對(duì)多種波長(zhǎng)的It0/Iein比值進(jìn)行檢測(cè)的辦法是有益和有意義的。
如果預(yù)先取得實(shí)測(cè)值或經(jīng)驗(yàn)值，通過調(diào)節(jié)就足以達(dá)到目標(biāo)值或理想值。并不需要為了調(diào)節(jié)而對(duì)d、e、f值進(jìn)行大量的測(cè)定工作。要想取得這樣的經(jīng)驗(yàn)值或?qū)崪y(cè)值也很費(fèi)時(shí)日。特別是在改換顏料類型時(shí)，就需要重新設(shè)計(jì)涂層的輪廓結(jié)構(gòu)。出于節(jié)約時(shí)間方面的原因，最好是求出已知涂層輪廓的目標(biāo)值的具體數(shù)值。為了達(dá)到這個(gè)目的，就需要采用通常的薄層計(jì)算法，就地算出透射過基片1和顏料層3的周期結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期。然后，為了做這種計(jì)算，進(jìn)行一次平頂波的分解，以供計(jì)算出的復(fù)雜的振幅之用，這就是說，要進(jìn)行一次傅立葉變換。平頂波振幅求方產(chǎn)生單一衍射級(jí)的強(qiáng)度。這種簡(jiǎn)化的處理措施從物理的角度來講是不精確的，因?yàn)闆]有考慮到這是不同級(jí)別的波的耦合。然而從實(shí)際角度來看卻是足夠精確的，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的深度，也就是c和d的值，最大也不過有200nm，與其周期率相比，也就是說，與1600nm的預(yù)開槽2或溝槽4相比，還小得多。
以上是借助一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合CD-R，對(duì)本發(fā)明的說明。對(duì)專業(yè)人員來說，只要不脫離本專利的宗旨還可以加以變換和擴(kuò)展。例如，還能夠求算零級(jí)透射光的光譜分布，借以確定溝槽4的深度d和寬度e，這樣就不再需要檢測(cè)更高級(jí)的衍射光光束的強(qiáng)度。除此以外，還可以將本發(fā)明的方法相應(yīng)地用在一個(gè)基片的不同位置上，檢查其整個(gè)表面上的涂層厚度是否均勻。
權(quán)利要求
1.在一種具有衍射結(jié)構(gòu)的基片上涂布一層涂層的涂布工藝的調(diào)節(jié)方法，其中對(duì)于照射在有涂層的基片上的光束在用于至少一級(jí)衍射的光束的透射之后，求出其光強(qiáng)度，從而推導(dǎo)出作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實(shí)際值。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于求算非衍射光束波長(zhǎng)的強(qiáng)度。
3.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于求算非衍射光束和/或衍射光束的至少一種波長(zhǎng)的強(qiáng)度。
4.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于同時(shí)求算多種波長(zhǎng)的強(qiáng)度。
5.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于求算衍射光束在透射中的強(qiáng)度。
6.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于求算衍射光束在反射中的強(qiáng)度。
7.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于求算反射和/或透射光束的相對(duì)強(qiáng)度變化。
8.對(duì)于在基片上涂布涂層的涂布工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，其特征在于求算投射在有涂層基片上的光束經(jīng)過透射和/或反射之后的光譜分布。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于求算光譜分布的強(qiáng)度和/或強(qiáng)度變化。
10.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于使用一種激光光束。
11.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于使用來自非相干光源的光束。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于該非相干光源是一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)光譜燈、一個(gè)鹵素?zé)艋蛘咭粋€(gè)散熱器。
13.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于光線經(jīng)過光譜濾光。
14.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于使用實(shí)測(cè)值作為調(diào)節(jié)用的目標(biāo)值。
15.如權(quán)利要求1至13中所述的方法，其特征在于使用計(jì)算值作為調(diào)節(jié)用的目標(biāo)值。
16.如權(quán)利要求15中所述的方法，其特征在于模擬穿過基片和涂層的透射過程來就地進(jìn)行薄膜計(jì)算以算出一種周期結(jié)構(gòu)的周期。
17.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于基片是一個(gè)塑料片。
18.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于涂布的涂層是由一種顏料形成的。
19.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的一種方法，其特征在于用于制造致密盤(CD)。
20.如權(quán)利要求1至18中所述方法中的一種方法，其特征在于用于制造可寫的致密盤(CD)。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)于在一片基片上經(jīng)過涂布形成一層涂層用的涂布工序進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種方法,采用可靠、簡(jiǎn)單、可監(jiān)控的測(cè)定方法,測(cè)定照射在涂層基片上的光束經(jīng)過透射之后的強(qiáng)度,以此作為調(diào)節(jié)涂層厚度之用。
文檔編號(hào)G01B11/06GK1269905SQ98809005
公開日2000年10月11日 申請(qǐng)日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月10日
發(fā)明者U·薩巴徹, W·溫德恩 申請(qǐng)人:施蒂格哈馬技術(shù)股份公司