專利名稱：涂層工藝調(diào)節(jié)方法
技術領域：
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，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時要使用顏料，用涂布器涂布在所謂的塑料片上，通過轉(zhuǎn)動盤片，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)動時間。因此，在經(jīng)過一段適當?shù)拈L時間涂布過程中，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對于涂布工序以及由此制成的涂層進行監(jiān)控，就需要中斷制造工序，隨機采樣測定涂布的涂層厚度，然后進而相應地改動制造過程中有影響的參數(shù)，例如改動基盤的轉(zhuǎn)數(shù)或者基盤的轉(zhuǎn)動時間。結(jié)果使普通的制造方法受到了限制，尤其是對于大批量制造CD盤或者CD-R盤來說特別不利。
雖然可以在自動生產(chǎn)設備上配備昂貴復雜的核能顯微鏡-檢測裝置，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)，這樣的檢測方法和裝置要求要準備樣本，并且需要很長的測量時間。另外，這不但很昂貴，而且易出故障，維修費事，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，用來檢測零級衍射光的強度。該衍射光是用激光照射在放置在一個旋轉(zhuǎn)盤上的透明基片的表面上產(chǎn)生的。這樣就能測出涂布在一種光學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)表了一種檢測薄層的方法，其中，先將應做厚度檢測的涂層進行選擇刻蝕，借以對反射的衍射光進行檢測，從而求出涂層的厚度。為了要檢測涂層的厚度，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)表了檢測涂層厚度的方法和設備，其中不使用衍射工序，也不使用有關涂布涂層的調(diào)節(jié)方法。
本發(fā)明的任務在于提供一種在基片上涂布一層涂層的非常簡單又容易維護的方法，可以經(jīng)濟使用，并且能夠在涂布過程中可靠地進行求算和/或調(diào)節(jié)在基片上涂布的涂層。
上列任務采用本發(fā)明通過一種對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、至少是一級或更高級的光線或光束的強度或強度變化，用來作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實際值。由于采用本發(fā)明的方法所用的措施和結(jié)構(gòu)簡單，所以能夠在涂布的過程中使用簡單的儀器和低廉的成本不間斷地求算出可靠的涂層厚度。在實施本方法的過程中儀器的維護費用也非常之小。
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開槽，所以能夠求算出至少是衍射光，例如一級或二級或者更高級的衍射光的強度變化，用來作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實際值或調(diào)節(jié)值。有關強度的變化，特別是衍射光的強度變化將在以后借助實施例加以詳細說明。
按照本發(fā)明的有利的實施例能夠求算非衍射光束的強度和強度變化。
按照本發(fā)明另一個更為有利的實施例能夠求算出至少一種波長的非衍射光束和/或衍射光束的強度或強度變化。通過限制光束的一個或者至少多個的波長在一個確定的應用場合能夠求出確定的強度。
另外還有一種優(yōu)點是能夠在避免由于干涉作用產(chǎn)生的含混結(jié)果的條件下同時測量多種波長的強度和強度變化。
衍射光束的強度和強度變化能夠在透射和/或反射的條件下檢測。
按照本發(fā)明另一個有利的實施例，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強度或者強度的絕對變化，而且還在于能夠(并且還是有利于)求算相對強度或者相對的強度變化。后者要涉及到測定出射光束和入射光束強度的比值，并且以此作為實際值或調(diào)節(jié)值。
上述的任務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，例如0級或一級，還可以適用于多個等級，而且更為有利。如果是新手，在求算光譜分布及其改變時，最好使用光譜光度計。
最好的有利之處是根據(jù)實際情況采用激光、發(fā)光二極管(LED)，光譜燈、鹵素燈或散熱器作為光源。將來自光源的非干涉光加以過濾。
按照本發(fā)明的一個有利的實施例是提供一個經(jīng)驗值作為調(diào)節(jié)用的目標值或理想值。為了避免因為了求算這樣的經(jīng)驗值而要進行的費時費事的實驗工作以及涂布工序的試驗工作，使用計算值作為調(diào)節(jié)之用的實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，因而需要從新設計涂層輪廓的時候，如果要求算經(jīng)驗值來作為調(diào)節(jié)用的理論值會特別費時。所以最好是經(jīng)過計算求出一個預定的涂層輪廓作為調(diào)節(jié)用的目標值，借以節(jié)省時間。在此情況下，將已知有關光學的計算法用在涂層方面也是有利的。有關這方面的示例請參閱Born &Wolf箸，光學原理，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，要用一種注塑模具在基片上形成預開槽的幾何形狀，預先準備注塑模具的磨損矯計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開槽的深度。
以下將借助一種CD-R的涂布方式、參閱附圖、對本發(fā)明以及實施例及其優(yōu)點進行詳細說明。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，在備有預開槽幾何形狀的基片上進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開槽幾何形狀的基片，例如采用注射成型的基片1。在此實施例中，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的整個表面上，并且填滿基片1的預開槽2。沉積在預開槽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在整個寬度上雖然是繪成直角的形狀，實際上卻是從槽頂?shù)讲鄣椎男逼禄蚪?jīng)過逐漸過渡形成的。槽3的深度標作“d”。在預開槽2和槽4的上方范圍以內(nèi)的顏料層的厚度用符號“f”表示。
CD-R的結(jié)構(gòu)和實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.應用物理，卷31，部分1，Nr.2B(1992)，484-493頁中所述。為了避免重復，請參閱該文獻；并且以此作為本申請的內(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)射光強度為Iein的入射光或光束7，從下方照射在CD-R5上，相當于經(jīng)過透射、光強度為It0的非衍射的透射光束8，投射在受光器9，例如光譜測光儀上，由該光譜儀測定光強度。從下方照射在CD-R5上的入射光7同樣也照射在預開槽2上。由于預開槽b的間距為等距，形成一個光柵。從而形成光強度為It1的1級透射光束10和光強度為It2的透射光束11，兩者分別投射在受光器12和13上，用來測定其光強度，這些受光器同樣也可能是光譜測光儀。投射在CD-R5上的入射光束7在穿過基片1和顏料層3時產(chǎn)生(部分)反射，分別產(chǎn)生與透射光束8、10、和11相對應的反射光束14、15、16，后者又分別投射在受光器或光探測器17、18、19上。反射光束14為未發(fā)生衍射的一級光，其光強度為Ir0；。反射光束10是一級衍射光束，其光強度為Ir1；反射光束16是二級衍射光束，其光強度為Ir2。當然，也可以從相反的方向投射光線。此時從光源6發(fā)射的入射光線或光束7就會從顏料層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。這樣的反射對于檢測結(jié)果實際上不會產(chǎn)生影響。
根據(jù)已知，顏料層3材料的復合計算指數(shù)是光波長的函數(shù)，或者可以采用已知的方法測出。另外，預開槽2的幾何形狀，其在基片1上的走向，以及預開槽2的寬度a和深度c及其間距b都可以彼此換算。預開槽的形狀隨著注塑工具的磨損發(fā)生的變化緩慢。如果預開槽的幾何形狀的變化達到不可忽略不計的程度，通過經(jīng)常檢測顏料層的厚度就可以很容易調(diào)整預開槽幾何形狀的變化。
由于溝槽4的結(jié)構(gòu)不時發(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的光束強度It0、It1、It2，并且/或者通過反射光束14、15、16的光強度Ir0、Ir1、Ir2檢測和計算的。
從完善的角度出發(fā)還要說明的一點是實測值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，如果所用光的波長大于600nm左右，在實際應用中不論在任何情況都不會受到任何約制，特別在光束透射時更是如此。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)下進行檢測都無關緊要。當檢測是在透射狀態(tài)下進行時，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的一半。當在反光狀態(tài)下進行檢測時，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)進行照射時更是如此。這只有預先對于在工藝過程中要加以嚴格控制的深度范圍有所了解方才能夠克服。只有同時采用不同的波長進行檢測，方才能夠擴展有用的深度范圍。
除了基片1的預開槽的幾何形狀以外，預開槽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也可以進行檢測；只有顏料層3的恒定厚度f是個未知數(shù)，必須要在涂布的過程中進行確認和調(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發(fā)生變化，轉(zhuǎn)而又使零級的透射光束強度It0和入射光束7的強度Iein之間的比值發(fā)生變化，從而對這個厚度值f產(chǎn)生影響。通過對這個比值的測量，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)動時間。
如果由于受到干擾的影響，出現(xiàn)It0/Iein比值含混的危險，通過另外采用光譜光度計同時對多種波長的It0/Iein比值進行檢測的辦法是有益和有意義的。
如果預先取得實測值或經(jīng)驗值，通過調(diào)節(jié)就足以達到目標值或理想值。并不需要為了調(diào)節(jié)而對d、e、f值進行大量的測定工作。要想取得這樣的經(jīng)驗值或?qū)崪y值也很費時日。特別是在改換顏料類型時，就需要重新設計涂層的輪廓結(jié)構(gòu)。出于節(jié)約時間方面的原因，最好是求出已知涂層輪廓的目標值的具體數(shù)值。為了達到這個目的，就需要采用通常的薄層計算法，就地算出透射過基片1和顏料層3的周期結(jié)構(gòu)的一個周期。然后，為了做這種計算，進行一次平頂波的分解，以供計算出的復雜的振幅之用，這就是說，要進行一次傅立葉變換。平頂波振幅求方產(chǎn)生單一衍射級的強度。這種簡化的處理措施從物理的角度來講是不精確的，因為沒有考慮到這是不同級別的波的耦合。然而從實際角度來看卻是足夠精確的，因為該結(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的預開槽2或溝槽4相比，還小得多。
以上是借助一個實施例，結(jié)合CD-R，對本發(fā)明的說明。對專業(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展。例如，還能夠求算零級透射光的光譜分布，借以確定溝槽4的深度d和寬度e，這樣就不再需要檢測更高級的衍射光光束的強度。除此以外，還可以將本發(fā)明的方法相應地用在一個基片的不同位置上，檢查其整個表面上的涂層厚度是否均勻。
權利要求
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，其中對于照射在有涂層的基片上的光束在用于至少一級衍射的光束的透射之后，求出其光強度，從而推導出作為調(diào)節(jié)涂層厚度的實際值。
2.如權利要求1中所述的方法，其特征在于求算非衍射光束波長的強度。
3.如以上各項權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的強度。
4.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于同時求算多種波長的強度。
5.如以上各項權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度。
6.如以上各項權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度。
7.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于求算反射和/或透射光束的相對強度變化。
8.對于在基片上涂布涂層的涂布工藝進行調(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.如權利要求8所述的方法，其特征在于求算光譜分布的強度和/或強度變化。
10.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于使用一種激光光束。
11.如以上各項權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.如權利要求11中所述的方法，其特征在于該非相干光源是一個發(fā)光二極管、一個光譜燈、一個鹵素燈或者一個散熱器。
13.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于光線經(jīng)過光譜濾光。
14.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于使用實測值作為調(diào)節(jié)用的目標值。
15.如權利要求1至13中所述的方法，其特征在于使用計算值作為調(diào)節(jié)用的目標值。
16.如權利要求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行薄膜計算以算出一種周期結(jié)構(gòu)的周期。
17.如以上各項權利要求中的一種方法，其特征在于基片是一個塑料片。
18.如以上各項權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.如以上各項權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行調(diào)節(jié)的一種方法,采用可靠、簡單、可監(jiān)控的測定方法,測定照射在涂層基片上的光束經(jīng)過透射之后的強度,以此作為調(diào)節(jié)涂層厚度之用。
文檔編號G01B11/06GK1269905SQ98809005
公開日2000年10月11日 申請日期1998年9月4日 優(yōu)先權日1997年9月10日
發(fā)明者U·薩巴徹, W·溫德恩 申請人:施蒂格哈馬技術股份公司