专利名称：涂层工艺调节方法
技术领域：
本发明涉及一种在基片上涂布涂层所用涂布工序的调节方法。
在基片上涂布涂层使用多道制造和处理工序时，必须要制成并且保持规定厚度的涂层。以制造致密盘(CD盘)为例，要将一种涂料，例如清漆，或者在制造可写CD盘，就是所谓的CD-R时要使用颜料，用涂布器涂布在所谓的塑料片上，通过转动盘片，利用其离心力，使清漆或颜料均匀分布在盘片上。用这种涂布工序涂布的涂层厚度要受多种因素的约制。要取决于，例如，涂料的种类和粘稠度，有效的工作温度；基片的转数和转动时间。因此，在经过一段适当的长时间涂布过程中，在基片上涂布恒定厚度涂层的参数很难保持恒定。为了在采用普通的制造方法时对于涂布工序以及由此制成的涂层进行监控，就需要中断制造工序，随机采样测定涂布的涂层厚度，然后进而相应地改动制造过程中有影响的参数，例如改动基盘的转数或者基盘的转动时间。结果使普通的制造方法受到了限制，尤其是对于大批量制造CD盘或者CD-R盘来说特别不利。
虽然可以在自动生产设备上配备昂贵复杂的核能显微镜-检测装置，用来在涂布过程中求算涂层厚度，然后据此来改变参数，这样的检测方法和装置要求要准备样本，并且需要很长的测量时间。另外，这不但很昂贵，而且易出故障，维修费事，所以这种可能性不适于在像CD那样的大批量生产中使用。
在Derwent摘要数据库WPI中的JP 06-223418 A中发表了一种装置，用来检测零级衍射光的强度。该衍射光是用激光照射在放置在一个旋转盘上的透明基片的表面上产生的。这样就能测出涂布在一种光学记录媒体上的涂层厚度。
在Derwent摘要数据库WPI中的SU 974,640 B中发表了一种检测薄层的方法，其中，先将应做厚度检测的涂层进行选择刻蚀，借以对反射的衍射光进行检测，从而求出涂层的厚度。为了要检测涂层的厚度，先要将涂层自身加以改变。为了要在涂层上刻蚀出结构纹，要采用一种破坏性的工艺。
在H.H.Schlemmer，M.Mchler，J.Phys.E.Sci.工具装置18，914(1985)；M.Mchler，M.Schlemmer，Zeiss信息.30，装置16(1998)；US 4 645 349，US 4 984 894，US 4 666 305，WO96-33387 A1和E-P 0 772 189 A2分别发表了检测涂层厚度的方法和设备，其中不使用衍射工序，也不使用有关涂布涂层的调节方法。
本发明的任务在于提供一种在基片上涂布一层涂层的非常简单又容易维护的方法，可以经济使用，并且能够在涂布过程中可靠地进行求算和/或调节在基片上涂布的涂层。
上列任务采用本发明通过一种对于在一种具有衍射结构的基片上涂布一层涂层在涂布过程中进行调节的方法得到解决，采用这种方法，可以求算出在有涂层的基片上投射并经过反射和/或透射之后、至少是一级或更高级的光线或光束的强度或强度变化，用来作为调节涂层厚度的实际值。由于采用本发明的方法所用的措施和结构简单，所以能够在涂布的过程中使用简单的仪器和低廉的成本不间断地求算出可靠的涂层厚度。在实施本方法的过程中仪器的维护费用也非常之小。
由于基片有结构纹，例如，正象CD-R盘那样采用所谓的预开槽，所以能够求算出至少是衍射光，例如一级或二级或者更高级的衍射光的强度变化，用来作为调节涂层厚度的实际值或调节值。有关强度的变化，特别是衍射光的强度变化将在以后借助实施例加以详细说明。
按照本发明的有利的实施例能够求算非衍射光束的强度和强度变化。
按照本发明另一个更为有利的实施例能够求算出至少一种波长的非衍射光束和/或衍射光束的强度或强度变化。通过限制光束的一个或者至少多个的波长在一个确定的应用场合能够求出确定的强度。
另外还有一种优点是能够在避免由于干涉作用产生的含混结果的条件下同时测量多种波长的强度和强度变化。
衍射光束的强度和强度变化能够在透射和/或反射的条件下检测。
按照本发明另一个有利的实施例，涂布工序的调节不仅在于求算反射和/或者透射光束的绝对强度或者强度的绝对变化，而且还在于能够(并且还是有利于)求算相对强度或者相对的强度变化。后者要涉及到测定出射光束和入射光束强度的比值，并且以此作为实际值或调节值。
上述的任务通过在绪论中所述的方法替换地或者另外结合以上介绍的措施也可以这样解决，那就是求算照射在涂层基片上的光束经过反射和/或透射之后的光谱分布和/或光谱分布的改变，并且以此作为调节涂层厚度的实际值或调节值。光谱分布和/或光谱分布的改变方面的求算同样能够适用于非衍射光束并且也同样适用于衍射光束，在后者的情况下光谱分布或者光谱分布的改变不仅局限于一种等级，例如0级或一级，还可以适用于多个等级，而且更为有利。如果是新手，在求算光谱分布及其改变时，最好使用光谱光度计。
最好的有利之处是根据实际情况采用激光、发光二极管(LED)，光谱灯、卤素灯或散热器作为光源。将来自光源的非干涉光加以过滤。
按照本发明的一个有利的实施例是提供一个经验值作为调节用的目标值或理想值。为了避免因为了求算这样的经验值而要进行的费时费事的实验工作以及涂布工序的试验工作，使用计算值作为调节之用的实际值或理论值也是有利的。特别是在改换基片和/或涂层材料，因而需要从新设计涂层轮廓的时候，如果要求算经验值来作为调节用的理论值会特别费时。所以最好是经过计算求出一个预定的涂层轮廓作为调节用的目标值，借以节省时间。在此情况下，将已知有关光学的计算法用在涂层方面也是有利的。有关这方面的示例请参阅Born &Wolf箸，光学原理，第6版，Pergamon出版社，特别是51-70页。
涉及到在有结构纹的基片上的涂布工序方面，例如，制造CD-R盘时，要用一种注塑模具在基片上形成预开槽的几何形状，预先准备注塑模具的磨损矫计算式也是一种有利的办法，这样可以提示几何形状，例如，在用塑料基片大量制造预开槽的深度。
以下将借助一种CD-R的涂布方式、参阅附图、对本发明以及实施例及其优点进行详细说明。图中，
图1是一种CD-R的、涂有涂层的基片的部分剖面示意图，图2是采用本发明方法，结合CD-R盘的制造，在备有预开槽几何形状的基片上进行涂布的示意说明图。
如图1所示，是在上表面上做成被称为预开槽几何形状的基片，例如采用注射成型的基片1。在此实施例中，在基片1的上表面上开有等间距的沟槽2，称之为预开槽，其宽度“a”为450nm，等间距“b”约为1600nm，以彼此保持罗纹间距的方式延伸。预开槽2的深度“c”基本上是在50到200nm之间。在基片1上沉积一层颜料或染料涂层3，主要是覆盖在基片1的整个表面上，并且填满基片1的预开槽2。沉积在预开槽2上方、并将沟槽填满的颜料层称之为沟槽4，呈凹槽的形状，是在颜料在基片1的预开槽2中的沉积过程中形成的，在CD-R的记录或读出过程中起到信道或磁迹的作用。图中的槽4在整个宽度上虽然是绘成直角的形状，实际上却是从槽顶到槽底的斜坡或经过逐渐过渡形成的。槽3的深度标作“d”。在预开槽2和槽4的上方范围以内的颜料层的厚度用符号“f”表示。
CD-R的结构和实施例以及其槽口的几何形状、还有所用颜料涂层是众所周知的，例如在Jpn.应用物理，卷31，部分1，Nr.2B(1992)，484-493页中所述。为了避免重复，请参阅该文献；并且以此作为本申请的内容。
图2所示是具有基片1和颜料涂层3的CD-R5。由光源6发射光强度为Iein的入射光或光束7，从下方照射在CD-R5上，相当于经过透射、光强度为It0的非衍射的透射光束8，投射在受光器9，例如光谱测光仪上，由该光谱仪测定光强度。从下方照射在CD-R5上的入射光7同样也照射在预开槽2上。由于预开槽b的间距为等距，形成一个光栅。从而形成光强度为It1的1级透射光束10和光强度为It2的透射光束11，两者分别投射在受光器12和13上，用来测定其光强度，这些受光器同样也可能是光谱测光仪。投射在CD-R5上的入射光束7在穿过基片1和颜料层3时产生(部分)反射，分别产生与透射光束8、10、和11相对应的反射光束14、15、16，后者又分别投射在受光器或光探测器17、18、19上。反射光束14为未发生衍射的一级光，其光强度为Ir0；。反射光束10是一级衍射光束，其光强度为Ir1；反射光束16是二级衍射光束，其光强度为Ir2。当然，也可以从相反的方向投射光线。此时从光源6发射的入射光线或光束7就会从颜料层3射到CD-R5上。透过多层颜料层透射过来的规定波长的光的光量很小，穿过基片1和颜料层3的附属反射光量很弱。这样的反射对于检测结果实际上不会产生影响。
根据已知，颜料层3材料的复合计算指数是光波长的函数，或者可以采用已知的方法测出。另外，预开槽2的几何形状，其在基片1上的走向，以及预开槽2的宽度a和深度c及其间距b都可以彼此换算。预开槽的形状随着注塑工具的磨损发生的变化缓慢。如果预开槽的几何形状的变化达到不可忽略不计的程度，通过经常检测颜料层的厚度就可以很容易调整预开槽几何形状的变化。
由于沟槽4的结构不时发生的变化是由于槽深d和槽宽e(参阅图1)造成的，所以颜料层3的表面凹陷无法计算。
颜料层3这种表面凹陷，也就是沟槽4的深度d和宽度e，却可以通过透射光束8、10和11的光束强度It0、It1、It2，并且/或者通过反射光束14、15、16的光强度Ir0、Ir1、Ir2检测和计算的。
从完善的角度出发还要说明的一点是实测值It0、It1、It2和Ir0、Ir1、Ir2的唯一性要受到相差的约制，后者小于所用波长的一半。由于沟槽4的深度e一般是在50nm和200nm之间，如果所用光的波长大于600nm左右，在实际应用中不论在任何情况都不会受到任何约制，特别在光束透射时更是如此。在此情况下，不论衍射光束是在透射状态下还是在反射状态下进行检测都无关紧要。当检测是在透射状态下进行时，厚度间隔在0到300nm之间的相位移都明显小于可见光谱的光波长的一半。当在反光状态下进行检测时，在这样的光谱范围下所得的结果含混，特别是在基片侧进行照射时更是如此。这只有预先对于在工艺过程中要加以严格控制的深度范围有所了解方才能够克服。只有同时采用不同的波长进行检测，方才能够扩展有用的深度范围。
除了基片1的预开槽的几何形状以外，预开槽2的宽度a和深度b都是已知和不变的；沟槽4的深度d和宽度d也可以进行检测；只有颜料层3的恒定厚度f是个未知数，必须要在涂布的过程中进行确认和调节。在涂布颜料层3的过程中，透射的非衍射光束的吸收会发生变化，转而又使零级的透射光束强度It0和入射光束7的强度Iein之间的比值发生变化，从而对这个厚度值f产生影响。通过对这个比值的测量，就可以求出颜料层3的厚度f的数据以及用来调节涂布工序参数的实际控制值，例如，颜料涂布温度的调节值，或者基片旋转的转数或转动时间。
如果由于受到干扰的影响，出现It0/Iein比值含混的危险，通过另外采用光谱光度计同时对多种波长的It0/Iein比值进行检测的办法是有益和有意义的。
如果预先取得实测值或经验值，通过调节就足以达到目标值或理想值。并不需要为了调节而对d、e、f值进行大量的测定工作。要想取得这样的经验值或实测值也很费时日。特别是在改换颜料类型时，就需要重新设计涂层的轮廓结构。出于节约时间方面的原因，最好是求出已知涂层轮廓的目标值的具体数值。为了达到这个目的，就需要采用通常的薄层计算法，就地算出透射过基片1和颜料层3的周期结构的一个周期。然后，为了做这种计算，进行一次平顶波的分解，以供计算出的复杂的振幅之用，这就是说，要进行一次傅立叶变换。平顶波振幅求方产生单一衍射级的强度。这种简化的处理措施从物理的角度来讲是不精确的，因为没有考虑到这是不同级别的波的耦合。然而从实际角度来看却是足够精确的，因为该结构的深度，也就是c和d的值，最大也不过有200nm，与其周期率相比，也就是说，与1600nm的预开槽2或沟槽4相比，还小得多。
以上是借助一个实施例，结合CD-R，对本发明的说明。对专业人员来说，只要不脱离本专利的宗旨还可以加以变换和扩展。例如，还能够求算零级透射光的光谱分布，借以确定沟槽4的深度d和宽度e，这样就不再需要检测更高级的衍射光光束的强度。除此以外，还可以将本发明的方法相应地用在一个基片的不同位置上，检查其整个表面上的涂层厚度是否均匀。
权利要求
1.在一种具有衍射结构的基片上涂布一层涂层的涂布工艺的调节方法，其中对于照射在有涂层的基片上的光束在用于至少一级衍射的光束的透射之后，求出其光强度，从而推导出作为调节涂层厚度的实际值。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于求算非衍射光束波长的强度。
3.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于求算非衍射光束和/或衍射光束的至少一种波长的强度。
4.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于同时求算多种波长的强度。
5.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于求算衍射光束在透射中的强度。
6.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于求算衍射光束在反射中的强度。
7.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于求算反射和/或透射光束的相对强度变化。
8.对于在基片上涂布涂层的涂布工艺进行调节的方法，其特征在于求算投射在有涂层基片上的光束经过透射和/或反射之后的光谱分布。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于求算光谱分布的强度和/或强度变化。
10.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于使用一种激光光束。
11.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于使用来自非相干光源的光束。
12.如权利要求11中所述的方法，其特征在于该非相干光源是一个发光二极管、一个光谱灯、一个卤素灯或者一个散热器。
13.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于光线经过光谱滤光。
14.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于使用实测值作为调节用的目标值。
15.如权利要求1至13中所述的方法，其特征在于使用计算值作为调节用的目标值。
16.如权利要求15中所述的方法，其特征在于模拟穿过基片和涂层的透射过程来就地进行薄膜计算以算出一种周期结构的周期。
17.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于基片是一个塑料片。
18.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于涂布的涂层是由一种颜料形成的。
19.如以上各项权利要求中的一种方法，其特征在于用于制造致密盘(CD)。
20.如权利要求1至18中所述方法中的一种方法，其特征在于用于制造可写的致密盘(CD)。
全文摘要
本发明涉及对于在一片基片上经过涂布形成一层涂层用的涂布工序进行调节的一种方法,采用可靠、简单、可监控的测定方法,测定照射在涂层基片上的光束经过透射之后的强度,以此作为调节涂层厚度之用。
文档编号G01B11/06GK1269905SQ98809005
公开日2000年10月11日 申请日期1998年9月4日 优先权日1997年9月10日
发明者U·萨巴彻, W·温德恩 申请人:施蒂格哈马技术股份公司