HUT73543A - Method and apparatus for process control - Google Patents

Description

A találmány tárgya optikai mesterlemezen végzett eljárás vizsgálata, amely mesterlemez CD lemezek vagy lézer lemezek előállítására szolgál. A találmány mind egy optikai mesterlemez vizsgálatára szolgáló berendezés, mind optikai mesterlemezek vizsgálati eljárására vonatkozik.

Az optikai lemezek pl. a CD vagy lézer lemezek szokásos módon úgy készülnek, hogy számos mesterműveletet és másolási műveletet végeznek, amely műveletek az alábbiakban foglalhatók össze.

- 2 Mindenekelőtt egy lapos, polírozott, üvegből lévő mesterlemezt (jellemzően 240 mm átmérőjű és 5-6 mm vastagságú) bevonnak vékony, egyenletes pozitív fényérzékeny réteggel (jellemzően 130 nm vastagságban).

Ezt követően egy kékfényű lézernyalábot fókuszálnak egy kis foltra a bevonattal ellátott üvegfelületre oly módon, hogy azt átbocsátják egy mikroszkóp objektív típusú, nagy numerikus apertúrájú lencsén. A lézerfényt egy videó, hang vagy más rögzítendő adatjelből származtatott villamosjellel modulálják. Az üveglemezt forgatják, miközben a lézerfény fókuszpontját a lemez forgási tengelyéhez képest sugárirányban mozgatják, ezáltal a modulált fényfolttal a bevont üvegfelületen egy spirális pályát hoznak létre, amely a kisebbik sugárnál kezdődik és kifelé halad. A fényérzékeny rétegen ily módon egy rejtett kép alakul ki, amely egy sor exponált és nem exponált részből áll a spirális nyomvonal mentén. A spirál lenyomata tipikusan 1,6 pm. A megvilágított részek szélei nincsenek élesen meghatározva, mivel a fókuszált fényfolt alapvetően diffrakció korlátos, annak lekerekített intenzitású profilja van.

A következő művelet a rejtett kép előhívása. Ez úgy történik, hogy a bevont felületet egy előhívó folyadékkal hozzák érintkezésbe (pl. egy vizes előhívó oldattal), rendszerint oly módon, hogy az üveget egy vízszintes síkban forgatják (a bevonattal ellátott felület felül van), miközben egy előhívó folyadékáramot oszlatnak szét a felületen, így a folyadék a felületen szétterül, majd a lemez peremén lefolyik. Az előhívó folyadék a fényérzékeny bevonat exponált részeit kioldja, miközben a nem exponált részekre sokkal kisebb hatása van, így az exponált részeken a benonatban un. pit-ek alakulnak ki. Amint az előhívó folyadék fokozatosan támadja a fényérzékeny réteget, a pit-ek kezdetben keresztmetszetükben kerekek egészen addig, ameddig a fényérzékeny rétegben a piték legerősebben megvilágított részei (a közepe) ki nem oldódtak. A pit feneke (amit az üveg felülete határoz meg) a lapos középső részétől kifelé terjed, miközben a pit fala visszahúzódik és meredekebbé válik.

Az előhívási folyamat nem folytatódik ellenőrizetlenül, de határozottan korlátozódik azon a ponton, amikor a pitéknek megfelelő méretük van. A piték

- 3 méretének ellenőrzése azért fontos, mert az az eljárással előállított lemezek iejátszhatóságára, különösen a visszaállított jelalak nagyságára és szimmetriájára hatással van. Az előhívás korlátozásával biztosítható továbbá, hogy a piték fala ne legyen túlságosan meredek, mivel egyébként azokat nehéz reprodukálni az ezt követő lemezburkolás és mintázási műveletek során.

A mesterdarab előállítási eljárása, beleértve a pit alakjának az előhívás alatti viselkedését ismertetve van G. Bouwhuis: Principles of optical disc systems c. művében (Adam Hilger kiadó, 1985).

A piték szélessége jellemző módon 0,5 pm, míg a piték hosszúsága és a közöttük lévő távolság a nyomvonal mentén változó. A rögzített információt ezek a változó hosszúságok tartalmazzák.

A mesterdarab előállítási eljárásának utolsó alapvető fokozata a mesterlemez előhívott felületének fémezése, rendszerint ezüsttel vagy nikkellel. Ezáltal a felület vezetővé válik és lehetővé válik egy nikkelből lévő alapréteg (legfeljebb 0,3 mm) galvanikus felhordása. Ez a nikkel réteg ezután az üveglemezről leválasztható és egy fém mester- vagy anyalemezt alkot.

Az ezt követő galvanikus bevonási és leválasztás! fokozatokban a fém mesterdarabról másolatok készíthetők. Ezeket a másolatokat (lenyomatként is említik) a mintázat egyik felületeként használják egy injektáló (vagy injektáló/sajtoló) mintázó gépben. Egy lehetséges változat szerint erre a célra magát a fém mesterdarabot is fel lehet használni. Mindegyik esetben a mintázó géppel műanyagból lévő lemezeket állítanak elő, amelynek a felülete a bevonattal ellátott, előhívott pitékkel rendelkező üveg mesterlemeznek a másolata.

Végezetül a mintázott lemezeket fémezik (rendszereint alumíniummal) a pitékkel ellátott, információt hordozó oldalon, a fémezett felületet védőlakkal és feliratokkal látják el, ami a lakkozott rétegre van nyomtatva,

A mintázott lemezeket úgy játszák le, hogy lézerfényt fókuszálnak egy lencse segítségével a műanyag vastagságán keresztül a belső fémréteg felületére. A fénynyaláb szempontjából ez a belső fémfelület az eredeti pitéknek negatív másolatát, vagyis kiemelkedéseket hordoz. A visszajátszott jelet a lencsébe visszaverődő fényből állítják elő és a kiemelkedések diffrakciós

• *

- 4 tulajdonságai kritikusak a kapott jel természetének meghatározása szempontjából. A kiemelkedések magassága, szélessége és alakja mind nagyon fontos.

A kiemelkedés magasságát elsősorban az eredeti fényérzékeny bevonat vastagsága határozza meg. A kiemelkedések szélessége és alakja kevésbé egyértelműen meghatározott és az exponálás valamint az előhívási művelet sok paramétere befolyásolja, beleértve a lézerfény intenzitását, a folt méretét és alakját, a környezeti hőmérsékletet és páratartalmat, a fényérzékeny réteg érzékenységét, az előhívó folyadák összetételét és az előhívási időt.

Abban az esetben, ha valamennyi paramétert jól állítunk be akkor az eljárással stabil eredmény érhető el. A fémezett üveg mesterlemez lejátszásakor kapott jelek figyelésével visszamenőlegesen finom beállítások végezhetők, vagy még akkor is, ha a mintázott másolati lemezek már elérhetők lesznek és azokat játszuk le.

Kívánatos azonban, hogy egy korábbi lépés során hajtsunk végre közvetlen beavatkozást, ami az előhívási művelet alatt végezhető el. A piték kialakításának folyamata képződésük során optikailag ellenőrizhető és az előhívási folyamat megszakítható (pl. oly módon, hogy az előhívó folyadékáram helyett öblítő vízáramot alkalmazunk), ha már egy megfelelő pit geometriát érzékeltünk. Láthatóan csak egyetlen folyamat változót (az előhívási időt) szabályoztuk ezzel az eljárással. Ez azonban egy nagyon fontos lépés, amely befolyásolja a piték méretét, s következésképpen a lemezek lejátszásakor az információt hordozó jel nagyságát és szimmetriáját. Abban az esetben, ha a pit mérete ebben a fokozatban szabályozható, akkor az eljárás a további paraméterek változásaival szemben sokkal kevésbé lesz érzékeny.

Azt találtuk, hogy nem feltétlenül szükséges a piték mikroszkopikus megfigyelése, vagy hogy a felvétel lejátszásával egyenértékű műveletet végezzünk ennek elérése céljából. A gyakorlatban a szabályzáshoz elegendő információt nyerünk viszonylag durva megfigyelések alapján is. Ha egy párhuzamos pl. pár mm átmérőjű fénynyalábot irányítunk az üvegen keresztül a bevont felületnek arra a részére, amelyen a bevonaton piték vannak jelen, úgy a fény a piték által diffraktálódik. Ennek a diffrakciónak a hatása sokkal

- 5 jelentősebb sugárirányban, mivel a felvételi pályák szabályos távolságokban vannak, a szétszórt fénysugár legnagyobb része a lemezről koncentrálódva diszkrét nyalábokban lép ki a sugárirányú síkban, ami különböző diffrakciós nagyságrendeket képvisel. (Ez a sugárirányú szóródási viselkedés annak ellenére is megfigyelhető, hogy a spirális nyomvonal egymással szomszédos menetei, amelyeken a fénynyaláb áthatol, nem azonosak hanem egy finom, álvéletlenszerű pit szerkezete van érintő irányban.) A kilépő fénynyaláb, amelyet piték hiányában is látnánk (a közönséges átbocsátóit fénynyaláb) a nulladrendű nyaláb.

Ezen túlmenően a diffraktált nyalábok egy másik csoportja is látható, amely az üvegről az üvegen keresztül lép vissza a közönséges reflektált fénynyalábon kívül (amit nulladrendű reflektált nyalábként ismernek). Ezek a diffraktált nyalábok reflektálódnak, ellentétben az áthatolással.

A fényérzékeny réteg megfigyelésére ismert eljárás szerint egy lézer fénynyaláb hatol fel a mesterlemez üvegén keresztül és a lemez fölött egy érzékelőt helyeznek el úgy, hogy az érzékelje a kibocsájtott diffraktált fénynyaláb egyikét, általában az elsőrendű diffraktált nyalábot az előhívás közben. Abban az esetben, ha a mért intenzitás meghaladja az előre beállított küszöbértéket, úgy az előhívást automatikusan befejezik.

Ennek az ismert eljárásnak néhány jelentős nehézsége van. Az előhívás közben az előhívó folyadék egy rétege átáramlik a mesterlemez felületén. Abban az esetben, ha ez a réteg egyenletes és lapos, akkor az nem változtatja meg a különböző fénynyalábok irányát akkor, amikor az belép a levegőbe. Azonban a gyakorlat szerint egy bordaszerű mintázat fluktuál az előhívó folyadék felszínén. Az egyenlőtlen folyadék felszínéről kilépő fénynyalábok refraktálódnak és így azok iránya lüktető. Ennek egyik következménye az, hogy az elsőrendű nyaláb intenzitását érzékelő optikai detektor egy nagyobb térrészt kell, hogy befogjon, amint az egyébként szükséges lenne. Sokkal fontosabb, hogy a nulladrendű (közvetlen) nyaláb szintén véletlenszerűen refraktálódik és előfordulhat az, hogy belép az elsőrendű nyaláb érzékelőjébe. Mivel a nulladrendű nyaláb erőssége többszöröse a diffraktált nyalábénak, az ily módon végzett mérés komoly mértékben megbízhatatlanná válik.

• ·

- 6 Szükség van tehát az ismert eljárás megbízhatóságának növelésére.

Az első találmányi gondolat szerint, amikor egy optikai mesterlemezben az előhívás közben a pit-ek kialakulását megfigyeljük oly módon, hogy egy beeső fénynyalábot irányítunk a mesterlemez felületének egy részére és legalább egy diffraktált fénynyalábot érzékelünk, amikor is az előhívó folyadék réteggel egy merev test érintkezik, ez a merev test az optikai mesterlemez felületéhez képest térközzel van elrendezve, és legalább ezen a részen, ahol a fénynyaláb beesik közel van az optikai mesterlemez felületéhez. A merev test megakadályozza, hogy bordáza szerű mintázat, vagy hasonló változások lépjenek föl az előhívó folyadék réteg vastagságában azon a részen, amelyen a fénynyaláb beesik, ezáltal lecsökkentjük, vagy megszüntetjük az előhívó folyadék rétegben ezen változások veszélyét, amely változások hatással lennének az optikai mesterlemez előhívásának megfigyelésére.

Előnyösen a merev test átlátszó, lehetővé téve ezáltal, hogy mintegy ablak, az egyik vagy mindkét fénynyalábot átengedje az optikai mesterlemezhez, és hogy a diffraktált fénynyaláb kilépjen az optikai mesterlemezről. Mivel a fényforrás fénynyalábja az optikai útvonalnak legalább egy részén el kell érje a diffraktált fénynyaláb detektorját, majd ezután át kell, hogy haladjon az előhívó folyadék rétegen, látható, hogy ennek felületeit pontosan kell szabályozni annak érdekében, hogy a diffraktált nyaláb intenzitása pontosan mérhető legyen.

A jelen találmány alkalmazható azonban olyan elrendezésekben is, amelyeknél a fényforrásból származó fénynyaláb az optikai mesterlemez felé és attól visszafelé a detektor irányában nem halad keresztül az előhívó folyadék rétegen. Az lenne hihető, hogy ebben az esetben az előhívó folyadék rétegének szabályozására már nem lenne többé szükség. A gyakorlatban azonban ez nem áll fenn, mivel a fénynyalábnak legalább egy része a fényforrásból behatol ebbe a rétegbe, és a rétegnek a mesterlemeztől távolabbi felületéről fény verődik vissza. Különösen a nulladrendű nyaláb irányába eső reflexió lép fel akkor, ha bordázás, vagy más lüktetés léphet fel a felületen, amely a fénynyaláb irányának lüktetésében jelentkezik, beléphet a detektorba, • ·

- 7 és így megzavarja a mérés pontosságát. Ezért nagyon fontos ebben az esetben is, hogy az előhívó folyadék réteg felületét szabályozzuk.

A fenti tárgyalásban a diffraktált nyaláb mind az átbocsájtott, mind a reflektált diffrakciót jelenti. így a fényforrás, amelynek fénynyalábja az optikai mesterlemezre beesik, az optikai mesterlemeznek ugyanazon az oldalán lehet, mint a diffraktált nyalábot érzékelő detektor, de lehet az ellentétes oldalon is.

A jelen találmány szerinti cél több, különböző úton is elérhető. A legegyszerűbb módon, a merev testet egy házban lévő átlátszó ablak alkotja. A ház üreges, és magában foglalhatja a diffraktált nyalábot és/vagy a fényforrásnak az optikai mesterlemezre vetített nyalábját érzékelő detektort is. Ekkor az ablaknak az optikai mesterlemeztől távolabbi felülete száraz marad, míg az ablak és az optikai mesterlemez közötti tér folyadékkal van kitöltve, ezáltal a fénynyalábokat zavaró körülményeket kizárjuk. Előnyösen legalább a diffraktált nyaláb halad át az ablakon, és még előnyösebb, ha mind a beeső fénynyaláb, mind a diffraktált fénynyaláb áthalad rajta. Lehetséges azonban az is, hogy a beeső fénynyaláb haladjon át az ablakon, és a diffraktált nyalábot az optikai mesterlemez másik oldalán érzékeljük.

Lehetőség van továbbá arra is, hogy mind a beeső fénynyaláb, mind a diffraktált nyaláb áthatoljon az optikai mesterlemezen, majd nyomvonalukban visszaverődjenek az optikai mesterlemeznek a folyadékkal érintkező felületéről. Ebben az esetben nem szükséges, hogy a merev test átlátszó legyen.

Annak biztosítása érdekében, hogy elegendő előhívó folyadék legyen jelen, rendszerint az optikai mesterlemez közelében a folyadék adagolására alkalmas eszköz van elrendezve. A találmány szerint ezért lehetséges, hogy a merev testet az előhívó folyadék adagolására alkalmas eszközzel építsük egybe. Például a merev testet az adagoló szerv egyik fala alkothatja. Egy lehetséges változat szerint, amelynél az adagoló szervnek egy fúvókája van, amelyen keresztül az előhívó folyadék halad át az optikai mesterlemezhez, a fúvóka falában egy ablakot lehet kialakítani, így a diffraktált és/vagy beeső fénynyaláb vagy amely a fényforrásból érkezik (egy lehetséges esetben) a fúvókán belül a folyadékon, valamint a fúvóka falában lévő ablakon áthalad a detektorhoz.

- 8 Ezen elrendezések mindegyikében a diffraktált (vagy beeső) fénynyaláb az előhívó folyadékból közvetlenül az átlátszó merev testbe jut (vagy viszont), mivel az átlátszó merev test közvetlenül érintkezik az előhívó folyadékkal, így az előhívó folyadék felszínén keletkező bordázások okozta zavarok elkerülhetők. Amint fentebb már említettük, lehetőség van arra is, hogy a beeső fénynyaláb áthatoljon az átlátszó testen abban az esetben is, ha a detektor az optikai mesterlemeznek az átlátszó testhez képesti ellentétes oldalán van.

Egy második találmányi gondolat szerint, amely független, de az első találmányi gondolattal kapcsolatban is alkalmazható, az optikai mesterlemezen az előhívás során kialakuló pitékét egy diffraktált fénynyaláb intenzitásának az érzékelésével figyeljük. A diffraktált fénynyalábot ugyanazon oldalról figyeljük meg, mint ahonnan a beeső fénynyaláb éri a mesterlemezt, vagyis a visszaverődött diffraktált fénynyalábot figyeljük.

A reflektált fénynyaláb figyelésének néhány gyakorlati előnye van az átmenő fénynyaláb figyelésével szemben. Valamennyi optikai eszköz a mesterlemez fölött helyezhető el, a mérés több körülménnyel szemben érzéketlen, mint például független az üveg alsó felületétől. A mesterlemez egy átlátszatlan lemeztányérra vagy pókszerű szerkezetre fogható fel anélkül, hogy az az optikai méréseket megzavarná.

Van azonban egy sokkal alapvetőbb előnye is. Azt találtuk, hogy például az elsőrendű diffraktált nyaláb erőssége nem nagyon különbözik akkor, ha a pitékkel kialakított mesterfelületen halad át, vagy ha arról reflektálódik. A nulladrendű, vagy közvetlen nyaláb azonban a reflexió során sokkal jobban csillapodik, mint áthaladás közben. Ez azt jelenti, hogy az elsőrendű nyaláb, amelyet a nulladrendű nyaláb részeként mérünk, reflektálva nagyobb, mint átbocsátva. Ezért abban az esetben, ha a reflektált nyalábot használjuk fel, akkor a nulladrendű nyaláb szórt fényének az elsőrendű nyaláb detektorába történő behatolási veszélye jelentősen kisebb.

A harmadik találmányi gondolat szerint a fényforrás intenzitását periodikusan moduláljuk. Ezáltal lehetővé válik, hogy a megfigyelt diffraktált nyalábot a környezeti fény hatásaitól megkülönböztessük. így pl. az elsőrendű nyaláb detektorának kimenő jelét egy fázisdetektoron vezetjük át, amelynek

referencia bemenetére ugyanazt a jelet vezetjük, amellyel a lézerfényt moduláljuk. A kimeneten ezáltal megjelenő egyenfeszültség arányos az érzékelt fényintenzitás azon összetevőjével, amely ezen jelien szinkronban váltakozik. Az érzékelt fény kimenő egyenfeszültségére ennek más hatása van, mint a fényforrásban keletkező alapvetően kiküszöbölendő fénynek. A fényforrás előnyösen egy lézerdióda, amelynek a kibocsátott fényét elektronikusan moduláljuk. Amint említettük, ez a harmadik találmányi gondolat függetlenül is, vagy az első és/vagy második találmányi gondolattal együtt is alkalmazható.

A találmány kiviteli alakjait az alábbiakban részletesebben ismertetjük a mellékelt rajzok alapján, ahol az

1. ábrán egy felületről diffraktált nyalábok mintázata látható, a

2. ábra egy optikai érzékelő elrendezés vázlata, amely a jelen találmány alapgondolatát szemlélteti; a

3. ábra a találmány egy kiviteli alakja szerinti optikai érzékelő elrendezés; a

4. ábra a 3. ábrán bemutatott optikai érzékelővel együtt látható előhívó elrendezés képe; az

5. ábra egy optikai érzékelő részletét és azzal szomszédos adagoló fúvókát mutat; a

6. ábra egy kombinált optikai érzékelőt és egy adagoló fúvókát szemléltet a találmány egy második kivitel alakjával összhangban; a

7. ábra a találmány egy harmadik kiviteli alakja szerinti kombinált optikai érzékelőt és adagoló fúvókát mutat; a

8. ábra az előhívási műveletet szabályozó elektronikus rendszer tömbvázlata, amely az optikai érzékelő elrendezés kimenő jelének megfelelően működik; és a

9. ábra a 8. ábra szerinti elektronikus rendszer javított változata az előhívási műveletnek az optikai érzékelő elrendezés kimenő jelére történő sokkal pontosabb szabályozásához.

Mielőtt a találmány kiviteli alakjait ismertetnénk, néhány, a találmányt alátámasztó általános alapelvet tárgyalunk.

Amint fentebb már említettük, a találmány szerint az optikai mesterlemezre eső fénynyalábból származó diffraktált nyalábokat használjuk fel a találmány alkalmazása során. Abban az egyszerű esetben, amikor egy fénynyaláb merőlegesen esik be a 100 felületre, pl. az optikai mesterlemez felületére, akkor a normális és az m-ed rendű diffraktált fénynyaláb közötti szöget az

0_m = sin’¹ (mX / nP) [1] egyenlet határozza meg, ahol λ a fény hullámhossza vákuumban, P a nyomvonal mérete, és n annak a közegnek a refrakciós indexe, amelyben a nyalábot megfigyeljük. A fénynyaláb azonban nem kell, hogy merőlegesen essen be. Az 1. ábrán egy lemez bevonattal ellátott felső 100 felületének pit szerkezetéről diffraktált nyalábok mintázata látható abban az esetben, amikor a beeső 101 nyaláb a merőlegeshez képest kis szögeltéréssel esik be.

Megjegyzendő, hogy míg az 1. ábrán látható módon a beeső 101 nyaláb a 100 felületet a lemezen keresztül éri el, hasonló diffraktált fénynyalábok keletkeznek akkor, ha a beeső 101 nyaláb a lemezen kívülről éri el a 100 felületet.

A különböző rendű diffrakciók erőssége függ az előhívott pit-ek méretétől és alakjától. Az előhívási folyamatról ilymódon úgy kapunk információt, hogy mérjük a diffraktált nyalábok intenzitását, mint a beeső nyaláb intenzitásának egy részét (vagy egy lehetséges változat szerint a kilépő nulladrendű nyaláb intenzitásának egy részét).

A fény hullámhossza elég hosszú kell legyen ahhoz, hogy ez a fény a fényérzékeny réteget ne exponálja. Szokásos módon hélium-neon lézerfényt használunk (hullámhossza 633 nm). Ebben az esetben a fenti [1] képlet azt mutatja, hogy merőleges beesésnél 1,6 pm nyomvonal méretnél két diffraktált • · · · · * · ·· ··· · *· • · ··· ··· · • · · * ··· ··· «·· ··· ·- 11 nyaláb lép ki a levegőbe a nulladrendű nyaláb mintkét oldalán 23° és 52° szög alatt a normálishoz képest.

A gyakorlatban a folyamatszabályozás szempontjából leghasznosabb információt az egyik elsőrendű nyaláb intenzitásából kapjuk, mivel ez az intenzitás folydamatosan emelkedik az előhívás optimális mértékéig és azon túl is, míg a másodrendű nyaláb intenzitása egy határt igyekszik elérni, majd ezt követően az előhívás további folyamata során csökkenni kezd. Nem szükséges részletes elméletbe bocsátkozni annak érdekében, hogy meghatározzuk a szükséges küszöbértéket. A rendszer a gyakorlati használatnak megfelelően kalibrálható megfelelő tapasztalati összefüggések meghatározásával a küszöbérték és a végső kialakítású lemezek visszajátszási tulajdonságai között. A szükséges beállítást megfelelően befolyásolja akár a nyomvonal mérete, akár a fényérzékeny bevonat vastagsága, de ezek hatása tapasztalati úton is meghatározható. A nyomvonal méretének változása megváltoztatja a diffraktált nyaláb irányát és az optikai érzékelő el kell hogy viselje az irányváltozás tartományát, ami megfelel az alkalmazott nyomvonal méretek tartományának (CD lemezek esetén névlegesen 1,5-1,7 pm).

E tárgynak az elméletét tárgyalja a J.H.T. Pasman, J. Audio Eng. Soc., Vol. 41 No. 1/2 szakirodalom (1993. január).

A diffraktált nyalábok tárgyalt viselkedése, ezen diffraktált nyalábok áthaladása egy optikai mesterlemezzel szomszédos átlátszó testen keresztül az alábbiakban kerül ismertetésre.

A 2. ábrán egy optikai 3 mesterlemez látható, amelyen 2 rétegbevonat van, amely 2 rétegbevonat fényérzékeny anyagból van. Az optikai 3 mesterlemez kezelése során a 2 rétegbevonatot modulált lézerfénnyel exponáljuk és létrehozunk egy sor exponált és nem exponált részt a 2 rétegbevonaton a kívánt pit-ek mintázatának megfelelően, amelyeket az optikai 3 mesterlemezen kívánunk kialakítani. A 2 rétegbevonat előhívása érdekében és ily módon a pit mintázat létrehozásához a 2 rétegbevonatot 14 előhívó folyadékkal kezeljük.

A jelen találmány az előhívási művelet vizsgálatára vonatkozik, és a 2. ábra azt mutatja, hogy az optikai 3 mesterlemez mellé egy 1 házat helyezünk,

amely 1 háznak egy 4 ablaka van. Az 1 házat úgy helyezzük el, hogy annak 4 ablaka érintkezzen és belemerüljön a 14 előhívó folyadékba. Ezáltal a 4 ablaknál nincsenek a 14 előhívó folyadék felületén keletkező bordák, jóllehet más részeken jelen vannak a 15 bordák.

Annak érdekében, hogy az előhívási folyamatot meg tudjuk figyelni, egy 6 fénynyalábot vetítünk az optikai 3 mesterlemez 2 rétegbevonatára a 4 ablakon keresztül. Amint azt az 1. ábra kapcsán tárgyaltuk, a részlegesen vagy teljesen előhívott pit-ek jelenléte a 2 rétegbevonat azon részein, amelyeket a 6 fénynyalábbal megvilágítunk, diffraktált nyalábokat állít elő, amely tartalmaz egy elsőrendű diffraktált 8 nyalábot (reflektált diffrakció) és egy nulladrendű reflektált 10 nyalábot. A 2. ábrán a többi diffraktált nyaláb nincs feltüntetve, az áthatoló diffraktált nyalábok éppúgy, mint a reflektáltak, amelyek általában úgy keletkeznek, amint azt az 1. ábra kapcsán tárgyaltuk.

Annak érdekében, hogy a 2 rétegbevonat 14 előhívó folyadékkal történő előhívási folyamatát meg lehessen határozni, legalább az egyik diffraktált nyalábot (előnyösen az elsőrendű diffraktált 8 nyalábot) figyeljük. Mivel a 6 és 8 nyalábok optikai útvonala stabil, pontos méréseket lehet végezni.

A találmány egy kiviteli alakját az alábbiakban a 3. ábra kapcsán ismertetjük. A 3. ábrán a 2. ábrával azonos részeket azonos hivatkozási számokkal láttuk el.

A 3. ábra szerinti kiviteli alaknál egy vízszintesen elrendezett, üvegből lévő 3 mesterlemez 2 rétegbevonata fölé az előhívási folyamat alatt egy vízálló, fémből lévő 1 házat helyezünk. Az 1 ház fenekén egy szintetikus zafírból lévő 4 ablak van. Az 5 fényforrást egy tokozott szilárdtest lézerdióda alkotja, amely párhuzamos 6 fénynyalábot bocsát ki, amelynek a hullámhossza 670 nm. A 6 fény nyaláb átmérőjét egy köralakú 7 maszk korlátozza mintegy 1 mm-re. A lézerdiódából álló 5 fényforrást a függőlegeshez képest kis szögben, mintegy 510°-kal helyezzük el annak érdekében, hogy elkerüljük a rá visszaverődő fényt. Az 1 ház a 3 mesterlemezhez képest sugárirányban van beirányítva úgy, hogy (a 2 rétegbevonatban előhívott pit-ek jelenléte esetén) az elsőrendű diffraktált 8 nyaláb a rajzolat síkjába essen és elérje a 9 fotodiódás érzékelőt. A 9 érzékelő elég nagy ahhoz, hogy befogja a 8 nyaláb bármilyen megengedhető, a 3 • ·

- 13 mesterlemezre rögzített nyomvonal értékét. (Egy nyomvonal 1,5-1,7 pm tartománya megfelel 3,5° szögtartománynak, vagy 50 mm-es detektor távolságnál 3 mm-nek.)

A reflektált nulladrendű 10 nyaláb egy belülről feketített elnyelő 11 serlegbe esik be annak érdekében, hogy minimálisra csökkentsük a 9 detektort esetlegesen elérő szórt fényt. A 11 serlegen belül lehetséges módon elhelyezhető egy nulladrendű 16 nyaláb detektor, így az elsőrendű nyaláb a nulladrendű nyaláb részeként mérhető. Szokásos azonban az is, hogy az 5 lézerdióda kibocsátott fényét egy helyi visszacsatoló hurokkal stabilizáljuk, így az elegendően állandó a folyamatszabályozás céljára anélkül is, hogy közvetlenül mérnénk a nulladrendű 10 nyalábot.

Előnyösen a 4 ablak közelében egy 12 nyílás van annak elkerülésére, hogy a 3 mesterlemez alsó 13 felületéről visszaszóródó fény elérje a 9 detektort.

A 4 ablak elegendően közel kell legyen a 2 rétegbevonathoz annak biztosítására, hogy a 14 előhívó folyadék a 4 ablakot nedvesítse és kitöltse a 4 ablak és a 2 rétegbevonat közötti teret. Mechanikusan kivitelezhető 0,5 mm térköz. Annak elősegítésére, hogy a folyadék kitöltse a teret, az érzékelőt az előhívó folyadékot adagoló fúvókához közel és a kifolyáshoz (a lemez forgási irányában) kell elhelyezni. Az érzékelőt előnyösen ugyanarra a karra szereljük, amelyik a fúvókát tartja. Egy előnyös kiviteli alaknál a fúvóka az előhívó folyadékot egy olyan sugárirányú tartományban adagolja a mesterlemezre, amely befedi a mesterlemeznek legalább felvétellel fedett részét (23-58 mm CD lemezek esetén), és az optikai érzékelő ezt a 6 fénynyalábot ezen tartomány alsó vége felé eső sugárra irányítja (pl. 30 mm). így valós kiolvasást kapunk olyan esetekben is, ha gazdaságossági okokból a mesterlemezen a felvett rész kis sugárnál végződik.

A 4 ablak anyagául szintetikus zafír választását a kémiai behatással szembeni ellenállás és a karcolással szembeni ellenállás határozza meg. Az előhívó folyadékok rendszerint alkáliák, és azt találtuk, hogy azok egy idő után elhomályosítják az üvegből lévő ablakot. Jó simaságú ablakot kell választani, amelynek felső felülete előnyösen reflexiómentes bevonattal látható el annak

- 14 • · · · ··· ··· ··· ··♦ érdekében, hogy csökkentsük a 9 detektorra a beeső 6 fénynyalábból visszaszóródó fény mennyiségét. A zafír nagy törésmutatója következtében e célra egy egyszerű nagyedhullámú magnézium-fluoridból lévő bevonat alkalmas.

A 4. ábrán egy előhívó elrendezés oldalnézete látható, amely tartalmazza a 3. ábrán látható érzékelőt. A 3 mesterlemez egy háromlábú 30 tartón egy 31 tengely körül forog. Két, 32 és 33 kar vissza van húzva mindaddig, ameddig a 3 mesterlemezt behelyezzük, de az előhívás alatt az ábrán látható helyzetükben vannak. Az egyik 32 kar előhívó folyadékot adagol egy ventillátor szerű 34 fúvókán keresztül. A 33 kar öblítő vizet adagol egy hasonló 35 fúvókán át. Az érzékelő 1 háza a 34 fúvóka mögé van szerelve oly módon, hogy a zafír 4 ablaka a 3 mesterlemez felső felületén lévő 2 rétegbevonathoz esik közel. A bemutatott elrendezésben a 3 mesterlemez forgási értelme felülről nézve az óramutató járásával ellentétes, így az előhívó folyadék a 34 fúvókától az érzékelő egység felé igyekszik.

Az eljárási lépéssorozat úgy kezdődhet, hogy a 35 fúvókából öblítő vizet adagolunk, majd ezt követően a 34 fúvókából előhívó folyadékot vezetünk be, majd visszakapacsolunk a 35 fúvókára öblítő víz adagolása céljából. A 34 fúvókát a végső öblítés alatt visszahúzzuk. Alapos öblítés után a 3 mesterlemezt nagy segességgel forgatva leszárítjuk. Az az időpont, amikor az előhívó folyadék áramlását öblítő vízárammal váltjuk fel, az elsőrendű fénynyaláb 9 detektor kimenő jele által vezérelt elektronikus eszközökkel történik, amint azt alább ismertetjük. Az 5. ábrán az érzékelő 1 házának a metszete látható az adagoló 34 fúvóka közelében. Az 5. ábrán látható, hogy az 1 ház és a 34 fúvóka egy egybefüggő egységet alkot, amely úgy van kialakítva, hogy a 41 kimenet a 4 ablakot tartalmazó 1 ház szomszédos végénél van. A detektor (az 5. ábrán nincs feltüntetve) és az 5 fényforrás az 1 házon belül van, amint azt már a 3. ábra kapcsán említettük. A 6. ábrán egy második kiviteli alak látható, amelyben az optikai érzékelő egység az adagoló 34 fúvókával van kombinálva. Az 5 lézerdióda, a 7 nyílás, a 9 detektor és a 11 abszorber elrendezése hasonló a 3. ábrán láthatóhoz, és az azonos részek azonos hivatkozási számokkal vannak ellátva.

···· ····

- 15 A 6. ábra második kiviteli alakjában az 5 lézerdiódából származó beeső 6 fénynyalábot, a nulladrendű reflektált 10 fénynyalábot és az elsőrendű diffraktált 8 fénynyalábot egy átlátszó, akrilból lévő, a 34 fúvóka falát alkotó 35 testen vezetjük át, inkább, mint levegőn keresztül. Egy 4 ablak helyett egy lapos polírozott alsó 40 homloklap van a 34 fúvókánál. Az alsó 40 homloklap egy, az előhívó folyadék adagolására szolgáló 42 rés mindkét oldalán egyenlő mértékben nyúlik el oly módon, hogy az előhívó folyadék az alsó 40 homloklap és a 2 rétegbevonat közé van kényszerítve, így egy optikailag homogén rész jön létre a fény útjában a 2 rétegbevonat felé és attól vissza. Az alsó 40 homloklap és a 2 rétegbevonat közötti távolság mintegy 2 mm lehet.

A beeső 6 fénysugár az 5 lézetdiódától a műanyag 35 testbe belép és az elsőrendű 8 fénynyaláb egy további polírozott lapon keresztül a műanyag 35 testbe lép be. Egy, a 3. ábrán látható 11 abszorberhez hasonló van a 35 test anyagából kivágva és egy járatot hagy szabadon, amelynek a durva külső felülete feketére van festve.

A 7. ábrán egy további kiviteli alak látható, amelynél egy optikai érzékelő egység egy adagoló 34 fúvókával van kombinálva. Az 5 lézerdióda, a 7 nyílás, a 9 detektor és a 11 abszorber ebben az esetben is hasonlít a 3. ábrán láthatóhoz, azonban a 6, 10 és 8 fénynyalábok a 34 fúvókán belül lévő előhívó folyadékon haladnak át, elérik a 3 mesterlemez 2 rétegbevonatát a 34 fúvóka 43 résén keresztül, amelyen keresztül az előhívó folyadék is kilép. A 43 rés valamivel szélesebbre van készítve, mint a 42 rés (mintegy 2 mm) a 6. ábra szerinti kiviteli alaknál, és a belső 6 fénynyaláb pontosan úgy van beirányítva, hogy annak közepén haladjon át. A beeső 6 fénynyaláb számára legalább egy polírozott 50 ablak van a 6 fénynyaláb belépéséhez, és hogy a 8 fénynyaláb a 34 fúvóka üregét elhagyja. Lehetőség van arra is, hogy a 6 és 8 fénynyalábok számára különálló 50 ablakokat készítsünk, de egyetlen 50 ablak is elegendő. A 34 fúvókán belül buborékok alakulhatnak ki, így a folyadék áramot úgy kell irányítani, hogy az esetlegesen fellépő buborékok olyan helyre kerüljenek, amelyek egyik 6,10 vagy 8 fénynyalábot sem szakítják meg.

Bámelyik, a 3., 5., 6. és 7. ábrákon bemutatott érzékelő elrendezés alkalmazható egy átbocsátó rendszerben is. Ebben az esetben az 5 lézerdióda

nem lehet az érzékelő szerelvényen belül. Ehelyett az 5 lézerdiódából származó beeső fénynyaláb alulról van beirányítva az üveg 3 mesterlemezen keresztül a 4 ablakba, a 40 homloklapra, vagy a 43 nyílásba. Ha egy háromlábú 30 tartót alkalmazunk a 3 mesterlemez alátámasztására, akkor lehetővé kell tenni az érzékelő elektronikában a 30 tartó lábai által történő fénynyaláb periodikus megszakítását; egy lehetséges változat szerint a tartó elhagyható, ha a 3 mesterlemeznek egy csatlakozó középső része van, amelynél fogva az közvetlenül a 31 tengelyre rögzíthető.

A 8. ábrán egy, a 9 detektor kimenő jele által vezérelt elektronikus rendszer tömbvázlata látható, amellyel megszakítja az előhívást a találmány harmadik alapgondolatának megfelelően. Az 5 lézerdióda sugárforrás egy moduláló bemenettel rendelkezik, amelyen keresztül a fény energiája egy magas érték és egy alacsony érték között kapcsolható át egy kívülről bevezetett jelnek megfelelően. Egy 110 oszcillátor 111 négyszögjelet állít elő 10 kHz nagyságrendű frekvenciával, amely mind az 5 lézerdióda moduláló bemenetére, mind egy fázisdetektor vagy 112 szorzóáramkör referencia bemenetére van vezetve. Miközben a 9 detektor kimenő jele egy 113 előerősítőn halad át, a váltakozó feszültség 14 csatoló elemen keresztül egy további 115 erősítőre van vezetve, ami egy 112 szorzóáramkör jelbemenetére kerül. A 112 szorzóáramkör 116 kimenetét egy 117 aluláteresztő szűrő szűri és eltávolítja a 111 oszcillátor jeléből származó nagyfrekvenciás összetevőket. A szűrt 118 kimeneő jel egy 119 erősítővel megfelelő mértékben fel van erősítve, amelynek a 120 kimenete egy 121 komparátor egyik bemenetére van vezetve, amely 121 komparátor másik bemenetére egy 123 pontencióméterről levett 122 referencia feszültség van vezetve. A 121 komparátor 124 kimenete egy olyan jel, amely, ha a 9 detektor által érzékelt elsőrendű fénynyaláb meghalad egy előre meghatározott küszöbértéket, amely küszöbértéket a 122 feszültség határoz meg, akkor lekapcsolja az előhívást.

Egy nullpont beállító 125 feszültség van a 126 potencióméterről a 119 erősítőre vezetve, amely lehetővé teszi a 120 kimenet nulla értékre történő beállítását abban az esetben, ha a 2 rétegbevonatban nincs előhívott pit. így

- 17 • ·· ··· « ··« ··· bármilyen, az 1 szerelvényen belüli 9 detektorba bejutott szórt fényt kompenzálni tudunk, amely szórt fény pl. a 4 ablak felületeiről kerülhet be.

Nem szükséges, hogy a 111 jel a lézerdióda kimenetét teljesen ki- vagy bekapcsolja. Egy mérsékelt modulálciós mélység elegendő, amennyiben az az időben állandó.

A 9. ábra a fent ismertetett elektronikus rendszer utolsó részének egy javított változata, amelyben a 121 komparátorra adott referencia feszültség egy

127 differenciáló áramkörrel csökkentve van olyan mértékben, amely arányos a 120 feszültség növekedési mértékével, ily módon az áramkör jó megközelítéssel tudja kompenzálni a különböző szelepek működési idejéből származó késéseket, amely szelepek a 124 jel függvényében megszakítják az előhívást. Minél gyorsabb a 120 feszültség növekedése, annál alacsonyabb a

128 küszöbfeszültség, így a 121 komparátor lényegében rögzített időintervallumban határozza meg azt az időpontot, amelyben a 120 feszültség el kellene érje a 122 feszültséget. A 127 áramkör differenciáló tulajdonságát elsősorban a C1 és R1 alkatrészek haatározzák meg, az R2 és C2 alkatrészek a nagyfrekvenciás erősítés korlátozását szolgálják.

Claims (20)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás optikai mesterlemez (3) vizsgálatára, amelynek során az optikai mesterlemez (3) felületét egy előhívó folyadék réteg felületével érintkezésbe hozzuk az optikai mesterlemez (3) felületének előhívására, az optikai mesterlemez (3) felületének egy részére beeső fénynyalábot (6) irányítunk, a fénynyaláb (6) által az optikai mesterlemez (3) felületén létrejövő diffrakció legalább egyik diffraktált fénynyalábját (8, 10) vizsgáljuk, azzal jellemezve, hogy az előhívó folyadék (14) rétegének egy másik felületét egy merev testtel (4, 35, 50) hozzuk érintkezésbe, amely merev test (4, 35, 50) az optikai mesterlemeztől (3) olyan távolságban van, hogy az előhívó folyadék (14) rétegvastagságát az optikai mesterlemez (3) felületének legalább a fénynyalábbal (6) megvilágított részén az optikai mesterlemez (3) és a merev test (4, 35, 50) közötti távolság határozza meg.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egyik diffraktált fénynyaláb (8, 10) egy elsőrendű diffraktált fénynyaláb (8).
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egyik diffraktált fénynyaláb (8, 10) egy elsőrendű diffraktált fénynyalábból (8) és egy nulladrendű fénynyalábból (10) áll.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a merev test (4, 35, 50) átlátszó és legalább az egyik fénynyaláb (6) és legalább az egyik diffraktált fénynyaláb (8, 10) áthatol a merev testen (4, 35, 50).
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik diffraktált fénynyalábot (8, 10) a beeső fénynyaláb (6) reflexiójával állítja elő az optikai mesterlemeznek (3) a fénynyalábbal (6) megvilágított részén.
6. 6. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik diffraktált fénynyalábot (8, 10) a beeső fénynyaláb (6) az optikai mesterlemezen (3) történő áthaladásával hozza létre.

   • · ·*·· ····« «; «· · ··· • · «·· ···« • · · · ··· «4· ··· ·♦· *
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előhívó folyadékot (14) egy fúvókán (34) keresztül vezetjük be, és a merev testet a fúvókában (34) lévő ablak (50) alkotja.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a beeső fénynyaláb (6) intenzitását periodikusan moduláljuk.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az optikai mesterlemez (3) felületének a kialakítására fényérzékeny bevonattal (2) látjuk el, a fényérzékeny bevonatot (2) az optikai mesterlemez (3) felületének az előhívó folyadékkal (14) történő kezelése előtt a modulált fénnyel exponáljuk.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az optikai mesterlemezt (3) az előhívó folyadék (14) rávezetése közben forgatjuk.
11. 11. Berendezés egy optikai mesterlemez (3) vizsgálatára, amelynek az optikai mesterlemezt (3) alátámasztó szerve (30, 31) van;

    az optikai mesterlemez (3) felületére az alátámasztó szerv (30, 31) által alátámasztott helyzetében előhívó folyadék (14) réteget adagoló szerve (34) van;

    az optikai mesterlemez (3) felületének egy részére az alátámasztó szerv (30, 31) által alátámasztott helyzetében beeső fénynyalábot (6) előállító fényforrása (5) van;

    az optikai mesterlemez (3) felületének egy részére beeső fénynyalábból (6) előállított legalább egyik diffraktált fénynyalábot (8) érzékelő detektora (9) van, azzal jellemezve, hogy az alátámasztó szerv (30, 31) mellett az előhívó folyadék (14) rétegének egy másik felületével érintkező merev testje (4, 35, 50) van, az optikai mesterlemez (3) felületének legalább a fénynyalábbal (6) megvilágított részén az előhívó folyadék (14) rétegvastagságát az optikai mesterlemez (3) és a merev test (4, 35, 50) közötti távolság határozza meg.
12. 12. Az 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a merev test (4, 35, 50) átlátszó.
13. 13. Az 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a merev test (4, 35, 50) egy, a házban (1) lévő, a detektort (9) tartalmazó ablak (4).
14. 14. Az 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az ablak (4) zafírból van.
15. 15. A 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a merev test (35) az előhívó folyadékot (14) adagoló szerv falát alkotja.
16. 16. A 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az előhívó folyadékot (14) adagoló szervnek egy fúvókája (34) van, amely az alátámasztó szerv (30, 31) felé nyúlik, és a merev test egy, a fúvóka (34) egy falában lévő átlátszó ablak (50).
17. 17. A 11-16. igénypontok ^bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fényforrás (5) és az érzékelő detektor (9) az optikai mesterlemeznek (3) az alátámasztó szerv (30, 31) által alátámasztott helyzetében egyazon oldalán van.
18. 18. A 11-17. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az érzékelő detektor (9) és az előhívó folyadékot (14) adagoló szerv egybefüggően van kialakítva.
19. 19. A 11-18. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai mesterlemez (3) felületének az előhívó folyadékkal (14) történő előhívási folyamatát az érzékelő detektor (9) kimenő jele alapján szabályozó eszközei (110-128) vannak, amely szabályozó eszközök (110-128) a fényforrás (5) fénynyalábjának intenzitását periodikusan modulálják.
20. 20. A 11-19. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az alátámasztó szerv (30, 31) forgatható, ezáltal forgatva az optikai mesterlemezt (3).