способ исследования оптического диска оригинала и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01B11/30 для измерения шероховатости или неровностей поверхностей G01N21/89 в движущемся материале, например бумаге, текстильных изделиях |
Автор(ы): | Джеральд Альфред Джон Рейнолдс[GB], Джонатан Халлидей[GB] |
Патентообладатель(и): | Нимбус Коммуникейшнз Интернэшнл Лимитед (GB) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-04-05 публикация патента:
27.03.1998 |
Использование: в испытательной технике, для исследования оптических дисков-оригиналов, предназначенных для создания компакт-дисков или лазерных дисков. Сущность изобретения: для контроля процесса проявления слоя фоторезиста на оптическом диске оригинала с помощью проявляющей жидкости прозрачное тело приводится в соприкосновение с проявляющей жидкостью. Луч света падает на оптический диск оригинала от источника, а дифрагированный луч проходит через проявляющую жидкость и прозрачное тело к детектору. Дифрагированный луч формируется из падающего луча света посредством отражения и представляет собой дифрагированный луч первого порядка. Падающий луч света модулируется. Проявление слоя фоторезиста контролируется посредством контроля изменений дифрагированного луча света, обнаруживаемого детектором, 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Способ исследования в процессе изготовления оптического диска оригинала, включающий формирование на поверхности диска слоя (14) проявляющей жидкости, направление луча (6) света на участок поверхности диска (3) и исследование по меньшей мере одного дифрагированного луча (8, 10) света в результате дифракции луча (6) света на участке поверхности диска, отличающийся тем, что другую поверхность слоя проявляющей жидкости (14) приводят в соприкосновение с твердым телом (4, 35, 50) так, что между участком поверхности диска и твердым телом (4, 35, 50) находится некоторая часть слоя (14) проявляющей жидкости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из дифрагированных лучей (8, 10) света является дифрагированным лучом (8) света первого порядка. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуемые дифрагированные лучи (8, 10) света включают по меньшей мере дифрагированные луч (8) света первого порядка и луч (10) света нулевого порядка. 4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что твердое тело (4, 35, 50) - прозрачно и по меньшей мере один из лучей (6) света и по меньшей мере один из дифрагированных лучей (8, 10) света проходят через твердое тело (4, 35, 50). 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что по меньшей мере один из дифрагированных лучей (8, 10) света образуется в результате дифракции луча (6) света на поверхности диска (3) при отражении от нее. 6. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что по меньшей мере один из дифрагированных лучей (8, 10) света формируется из луча (6) света при его прохождении через поверхность диска (3). 7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что формирование слоя (14) проявляющей жидкости производят подачей ее через насадку (34), окно в которой представляет собой твердое тело (4, 35, 50). 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что луч (6) света периодически модулируют по интенсивности. 9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что оптический диск (3) оригинала покрывают фоторезистом (2) и экспонируют фоторезист (2) модулированным светом перед формированием слоя (14) проявляющей жидкости на поверхности диска (3). 10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что оптический диск (3) оригинала вращают при формировании на нем слоя (14) проявляющей жидкости. 11. Устройство для исследования оптического оригинала диска, содержащее средство (30, 31) опоры, предназначенное для поддержания диска (3), средство (34) подачи слоя (14) проявляющей жидкости на поверхности диска (3), источник (5) и детектор (9) света, предназначенные соответственно для формирования луча (6) света и регистрации по меньшей мере одного дифрагированного луча (8) света в результате взаимодействия луча (6) света с участком поверхности диска (3), отличающееся тем, что рядом со средством (30, 31) опоры размещено твердое тело (4, 35, 50), предназначенное для соприкосновения с проявляющей жидкостью (14), так, что между участком поверхности диска (3) и твердым телом (4, 35, 50) находится некоторая часть слоя (14) проявляющей жидкости. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что твердое тело (4, 35, 50) - прозрачное. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что твердое тело (4, 35, 50) выполнено в виде окна в корпусе, внутри которого помещен детектор (9). 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что твердое тело выполнено из сапфира. 15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что твердое тело (4, 35, 50) выполнено в виде стенки (35) средства подачи проявляющей жидкости (14). 16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средство подачи проявляющей жидкости (14) выполнено в виде насадки (34) и обращено к средству (30, 31) опоры, а твердое тело (4, 35, 50) выполнено в виде прозрачного окна (50) в стенке насадки. 17. Устройство по любому из пп.11 - 16, отличающееся тем, что источник (5) и детектор (9) света размещены по одну сторону оптического диска (3) оригинала, который установлен на средстве (30, 31) опоры. 18. Устройство по любому из пп.11 - 17, отличающееся тем, что детектор (9) света и средство (34) подачи проявляющей жидкости выполнены в виде единой конструкции. 19. Устройство по любому из пп.11 - 18, отличающееся тем, что оно содержит выполненное с возможностью периодической модуляции интенсивности луча света от источника (5) средство (110 - 128) управления процессом проявления поверхности проявляющей жидкостью (14) по выходному сигналу детектора (9). 20. Устройство по любому из пп.11 - 19, отличающееся тем, что средство опоры (30, 31) выполнено с возможностью вращения.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к исследованию процессоров, выполняемых с оптическими дисками-оригиналами, представляющими собой оригиналы, предназначенные для создания, например, компакт-дисков или лазерных дисков. Оно относится как к устройству для исследования оптических дисков-оригиналов, так и к способу исследования оптических дисков-оригиналов. Оптические диски, например компакт-диски или лазерные диски, в настоящее время изготавливаются посредством выполнения ряда процессов управления и копирования, которые в общих чертах заключаются в следующем. Во-первых, плоский отполированный стеклянный диск оригинала (обычно имеющий диаметр 240 мм и толщину 5-6 мм) покрывают тонким ровным слоем 9 обычно толщиной 130 нм) позитивного фоторезиста. Затем луч синего лазерного света фокусируют в маленькое пятно на поверхности стекла с покрытием посредством пропускания его через линзу типа объектива микроскопа. Лазерный свет модулируют в соответствии с электрическим сигналом, который получают из соответствующего ему подлежащего записи телевизионного, звукового или другого информационного сигнала. Посредством вращения стеклянного диска при одновременном обеспечении радиального перемещения между точкой фокусирования лазерного света и осью вращения диска создают модулированное световое пятно, вычерчивающее спиральную дорожку на стеклянной поверхности с покрытием, начиная с маленького радиуса и продвигаясь к внешней стороне. Таким образом, в слое фоторезиста образуется скрытое изображение, состоящее из ряда экспонированных и неэкспонированных частей спиральной дорожки. Шаг спирали обычно составляет 1,6 мкм. Кромки экспонированных участков не имеют резких границ; из-за того, что сфокусированное световое пятно по существу ограничивается дифракцией, оно имеет скругленный профиль интенсивности. Следующий этап состоит в том, чтобы проявить невидимое изображение. Это осуществляется посредством приведения поверхности с покрытием в соприкосновение с проявляющей жидкостью (например, водным проявляющим раствором), обычно посредством вращения стекла в горизонтальной плоскости (поверхность с покрытием обращена вверх) и одновременной подачи на нее потока проявляющей жидкости, так чтобы жидкость распространялась по поверхности и в конечном итоге отбрасывалась к кромке диска. Проявляющая жидкость растворяет экспонированные участки покрывающего фоторезиста, оказывая в то же время гораздо меньшее влияние на неэкспонированные участки, так что экранированные участки становятся ямками в покрытии. По мере того, как проявляющая жидкость постепенно разрушает фоторезист, ямки вначале делаются круглыми в поперечном сечении, пока вся толщина слоя фоторезиста не растворится в наиболее сильно экспонированной части (центре) каждой ямки. После этого плоская средняя часть основания ямки (определяемого поверхностью стекла) расширяется, в то время как стенки ямки отступают и становятся более крутыми. Процесс проявления не продолжается неконтролируемо, а преднамеренно прекращается в момент, когда ямка становится соответствующего размера. Контроль размера ямок весьма важен потому, что он влияет на возможность воспроизведения с изготовленных в результате процесса проявления дисков, в частности величины и симметрии воспроизводимой формы сигнала. Следующая цель прекращения проявления этим способом состоит в обеспечении того, чтобы стенки ямок были не слишком крутыми, потому что в противном случае их трудно воспроизводить при последующих процессах гальванического покрытия и формовки. Многие аспекты процесса управления, включая изменение формы ямок во время проявления, описаны в работе Principles of Optical Disk Systems, G. Bouwhuis (Adam Hilger, 1985). Ширина ямок обычно составляет 0,5 мкм, в то время как длина ямок и промежутки между ними вдоль дорожки - переменные, причем записываемая информация содержится в этих переменных интервалах. Последний принципиальный этап процесса изготовления оригинала состоит в металлизации проявленной поверхности диска оригинала обычно серебром или никелем. В результате поверхность становится проводящей, что позволяет наносить на нее с помощью электролиза значительный слой никеля (до 0,3 мм). Затем этот слой никеля можно отделить от стекла неповрежденным и образовать металлический оригинал или исходный элемент. На последующих этапах гальванопокрытия и отделения можно делать дубликаты металлического оригинала. Эти дубликаты (известные как матрицы) затем используют в качестве одной поверхности литейной формы в машине для литья под давлением (или инжекции-сжатия). В качестве альтернативы можно использовать сам металлический оригинал. В любом случае формовочную машину используют для изготовления дисков из пластмассового материала, поверхность которых представляет дубликат поверхности с ямками проявленного стеклянного диска оригинала с покрытием. И, наконец, отлитые диски металлизируют (обычно алюминием) на несущей информацию стороне с ямками, металлизированную поверхность покрывают защитным лаком и на покрытый лаком слой печатают маркировочную информацию. Отлитые диски воспроизводят посредством фокусирования лазерного луча с помощью линзы через толщину пластмассы на внутреннюю поверхность металлического слоя. Для светового луча эта внутренняя металлическая поверхность несет негативный дубликат исходных ямок, т.е. "выступы". Сигнал воспроизведения получается из света, отраженного обратно в линзу, а дифракционные свойства выступов являются критическими при определении характера получаемых сигналов. Важными факторами являются высота, ширина и форма выступов. Высота выступов определяется главным образом толщиной первоначального фоторезистивного покрытия. Ширина и форма выступов определяются менее точно, и на них оказывают влияние большое количество параметров в процессе экспонирования и проявления, в том числе интенсивность лазерного света, размер и профиль пятна, температура и влажность окружающей среды, чувствительность фоторезистора, химический состав проявляющей жидкости и время проявления. Если надлежащим образом контролировать все релевантные параметры, то технологический процесс может обеспечить стабильные рабочие характеристики. Точные регулировки можно производить ретроспективно путем контроля сигналов, получаемых посредством воспроизведения с покрытого металлом стеклянного диска оригинала, или даже ожидая, когда будут получены отлитые в форме дубликаты дисков с последующим их воспроизведением. Однако, желательно осуществить непосредственный контроль на более ранней стадии, и это можно делать во время процесса проявления. Процесс образования ямок можно контролировать оптическим путем в ходе их развития, и процесс проявления можно прекратить (например, посредством замены потока проявляющей жидкости потоком промывающей воды) после обнаружения соответствующих очертаний ямок. Ясно, что этим способом осуществляется управление только одной переменной процесса (временем проявления). Однако, важно иметь возможность воздействия на размер ямок и, следовательно, на величину и симметрию информационного сигнала при последующем воспроизведении дисков. Если бы на этой стадии можно было управлять размером ямок, то процесс стал бы гораздо менее чувствительным к изменениям других параметров технологического процесса. Было обнаружено, что для этого не нужно наблюдать ямки при помощи микроскопа или выполнять операцию эквивалентную воспроизведению записи. Достаточную информацию для практического управления получают в результате относительно грубых наблюдений. Если коллимированный луч света, например, диаметром до нескольких миллиметров, направлять вверх через стекло на поверхность с покрытием в область, где в покрытии имеются ямки, то свет дифрагируется ямками. Эффект такой дифракции более заметен в радиальном направлении, потому что, благодаря регулярному расстоянию между дорожками с записью, большая часть лифрагированного света, выходящего от диска, концентрируется в дискретные лучи в радиальной плоскости, представляющие различные порядки дифракции. (Это свойство радиального дифрагирования наблюдают даже если различные соседние витки спирали дорожек, которые проходят через луч света, не идентичны, и имеют мелкую квазилинейную структуру ямок в тангенциальном направлении). Выходящий луч, который будет виден даже при отсутствии ямок (обычный передаваемый луч), называется лучом нулевого порядка. Кроме того, дополнительно к обычному отраженному лучу, известному как отраженный луч нулевого порядка, можно видеть другую группу дифрагированных лучей, идущих обратно через стекло. Такие дифрагированные лучи могут представлять "отраженные", в противоположность "передаваемым". При известном способе наблюдения слоя фоторезиста лазерный луч света проходит вверх через стеклянный диск оригинала, а детектор располагает под диском так, чтобы он пересекал один из передаваемых дифрагированных лучей, обычно дифрагированный луч первого порядка, во время проявления. Когда измеряемая интенсивность происходит заранее установленный порог, проявление автоматически прекращается. Этот известный способ представляет некоторые существенные трудности. Во время проявления слой проявляющей жидкости течет по поверхности диска оригинала. Если этот слой равномерный и плоский, он не изменяет направлений различных лучей света при их переходе в воздушную среду. Однако в действительности на поверхности проявляющей жидкости имеет место флуктуирующая картина колебаний (ряби). Выходящие лучи света преломляются на неровной поверхности жидкости, в результате чего имеют место колебания их направлений распространения. Поэтому необходимо, чтобы оптический датчик, предназначенный для определения интенсивности лучей первого порядка, охватывал большую площадь, чем было бы необходимо в противном случае. Более важно то, что (прямой) луч нулевого порядка также преломляется случайным образом, и в этом случае может потребоваться установка датчика лучей первого порядка. Поскольку интенсивность луча нулевого порядка во много раз превышает интенсивность дифрагированного луча, качество измерений из-за этого может серьезно ухудшаться, поэтому существует необходимость в улучшении надежности известного способа. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, когда образование ямок во время проявления оптического диска оригинала контролируется путем направления луча света на участок поверхности оптического диска оригинала и приема по меньшей мере одного дифрагированного луча света, имеется жесткое тело, соприкасающееся со слоем проявляющей жидкости, и это жесткое тело находится на некотором расстоянии от поверхности оптического диска оригинала и располагается недалеко от участка поверхности оптического диска оригинала, на который падает луч света. Это жесткое (твердое) тело в данном случае предотвращает появление ряби или других изменений, обычно имеющихся в толщине слоя проявляющей жидкости, на участке падения луча света, тем самым снижая или устраняя влияния таких изменений в слое проявляющей жидкости контроль проявления оптического диска оригинала. Твердое тело предпочтительно является прозрачным и позволяет действовать в качестве окна для любого или обоих лучей света, как идущего к оптическому диску оригинала, так и дифрагированного луча света от оптического диска оригинала. Поскольку по меньшей мере часть оптического пути от источника светового луча к детектору дифрагированного луча света затем должна непрерывно проходить через слой проявляющей жидкости, можно видеть, что важно обеспечивать точный контроль его поверхностей, чтобы можно было достоверно измерять интенсивность дифрагированного луча. Однако, настоящее изобретение может быть также использовано и в устройствах, в которых лучи света от источника к оптическому диску оригинала и от оптического диска оригинала к детектору не проходят через слой проявляющей жидкости. На первый взгляд, контроль слоя проявляющей жидкости в соответствии с настоящим изобретением в этом случае больше не требуется. Однако, на практике этого не происходит, поскольку по меньшей мере некоторая часть светового луча от источника пройдет в этот слой и будет иметься свет, отраженный от поверхности этого слоя, который удален от диска. В частности, происходит отражение прямого луча или луча нулевого порядка, который, если эта поверхность допускает наличие ряби или других флуктуаций, флуктуирует по направлению и может поступать на детектор и, таким образом, создавать помехи измерениям. Таким образом, в этом случае также важно контролировать поверхности слоя жидкости. В вышеприведенном описании термин дифрагированный луч охватывает дифракцию как при передаче, так и при отражении. Таким образом, источник луча, падающего на оптический диск, может находиться на той же стороне оптического диска, где и детектор, который обнаруживает дифрагированный луч, или может находиться на противоположной стороне. Имеется много различных способов, которыми можно осуществить изобретение в этом его аспекте. В простейшем случае твердое тело представляет собой прозрачное окно в корпусе. Корпус полый и может в этом случае содержать детектор, предназначенный для обнаружения дифрагированного луча, и (или) источник луча, который падает на оптический диск. В этом случае поверхность окна, удаленная от оптического диска, остается сухой, а промежуток между окном и оптическим диском заполняется жидкостью, предотвращая тем самым возмещение световых лучей. В предварительном случае по меньшей мере дифрагированный луч проходит через окно, а в более предпочтительном - и падающий луч, и дифрагированной луч, но также возможно, что через окно проходит падающий луч, а дифрагированный луч обнаруживается с противоположной стороны оптического диска. Также возможно, что падающий и дифрагированный лучи проходят через оптический диск по направлению к той поверхности диска, которая соприкасается с жидкостью, и от нее. В этом случае нет необходимости делать твердое тело прозрачным. Чтобы гарантировать наличие достаточного количества проявляющей жидкости, рядом с оптическим диском оригинала обычно предусматривается соответствующее средство подачи этой жидкости. Поэтому в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения твердое тело может изготавливаться в виде единой конструкции со средством для подачи проявляющей жидкости. Например, твердое тело может представлять собой стенку этого средства подачи. В качестве альтернативы, в том случае, если средство подачи включает в себя насадку, через которую проходит проявляющая жидкость к оптическому диску оригинала, окно можно выполнить в стенке этой насадки таким образом, чтобы дифрагированный и (или) падающий лучи проходили через жидкость в насадке и через окно в стенке насадки к детектору или от источника света (в зависимости от обстоятельств). В каждом из этих вариантов выполнения дифрагированный (или падающий) луч проходит непосредственно от проявляющей жидкости в твердое прозрачное тело (или наоборот0, потому что твердое прозрачное тело находится в непосредственном соприкосновении с проявляющей жидкостью, предотвращая тем самым колебания на поверхности проявляющей жидкости из-за ряби. Как упоминалось выше, можно также обеспечить прохождение падающего луча света через прозрачное тело даже в том случае, если детектор находится на другой стороне оптического диска от прозрачного тела. В соответствии с другим аспектом изобретения, который не зависит от первого аспекта, но может быть использован совместно с ним, образование ямок во время проявления оригинала оптического диска контролируют посредством восприятия интенсивности дифрагированного луча света, причем дифрагированный луч наблюдают на той же стороне диска оригинала, от которой падающий луч попадает на диск, т.е. дифрагированный луч наблюдается при отражении. Использование отраженного, а не передаваемого луча дает некоторые конкретные преимущества. Все оптические детали можно располагать над диском, можно обеспечить нечувствительность измерений, например, к условиям под поверхностью стекла, и оригинал диска можно монтировать на непрозрачной поворотной платформе или крестовине, не создавая помех оптическим измерениям. Имеется также более существенное преимущество. Было обнаружено, что интенсивность, например, дифрагированного луча первого порядка на сильно отличается в случае ее измерения при передаче через поверхность оригинала с ямками или при отражении от нее. Однако луч нулевого порядка или прямой луч сильной ослабляется при отражении по сравнению с передаваемым. Это означает, что интенсивность луча первого порядка, измеряемая как доля луча нулевого порядка, больше при отражении, чем при передаче. Поэтому последствия, создаваемые рассеянным светом от луча нулевого порядка, поступающего в детектор луча первого порядка, имеет менее серьезные, если используется отраженный луч. В соответствии с третьим аспектом изобретения источник света периодически модулируется по интенсивности. Это позволяет осуществлять контроль по меньшей мере одного дифрагированного луча, ограничивая влияние окружающего света. Таким образом, пропуская выходной сигнал, например, детектора луча первого порядка через фоточувствительный детектор, опорным входным сигналом которого является тот же входной сигнал, что и используется для модуляции лазерного света, и вырабатывая благодаря этому выходной сигнал постоянного тока, пропорциональный той составляющей продетектированной интенсивности света, которая изменяется синхронно с упомянутым сигналом, можно по существу исключить влияние на выходной сигнал постоянного тока любого продетектированного светового сигнала, отличного от светового сигнала упомянутого источника света. Источник света предпочтительно представляет собой лазерный диод, и его выходной световой луч модулируется электронными средствами. И вновь этот третий аспект может быть независимым, или его можно использовать совместно с первым и (или) вторым аспектами. Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:На фиг. 1 - схема лучей, дифрагированных на поверхности;
фиг. 2 - схематическое изображение оптического воспринимающего устройства, иллюстрирующее общий принцип настоящего изобретения;
фиг. 3 - оптическое воспринимающее устройство (оптический датчик), соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - общий вид устройства проявления, включающего в себя оптический датчик по фиг. 3;
фиг. 5 - вид оптического датчика и расположенной рядом дозирующей насадки;
фиг. 6 - объединенное устройство оптического датчика и дозирующей насадки, соответствующее второму варианту осуществления изобретения;
фиг. 7 - объединенное устройство оптического датчика и дозирующей насадки, соответствующее третьему варианту осуществления изобретения;
фиг. 8 - блок-схема электронной системы, предназначенной для управления процессом проявления в ответ на выходной сигнал оптического воспринимающего устройства;
фиг. 9 - усовершенствование показанной на фиг. 8 электронной системы, обеспечивающее более точное управление процессом проявление в ответ на выходной сигнал оптического воспринимающего устройства. Перед описанием вариантов осуществления настоящего изобретения будут пояснены общие принципы, лежащие в основе настоящего изобретения. Как упоминалось выше, в настоящем изобретении используется дифрагированный луч, получаемый из луча света, падающего на оптический диск оригинала. В простейшем случае, когда луч света падает нормально (т.е. перпендикулярно) на поверхность 100, например, на поверхность оптического диска оригинала, угол между нормалью и дифрагированным лучом m-го порядка определяется выражением:
Qm= sin-1(m
![способ исследования оптического диска оригинала и устройство для его осуществления, патент № 2107893](/images/patents/364/2107022/955.gif)
где
![способ исследования оптического диска оригинала и устройство для его осуществления, патент № 2107893](/images/patents/364/2107022/955.gif)
Класс G01B11/30 для измерения шероховатости или неровностей поверхностей
Класс G01N21/89 в движущемся материале, например бумаге, текстильных изделиях