DE3225575A1

DE3225575A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwickeln eines photo-resistmaterials

Info

Publication number: DE3225575A1
Application number: DE19823225575
Authority: DE
Inventors: Toshiniro Komaki; Fumio Matsui; Mitsuaki Sashida; Atsushi Tokorozawa Saitama Yoshizawa
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1983-03-31
Also published as: FR2509484A1; GB2108707A; US4469424A; FR2509484B1; GB2108707B; DE3225575C2

Description

X-

Verf ahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines Photo-Resistmaterials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines Photo-Resistmaterials, das als Aufzeichnungsträger einer optischen Aufzeichnungseinrichtung, beispielsweise als Material einer optischen Aufzeichnungsplatte, verwandt wird.

In den letzten Jahren haben optische Aufzeichnungsvorrichtungen eine breite Verwendung zum Aufzeichnen von verschiedenen Informationen, beispielsweise von Videosignalen und digitalen Tonsignalen gefunden.

Bei einem Videoplattenspieler oder bei einem kompakten digitalen Tonplattenspieler wird ein Laserstrahl auf der Oberfläche einer sich drehenden Platte fokussiert, die ein optisches Muster, beispielsweise in Form einer Reihe von Vertiefungen oder Vorsprüngen, trägt, die die aufgezeichnete Information wiedergeben.

Der von dem optischen Muster auf der Platte reflektierte Lichtstrahl wird von einem photoelektrischen Wandler aufgenommen, der ein elektrisches Wiedergabesignal ausgibt, das der aufgezeichneten Information entspricht. Die Vater- oder Masterplatte bei einem derartigen System umfaßt einen Glasträger, dessen Oberfläche poliert ist, und eine Schicht aus einem Photo-Resistmaterial, die darauf ausgebildet ist.

Während der Aufzeichnung wird ein Aufzeichnungslaserstrahl,

'— Z. —

der nach Maßgabe eines Signals moduliert ist, das die aufzuzeichnende Information angibt, auf der Photo_rResistschicht der Masterplatte fokussiert, die mit einer vorbestimmten hohen Geschwindigkeit gedroht und. gleichzeitig langsam längs ihrer radialen Achse verschoben wird. Nach einer derartigen Belichtung wird das Photo-Resistmaterial der Platte in einem Entwicklungsprozeß behandelt, in dem die belichteten Teile des Photo-Resistmaterials durch eine Entwicklerlösung entfernt werden, um eine Reihe von Vertiefungen einzuschreiben, die die aufgezeichnete Information wiedergeben.

Unter Verwendung der in dieser Weise hergestellten Masterplatte werden die Wiedergabeplatten in großen Stückzahlen in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei herkömmlichen analogen Schallplatten hergestellt.

Da die Größe der Vertiefungen, die durch das Entwicklungsverfahren gebildet werden, d.h. die Tiefe und die Breite der Vertiefungen, einen Einflußfaktor darstellt, der direkt die Genauigkeit der Wiedergabe beeinflußt, muß die Vertiefungsinformation, d.h. die Größe der Vertiefungen so gesteuert werden, daß sie in einem bestimmten Zulassigkeitsbereich liegt.

Um die Größe der Vertiefungen zu steuern ist es notwendig, die Entwicklungszeit, d.h. die Zeitdauer der chemischen . Reaktion der belichteten Teile des Photo-Resistmaterials, einzustellen. Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion wird jedoch durch verschiedene Parameter, wie beispielsweise das Ausmaß der Belichtung, die Dichte und die Temperatur der Entwicklerlösung usw., beeinflußt.

Im Falle der bekannten Entwicklungsverfahren und-vorrichtungen wird das Fortschreiten der chemischen Reaktion nicht

T-

überwacht, so daß die Schwierigkeit entsteht, daß die Größe der Vertiefungen dazu neigt, von einer Platte zur anderen verschieden zu sein.

Durch die Erfindung soll der oben beschriebene Mangel der bekannten Entwicklungsverfahren und -vorrichtungen beseitigt werden und sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines Photo-Resistmaterials geschaffen werden, bei denen das Fortschreiten der chemischen Reaktion überwacht wird, um die Größe der Vertiefungen auf einen Wert innerhalb eines bestimmten Zuverlässigkeitsbereiches zu steuern.

Dazu wird erfindungsgemäß zusätzlich ein Überwachungsenergiestrahl mit einer bestimmten Wellenlänge und einem Einfallswinkel größer oder kleiner als 90° auf die empfindliche Schicht geworfen, die den entwickelten Träger überdeckt,

Γ$ί"^Χ($£^ die Intensität des BeugungsStrahles des Überwachungsenergiestrahles aufgenommen, der durch die Vertiefungen hindurchgeht, wird aus dem hindurchgehenden Beugungsstrahl ein Beugungsintensitätssignal erzeugt und wird die Zufuhr der Entwicklerlösung nach Maßgabe des Beugungsintensitätssignals gesteuert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung, die einen Überwachungsenergiestrahl mit bestimmter Wellenlänge unter einem Einfallswinkel größer oder kleiner als 90° auf die empfindliche Schicht des Trägers wirft, der entwickelt wird, eine Detektoreinrichtung, die die Intensität eines Beugungsstrahles des Überwachungsenergiestrahles aufnimmt, der durch die Vertiefungen hindurchgeht, und ein Beugungsintensitätssignal erzeugt, und eine Steuereinrichtung auf, die die Zufuhr der Entwicklerlösung nach Maßgabe des Beugungsintensitätssignals steuert.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen be-

sonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht ein

erstes tAusführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entwicklungsvor- · richtung;

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung

die Intensität eines primären Beugungsstrahles eines Laserstrahls, der durch die Vertiefungen geht, die auf einer Platte ausgebildet sind, gegenüber der Entwicklungszeit bei einem bekannten Entwicklungsverfahren;

Fig. 3 in einer graphischen Darstellung

die Beziehung zwischen der Intensität eines primären Beugungsstrahles eines Laserstrahls, der durch die Vertiefungen hindurchgeht, die auf einer Platte ausgebildet sind und den Spannungspegel eines Wiedergabesignals von Platten, die unter verschiedenen Entwicklungsbedingungen entwickelt wurden;

Fig. A schematisch ein zweites Ausfüh-

rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung; und

Fig. 5 schematisch ein drittes Ausfüh

rungsbeispiel der erfindungsge-

mäßen Entwicklungsvorrichtung.

Zunächst wird anhand von Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung "beschrieben.

Die Entwicklungsvorrichtung umfaßt eine Behandlungskammer 1, in der eine Platte 2 aufgenommen ist, die einen Laserschneidvorgang, d.h. eine Belichtung mit einem digital modulijerten Laserstrahl, durchlaufen hat. Die Platte 2 ist auf einem Drehteller 3 angebracht.

Der Drehteller 3 liegt vorzugsweise um einen vorbestimmten Winkel leicht schräg zur Richtung der Schwerkraft und wird mit einer bestimmten konstanten Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit über einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben.

Die Platte weist einen lichtdurchlässigen Träger, beispielsweise aus Glas, und einen Dünnschichtfilm aus einem Photo-

Resistmaterial mit einer Stärke von 2000 A oder weniger auf, der darauf ausgebildet ist.

Von einer Zuführungseinrichtung wird Entwieklerlösung zugeführt und mit einem Druckgas, beispielsweise mit Stickstoffgas, in einem Behälter 4 gemischt. Die durch das Stickstoffgas unter Druck gesetzte Entwicklerlösung oder das Gaslösungsgemisch wird einer Düse 6 über eine Leitung 22 und ein Ventil 5 zugeführt, die die Entwicklerlösung auf die Oberfläche der Platte 2 sprüht.

Während des lintwicklungsvorgangp werden die Teile· dor Photo-Resistschicht auf der Platte, die mit einem Fleck des modulierten Laserstrahls belichtet worden sind, durch die Ent-

AD

Wicklerlösung von der Düse 6 entfernt und ausgewaschen, so daß eine Reihe von Vertiefungen auf der Platte 2 gebildet wird, die die digitale Information wiedergeben.

Das Geniisch aus der Entwickler lösung und dem Gas, das in der Behandlungskammer 1 zurückbleibt, wird über ein Ventil 17 abgeführt, das an einer Seitenwand der Behandlungskammer angeordnet ist. Der andere Teil der Entwicklerlösung fließt zum Boden der Behandlungskammer 1 nach unten und tritt durch einen Auslaß 7 aus.

Eine Laserstrahlquelle 8, beispielsweise eine Helium-Neon-Röhre, ist an einer Stelle außerhalb der Behandlungskammer 1 vorgesehen. Ein Laserstrahl von der Quelle 8 wird über einen halbdurchlässigen Spiegel 9 auf die Platte 2 geworfen, so daß der Laserstrahl auf die Platte 2 unter einem Einfallswinkel mit bestimmter Größe schräg zu einer Richtung senkrecht zur Platte 2 fällt.

Der durch den halbdurchlässigen Spiegel 9 hindurchgehende Laserstrahl wird von einem ersten photoelektrischen Wandler 10, beispielsweise einer Photodiode oder einer photoelektrischen Röhre, aufgenommen, um den Laserstrahl zu überwachen. Das Ausgangssignal des ersten photoelektrischen Wandlers 10 liegt an einer Steuerschaltung 13» die später im einzelnen beschrieben wird.

Wenn an der Stelle der Photo-Resistschicht, auf die der Laserstrahl trifft, keine Vertiefung vorhanden ist, geht der Laserstrahl gerade durch den lichtdurchlässigen Träger der Platte 2 hindurch und wird der Laserstrahl von einem Strahlunterbrecher 11 aufgefangen. Wenn andererseits eine Vertiefung an dieser Stelle der Photo-Resistschicht vorhanden ist, wird der Laserstrahl durch die Vertiefung gebeugt und von einem zweiten photoelektrischen Wandler 12 aufgefangen, der dem ersten

3275575

■7 -

photoelektrischen Wandler 10 ähnlich ist.

Der-zweite photoelektrische Wandler 12 ist an einer Stelle von der Achse des einfallenden Strahles entfernt angeordnet, so daß er vorzugsweise die primäre Beugungsvjelle empfängt.

Das Ausgangssignal des zweiten photoelektrischen Wandlers 12, das im wesentlichen proportional zur Größe der angetroffenen Vertiefung ist, liegt an der Steuerschaltung 13. Wenn das Ausgangssignal des zweiten photoelektrischen Wandlers 12 einen bestimmten Bezugspegel erreicht, erzeugt die Steuerschaltung 13 Befehlssignale zum Betreiben des Ventilantriebsmotors 14, um das Ventil 5 zu schließen,und zum Betreiben eines weiteren Ventilantriebsmotors 15» um ein Ventil 16 zu öffnen, das die Zuführung von reinem Wasser zur Oberfläche der Platte 2 steuert. Da dem Photo-Resistmaterial auf der Oberfläche der Platte 2 keine Entwicklerlösung mehr zugeführt wird, wird der Entwicklungsprozeß unterbrochen.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die die Beziehung zwischen der Intensität in 'μ\1 des Beugungsstrahles und der Entwicklungszeit bei einem bekannten Verfahren zeigt, bei dem die Entwicklungszeit vorher gewählt ist, weicht die Größe der Vertiefungen, die durch die Intensität des Beugungsstrahles wiedergegeben wird, gegenüber der Zeit von einer Platte zur anderen ab. Es ist daher anzunehmen, daß die Überwachung der Größe der Vertiefungen über die Intensität eines Beugungsstrahles statt einer reinen Steuerung der Entwicklungszeit besonders vorteilhaft ist. Da die Entwicklungszeit nach Maßgabe des überwachten Wertes der Intensität des Beugungsstrahles gesteuert wird, wird eine genaue Steuerung der Größe der Vertiefungen im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.

Al er -

Während des erfindungsgemäßen Entwicklungsverfahrens wurden Versuche ausgeführt, bei denen Parameter der chemischen Reaktion,' wie beispielsweise das Ausmaß der Belichtung und die Entwicklungszeit, variiert wurden. Die Ergebnisse die* ser Versuche sind in Fig. 3 dargestellt, die die Beziehung zwischen den AusgangsSignalpegeln zeigt, die von einer Vielzahl von Wiedergabeplatten erhalten wurden, die unter Verwendung einer Vielzahl von Masterplatten erzeugt wurden, die nach dem erfindungsgemäßen Entwicklungsverfahren hergestellt wurden, wobei die Pegel ^W) des Beugungsstrahles verschiedene Einstellungen oder Soll-Werte haben.

Selbst wenn die Parameter der chemischen Reaktion geändert werden, folgt in der dargestellten Weise die Beziehung zwischen den Soll-Pegeln des BeugungsStrahles und den Wiedergabesignalpegeln einer Exponentialkurve.

Im folgenden wird anhand von Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung beschrieben.

Das zweite Ausführungsbeispiel weist einen dritten photoelektrischen Wandler 18 auf, der anstelle des Strahlunterbrechers in Fig. 1 vorgesehen ist. Wenn an der Stelle der Photo-Resistschicht, an der der Laserstrahl von der Quelle 8 auftrifft, keine Vertiefung vorhanden ist, geht der: Laserstrahl gerade durch den Träger der Platte 2 wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel in Fig. 1 hindurch. Nach dem Durchgang durch die Platte 2 wird der Laserstrahl jedoch vom dritten photoelektrischen Wandler 18 aufgefangen, der ein Ausgangssignal erzeugt, das zur Intensität des anliegenden Laserstrahls proportional ist. Der erste photoelektrische Wandler 10 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel fehlt bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die Ausgangssignale des zweiten und dritten photoelektrischen Wandlers werden jeweils in ihre Amplitude durch nicht" dargestellte Verstärker verstärkt und liegen·an einer Operationsschaltung 19» die ein Ausgangssignal erzeugt, das das Verhältnis zwischen den Intensitäten der Laserstrahlen wiedergibt, die von den jeweiligen photoelektrischen Wandlern 12 und 18 empfangen werden. Das Ausgangssignal der Operationsschaltung 19 liegt anschließend an einem Komparator 20, der ein Stoppbefehlssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Operationsschaltung 19 einen bestimmten Vergleichspegel Vr erreicht. Die Steuerschaltung 13 betreibt auf den Empfang des Stoppbefehlsignals vom Komparator 20 die Motoren 14 und 15 in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, um den Entwicklungsprozeß zu unterbrechen.

Die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler 12 und 18 neigen zu Schwankungen aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise einer Absorption,einer Streuung und einer Beugung des Laserstrahls, wobei diese Schwankungen von Staubteilchen und von Teilchen der Entwicklungslösung verursacht werden. Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung werden jedoch Schwankungen der Ausgangssignale der elektrischen Wandler an der Operationsschaltung 19 kompensiert, da die Schwankungen der Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler 12 und 18 in gleicher Weise als Folge der oben beschriebenen Störungen auftreten. Das Ausgangssignal der Operationsschaltung 19 ändert sich daher allein mit der Größe der Vertiefungen, was eine genauere Steuerung des Entwicklungsprozesses möglich mächt.

Vorzugsweise sind die oben erwähnten Verstärker, die mit den photoelektrischen Wandlern verbunden sind, so eingestellt, daß ihre Verstärkungsfaktoren derart verschieden sind, daß der Unterschied in der Ausgangscharakteristik der photo-

ΛΗ

elektrischen Wandler kompensiert wird.

In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel liegen die Ausgangssignale des ersten und zweiten photoelektrischen Wandlers 10 und 23 an der Operationsschaltung 19. Ähnlich wie bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Schwankungen in der Intensität des Laserstrahls von der Quelle 8 an der Operationsschaltung 19 kompensiert.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung eine genaue Steuerung der Größe der Vertiefungen möglich ist, die während des Entwicklungsprozesses ausgebildet werden. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die Schwankungen in der Intensität des Überwachungsenergiestrahls, die von dem photoelektrischen Wandler empfangen werden, durch die Verwendung einer Operationsschaltung kompensiert werden, in der das Verhältnis zwischen einer Vielzahl von Ausgangssignalen der photoelektrischen Wandler berechnet wird, um ein Entwicklungssteuersignal zu erzeugen.

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. AsöTnä'nn - Or. R. Kosnigsberger Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 3/Li FPG01-8212 Pioneer Electronic Corporation, Tokyo,Japan Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines Photo-Resistmaterials PATENTANSPRÜCHE

1.. Verfahren zum Entwickeln des Photo-Resistmaterials einer lichtempfindlichen Schicht, die auf einem im wesentlichen lichtdurchlässigen Träger ausgebildet ist, wobei die lichtempfindliche Schicht mit einem Aufzeichnungsenergiestrahl belichtet worden ist, der nach Maßgabe der aufzuzeichnenden Information moduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entwicklerlösung auf die lichtempfindliche Schicht geliefert wird, um die belichteten Teile des Photo-Rooictrnatcrialc zu entfernen und dadurch eine Reihe von Vertiefungen auszubilden, die die aufzuzeichnende Information wiedergeben, daß ein Überwachungsenergiestrahl mit einer bestimmten

3225S75

Wellenlänge auf die lichtempfindliche Schicht des Trägers, die entwickelt wird, unter einem Einfallswinkel größer oder kleiner als 90° geworfen wird, daß die Intensität eines BeugungsStrahles des Überwachungsenergiestrahles, der durch die Vertiefungen hindurchgeht, aufgenommen wird und ein Beugungsintensitätssignal erzeugt wird, das proportional dazu ist, und daß die Zuführung der Entwicklerlösung nach Maßgabe des Beugungsintensitätssignals gesteuert wird.

2. verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Überwachungsstrahles aufgenommen und ein Intensitätssignal erzeugt wird, und daß bei der Steuerung der Zuführung der Entwicklerlösung das Beugungsintensitätssignal mit diesem Intensitätssignal verglichen wird und ein Stoppbefehlssignal erzeugt wird, um die Zuführung der Entwicklerlösung zu unterbrechen, wenn das Verhältnis des Beugungsintensitätssignals zu dem Intensitätssignal einen vorbestimmten Wert erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Überwachungsenergiestrahls aufgenommen wird, bevor dieser die lichtempfindliche Schicht erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Überwachungsenergiestrahls nach dem Durchgang durch die Vertiefungen aufgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger um eine Achse gedreht wird, die in einem bestimmten Ausmaß bezüglich der Richtung der Schwerkraft schräg verläuft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsenergiestrahl auf die lichtempfindliche Schicht an einer Stelle geworfen wird, die höher als der Teil der lichtempfindlichen Schicht liegt, dem die Entwieklerlösung zugeführt wird.

7. Vorrichtung zum Entwickeln des Photo-Resistmaterials einer lichtempfindlichen Schicht, die auf einem im wesentlichen lichtdurchlässigen Träger ausgebildet ist, wobei die lichtempfindliche Schicht mit einem Aufzeichnungsenergiestrahl belichtet worden ist, der nach Maßgabe der aufzuzeichnenden Information moduliert ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Entwicklerlösung auf die lichtempfindliche Schicht liefert, um die belichteten Teile des Photo-Resistmaterials zu entfernen und dadurch eine Reihe von Vertiefungen auszubilden, die die aufzuzeichnende Information wiedergeben, eine Einrichtung, die einen Überwachungsenergiestrahl mit bestimmter Wellenlänge unter einem Einfallswinkel größer oder kleiner als 90° auf die lichtempfindliche Schicht des Trägers wirft, die entwickelt wird, eine Detektoreinrichtung, die die Intensität des BeugungsStrahles des Überwachungsenergiestrahles aufnimmt, der durch die Vertiefungen hindurchgeht und ein Beugungsintensitätssignal erzeugt, das proportional dazu ist, und eine Steuereinrichtung, die die Zuführung der Entwicklerlösung nach Maßgabe des Beugungsintensitätssignals steuert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

gekennzeichnet durch eine zweite Detektoreinrichtung, die die Intensität des Überwachungsenergiestrahles aufnimmt und ein Intensitätssignal erzeugt, wobei die Steuereinrichtung eine Hinrichtung umfaßt, die das Beußungsinten-

sitätssignal mit diesem Intensitätssignal vergleicht und ein Stoppbefehlssignal erzeugt, um die Zuführung der Entwicklerlösung zu unterbrechen, wenn das Verhältnis des Beugungsintensitätssignäls zum, Intensitätssignal einen . vorbestimmten Wert erreicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung die Intensität des Überwachungsenergiestrahls aufnimmt, bevor dieser die lichtempfindliche Schicht erreicht. <·■·

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung die Intensität des Überwachungsenergiestrahls aufnimmt, nachdem dieser durch die Vertiefungen hindurchgegangen ist*

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7,8,9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Träger um eine Achse dreht, die in einem bestimmten Maß bezüglich der Richtung der Schwerkraft schräg liegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7,8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsenergiestrahl auf die lichtempfindliche Schicht an einer Stelle trifft, die höher als der Teil der lichtempfindlichen Schicht liegt, auf den die Entwicklerlösung zugeführt wird.