DE3125726A1 - Optisches inspektionsverfahren zur bestimmung einer maschinellen bearbeitbarkeit - Google Patents

Description

US-Ser.No. 164,687

AT: 30. Juni 1980 RCA 74262/Sch/Ro.

RCA Corporation, New York, N. Y. (V.St.A.)

Optisches Inspektionsverfahren zur Bestimmung einer maschinellen Bearbeitbarkeit.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Bestimmung der maschinellen Bearbeitbarkeit eines Schneidmaterials und insbesondere auf Verfahren zur Bestimmung der Bearbeitbarkeit eines Substrats, welches beim Masterverfahren zur Herstellung von Aufzeichnungen hoher Informationsdichte, wie etwa Bildplattenaufzeichnungen der in der US-PS Nr.3 842 (Erfinder: J.K. Clemens) beschriebenen Art benutzt wird.

Bei bestimmten Aufnahme/Wiedergabesystemen für Information hoher Dichte wird Videoinformation in Form relativ kurzer (beispielsweise O,6-1,6|j.m) Änderungen der Reflexions- oder Transmissionsverhältnisse oder des Reliefs entlang einer Informationsspur aufgezeichnet. Als Beispiel sei auf ein Aufzeichnungsverfahren verwiesen, wie es in der US-PS 4 044 379 (Erfinder: J.B. Halter) dargestellt ist. Danach zeichnet ein elektromechanisch angetriebener Stichel (etwa aus Diamant), der durch ein Bild- und Tonsignalgemisch gesteuert wird, relativ kurze geometrische Veränderungen, welche die zeitlichen Änderungen des Signals darstellen, auf einer Oberfläche eines Metallsubstrats auf. Nach der elektromechanischen Aufzeichnung trägt die Aufzeichnungsoberfläche des Metallsubstrats ein

Reliefmuster, welches dem letztlich gewünschten Muster der fertigen Platte entspricht. Von diesem Substrat werden Master hergestellt und von den Mastern werden Abgüsse zur Herstellung von Stempeln gemacht, die für die fabrikatorische Herstellung der Platten benutzt werden, und von einem nach einem solchen Abguß hergestellten Stempel wird schließlich eine Vinylplatte geformt, welche das gewünschte Reliefmuster aufweist»

Damit die feine Rillen- und Signalstruktur, die typischerweise bei einer Bildplatte vorkommt (beispielsweise 10000 Windungsrillen pro Zoll oder 394 Windungsrillen pro Millimeter) aufgezeichnet werden kann, muß die maschinelle Bearbeitbarkeit der Aufzeichnungsoberfläche des Substrates derart sein, daß der Aufzeichnungsstichel die Rille und die Signalinformation schneiden kann, ohne daß die Oberfläche beim Aufzeichnungsvorgang reißt, zerdrückt oder zerschlagen wird, springt oder abblättert. Die geometrischen Änderungen längs der Rille sollten eine im wesentlichen genaue Wiedergabe des darin aufgezeichneten modulierten Signals sein.

Hält man sich die extrem dichte Rillenstruktur einer Bildplatte vor Augen, dann versteht man, daß die Herstellung von Substraten brauchbarer Bearbeitbarkeit beim Masterprozeß für die Platte kritisch ist. Jegliches nennenswerte Auftreten von Bearbeitungsungenauigkeiten in der fertigen Oberfläche führt zu einem Substrat, welches für die Herstellung von Platten derart hoher Rillendichte unbrauchbar ist. Es ist daher außerordentlich wertvoll, eine Angabe über die Bearbeitbarkeit des Substrates zu haben, ehe man versucht, eine Rillen- und Signalelementstruktur in eine Substratoberfläche zu schneiden ο

Im Stande der Technik gibt es eine Vielzahl von Versuchen zur Auswahl von Substraten, welche sich brauchbar bearbeiten lassen.

Beispielsweise kann ein Laser-Fehlerdetektor benutzt werden, um die Rillen- und Signalelementstruktur nach dem Aufzeichnungsvorgang zu untersuchen. Diesbezüglich sei auf die US-PS Nr. 4 030 835 verwiesen, welche unter der Bezeichnung "Defect Detection System" für den Erfinder A.H. Firester, ausgegeben worden ist und wo ein Rillenfehlerdetektorgerät erläutert ist. Nach einem weiteren Versuch wird ein Testband auf einer Oberfläche des Substrats außerhalb der normalen Aufzeichnungsfläche aufgezeichnet, und nach der Aufzeichnung kann dieses Testband mit einem optischen Bildplattenwiedergabesystem abgespielt werden, von dem ein Typ in der US-PS Nr. 4 065 786 beschrieben ist, die unter der Bezeichnung "Video Disc Playback System" für den Erfinder W.C. Stewart, ausgegeben worden ist.

Vom Kosten- und Zeitstandpunkt aus ist es wünschenswert, schlecht bearbeitbares Substrat frühzeitig im Masterprozeß festzustellen. Bei den beiden vorerwähnten Möglichkeiten, insbesondere aber bei dem Laser-Fehlerdetektor, wird eine erhebliche Menge Arbeit für das Substrat aufgewendet, ehe dessen Bearbeitbarkeit bestimmt wird. Außerdem lassen sich nach diesen Verfahren nicht alle Fehlerarten feststellen.Großflächige (also mehr als 10μΐη) flache Fehler werden von dem Laser-Fehlerdetektor nicht immer erfaßt, und bei dem anderen Verfahren kann es sein, daß die Aufzeichnungsfläche für das Testband nicht für die gesamte Substratoberfläche repräsentativ ist.

Erfindungsgemäß ist nun ein Verfahren zur Bestimmung der Bearbeitbarkeit eines Bildplattensubstrats vorgesehen, das diese eben erläuterten Einschränkungen nicht aufweist.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zur Auswahl eines Aufzeichnungsmediums für die Verwendung in einem elektromechanischen Aufzeichnungsgerät, bei

dem ein Stichel benutzt wird, um eine durch ein Videosignal modulierte Nut oder Rille in eine Oberfläche des Mediums einzuschneiden« Bei diesem Verfahren ist eine Oberfläche eines Trägers mit einer Metallschicht überzogen= Beispielsweise kann der Träger aus Aluminium bestehen und mit einer Kupferschicht von etwa 0,3 mm Dicke überzogen sein- Die Metallschicht wird so bearbeitet, daß die überzogene Oberfläche des Trägers eben ist. Dann wird die bearbeitete Oberfläche mit Hilfe eines Mikroskops auf Eindrückungen untersucht, wobei eine Differenz-Interferenz-Kontrastmethode angewandt wird, und die Anzahl von festgestellten Eindrückungen ist ein Zeichen für die Bearbeitbarkeit des beschichteten Trägers»

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detailierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, den beiliegenden Ansprüchen und Zeichnungen noch genauer verständlich_o in den beiliegenden Zeichnungen zeigen;

Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung eines Differenz-Interferenz-Kontrastmikroskops für die Verwendung zur Untersuchung von Substraten gemäß der Erfindung und

Fig. 2 Photographien verschiedener Fehlerwerte, die auf Substraten beobachtet worden sind, welche mit der Anordnung gemäß Fig. 1 untersucht worden sind.

Bei dem Masterverfahren für Bildplatten kann ein Substrat, auf welchem Information hoher Dichte in Form von Änderung relativ kurzer Wellenlänge aufgezeichnet ist, aus einem dünnen Schneidmaterial oder -medium aus Metall oder einem anderen Material bestehen, das eine sehr homogene, scheinbar fehlerfreie und extrem feine Konstruktur (beispielsweise Kupfer) auf einer Substratscheibe (beispielsweise aus Aluminium) besteht. Alter-

nativ kann das Substrat auch eine solide Platte aus einem Schneidmedium mit einer homogenen und feinkörnigen Struktur sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine dünne Ablagerung aus Kupfer (beispielsweise etwa 0,3 mm) elektrisch auf eine Aluminiumsubstratplatte aufgebracht. Die Kupferablagerung wird dann plan bearbeitet, damit die Aufzeichnungsoberflache eben wird. Materialien mit Eigenschaften, welche sich so bearbeiten lassen, daß sie eine sehr feine kristalline Struktur aufweisen (beispielsweise Kupfer, Nickel,Zinn, Aluminium und einige ihrer Legierungen) eignen sich für die hier beschriebene Aufzeichnungstechnik.

Nach der Plan-Bearbeitung wird eine Rille mit einer Ruhe-Rillentiefe von weniger als 1 μΐη geschnitten, und gleichzeitig wird eine kurzwellige Modulation der Rillentiefe auf der flachen Substratoberflache geschnitten. Es sei hier Bezug genommen auf die ÜS-PS Nr. 4 044 379 (Erfinder: J.B. Halter) für die Erläuterung des Rillen- und SignaIschneidvorgangs. Die elektromechanische Aufzeichnung einer Modulation kurzer Wellenlänge in einem metallischen Medium ergibt ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis im Vergleich zu anderen bekannten Aufzeichnungstechniken, jedoch kann die Bearbeitbarkeit des metallischen Mediums wegen gradueller Schwankungen der Ablagerungsparameter variieren, und diese Variationen können die Qualität des Endproduktes beeinflussen.

Die mit einer Aufzeichnung versehene Oberfläche des Schneidmediums sollte eine genaue Wiedergabe der Geometrie und Bewegung des Schneidwerkzeugs sein. Die Einbringung jeglicher Oberflächenmerkmale, die in keiner Beziehung zur Werkzeuggeometrie und Bewegung stehen, ist schädlich. Es hat sich gezeigt, daß Metallsubstrate schlechter Bearbeitbarkeit sich recht zuverlässig durch das erfindungsgemäße Verfahren erkennen

lassen. Nachdem die Kupferoberfläche durch Bearbeitung mit einem Diamantwerkzeug von großem Radius (beispielsweise größer als 3 mm) vorbereitet worden ist, und ehe der Rillen/Signal-Schneidvorgang beginnt, wird die Metalloberfläche mit einem optischen Mikroskop mit einer etwa 200- bis 250-fachen Vergrößerung untersucht, wobei eine Differenz-Interferenz-Kontrasttechnik angewandt wird. Flache Defekte von typischerweise 5-15μΐη Breite, die gewöhnlich als ringförmige Eindrückungen erscheinen, können nach dem Diamant-Abdrehverfahren, bei dem beispielsweise ein Werkzeug von 6 mm Radius verwendet wird, beobachtet werden. Diese Fehler sind im allgemeinen symptomatisch für ein schlecht bearbeitbares Substrat: Spätere Schwierigkeiten bei der Rillen- und Signalaufzeichnung lassen sich im allgemeinen bis zum Auftreten von Fehlern bei der Inspektion zurückverfolgen„

Fig. 1 veranschaulicht ein optisches Mikroskopsystem (beispielsweise unter Verwendung eines Differenz-Interferenz-Kontrastsystems nach Normarski), welches zur Untersuchung eines Substrats 1 benutzt wird. Das von einer Quelle 3 kommende Licht, welches einen Polarisator 5 durchläuft, wird auf einen halbversilberten Spiegel 7 gerichtet, so daß es durch ein Wollaston-Prisma 9 und eine Objektivlinse 10 auf das Substrat 1 auftrifft. Nach Reflexion von der Oberfläche des Substrats 1 kehrt das Licht durch das Objektiv 10 und das Wollaston-Prisma 9 zurück und trifft auf den halbdurchlässigen Spiegel 7 auf. Der interessierende Lichtstrahl durchläuft den halbdurchlässigen Spiegel 7 durch einen Analysator 11 zum Okular 13.

Im Betrieb polarisiert der Polarisator 5 das von der Quelle 3 stammende unpolarisierte Licht in einer Ebene» Wenn das polarisierte Licht das Wollaston-Prisma 9 zum ersten Mal durchläuft, spaltet das Wollaston-Prisma 9 wegen seiner Doppelbrechungseigenschaf ten die auftreffende Lichtwelle in zwei Komponenten,

deren Polarisationsebenen (Schwingungsebenen) rechtwinklig aufeinander stehen. Die beiden Strahlkomponenten wandern entlang parallelen Wegen, die seitlich etwas gegeneinander verschoben sind, wenn sie aus dem Objektiv 10 austreten. Sie werden von der Substratoberfläche reflektiert und konvergieren am Wollaston-Prisma 9, wo sie wieder in einen einzigen Strahl zusammengefaßt werden. Hier bilden die beiden Komponenten zwar einen einzigen Strahl, aber sie sind noch eben polarisiert, und ihre Schwingungsebenen stehen rechtwinklig aufeinander. Damit nun die beiden Komponenten den gewünschten Interferenzeffekt in einer Zwischenbildebene hervorrufen, müssen ihre Schwingungsebenen zusammenfallen. Dies erreicht man mit dem Analysator 11, der in den Lichtweg zwischen Prisma 9 und Okular 13 eingefügt ist. Das resultierende Zwischen-Interferenzbild kann durch das Okular 13 betrachtet werden. Bei geeigneter Auswahl und Anordnung der optischen Komponenten läßt sich die seitliche Versetzung der beiden aus dem Objektiv 10 austretenden Strahlen in der gleichen Größenordnung wie die Auflösung des optischen Systems wählen. In diesem Falle ist der Abstand zwischen benachbarten Interferenzstreifen größer als die Breite des Blickfeldes des Okulars 13, und man erhält einen Differenz-Interferenz-Kontrast nach Nomarski. Die Unterschiede der optischen Weglänge und der Reflexionsphasenverzögerung auf der untersuchten Oberfläche werden in. Helligkeitsunterschiede umgewandelt. Diese Differenzen erhöhen die Klarheit des Mikroskopbildes, das wegen bestimmter Schatteneffekte fast dreidimensional erscheint.

Veranschaulichungen verschiedener Pehlerwerte (defect levels) auf mit Diamant abgedrehten Metallsubstratoberflächen sind in den Photographien a bis f der Fig. 2 gezeigt. Die Vergrößerung der Oberflächen in Fig. 2 ist als Beispiel etwa 200-fach gewählt.

Die Linien 23 veranschaulichen Werkzeugspuren, die sich von Spirale zu Spirale auf der Oberfläche eines Substrats wiederholen. Fehler 21 variieren von null Fehlern in dem Feld, welches durch die Photographie der Fig. 2a gezeigt wird, oder einem Fehler pro Feld der Photographie der Fig. 2b bis zu vielen tausend sich überlappenden Fehlern pro Feld, wie es die Photographie 2f zeigt.

Die Fehlerpegel oder Fehlerwert kann von der Mitte eines Substrats zum Rand variieren. Für eine präzise Fehlerzählung sollten daher mehrere Punkte auf der Substratoberfläche untersucht werden.

Die Wahrscheinlichkeit eines schlecht bearbeiteten Substrats bei einer bestimmten Fehlerrate (vorstehend als Fehlerwert oder Fehlerpegel bezeichnet) ist in der nachstehenden·Tabelle dargestellt.

Tabelle 1

Anzahl von Fehlern pro Sicht feld bei etwa 200-facher Ver größerung	Bearbeitbarkeit
1	Substrat ist schlecht bear beitbar .
0,1	Mehr als 50% Wahrscheinlich- keit, daß sich das Substrat schlecht bearbeiten läßt.
0,01	Substrat kann sich schlecht bearbeiten lassen.

Claims (4)

1. Patentansprüche

   / 1.)/Verfahren zum Auswählen eines Mediums zur Verwendung bei "einem elektromechanischen Aufzeichnungsgerät, bei dem ein Stichel zum Einschneiden einer durch ein Videosignal modulierten Nut oder Rille auf das Medium benutzt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schrittes

   Beschichtung der Oberfläche eines Trägers mit einem Metallüberzug,

   Abdrehen des Metallüberzuges, bis die beschichtete Oberfläche des Trägers im wesentlichen eben ist,

   untersuchung der abgedrehten Oberfläche auf Eindrückungen mit einem Mikroskop unter Verwendung einer Differenz-Interferenz-Kontrasttechnik und

   312572S

   Auswählen des beschichteten Trägers für die weitere Bearbeitung im elektromechanischen Aufzeichnungsgerät auf Grundlage der Anzahl von bei der Untersuchung festgestellten Eindrückungen, wobei die Anzahl des während des UntersuchungsSchritts festgestellten Eindrückungen ein Maß für die Bearbeitbarkeit des beschichteten Trägers ist.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Träger ein plattenförmiges Aluminiumsubstrat ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger bei dem Beschichtungsschritt mit einer Kupferschicht von etwa 0,3 mm Dicke überzogen wird.
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bearbeitung durch Abdrehen die folgenden Schritte aufweist:

   Befestigen des Trägers auf einer Metallformungsmaschine,

   Befestigung eines Schneidwerkzeugs mit etwa 6 mm Radius an der Schneidspitze an der Metallformungsmaschine in einer Schneidposition bezüglich des befestigten Trägers und

   Einstellung einer Relativbewegung zwischen dem befestigten Träger und dem befestigten Schneidwerkzeug derart, daß die Kupferschicht zu einer im wesentlichen flachen und glatten Oberfläche geformt wird.
4. 4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Untersuchung der abgedrehten Oberfläche die folgenden Schritte aufweist:

   Erzeugung eines polarisierten Lichtstrahles,

   Aufspaltung des polarisierten Lichtstrahles in eine erste und eine zweiten Lichtstrahlkomponente, von denen die erste rechtwinklig zur Polarisationsrichtung der zweiten polarisiert ist,

   Reflexion der beiden Lichtstrahlkomponenten auf einer Oberfläche des Mediums,

   Kombinierung der ersten und zweiten Lichtstrahlkomponten zu einem einzigen Lichtstrahl zur Bildung eines Differenz-Interferenz-Kontrastbildes der Oberfläche des Mediums und

   untersuchung des Bildes der Oberfläche des Mediums auf Eindrückungen O