NO158519B - Fremgangsmaate for aa preparere et glass-substrat for bruk ved fremstilling av en original video-skive. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt fremgangsmåte for å fremstille video-skiver av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Optisk lesbare reproduserte video-skiver er nyttige ved lagring av store mengder med informasjon, vanligvis i form av et frekvensmodulert (f.m.) bærebølgesignal, med en høy opptegningstetthet. F.m.-signalet blir vanligvis opptegnet som en sekvens av med avstand anbragte fordypninger eller ujevnheter anordnet i en rekke med hovedsakelig sirkulære og konsentriske opptegningsspor. Hver fordypning og tilliggende rom mellom fordypningene representerer en periode med f.m..-signal.

Skivereproduksjoner blir i alminnelighet dannet ved hjelp av sprøytestøpningsinnretninger som benytter pregeskiver utledet fra originalplaten. En original opptegningsplate innbefatter vanligvis et glass-substrat som har en skiveformet, plan overflate med et tynt opptegningssjikt, slik som en metallfilm. Informasjon blir i alminnelighet opptegnet i oppteg-ningssj iktet ved å fokusere en intensitetsmodulert skrivestråle på sjiktet ved å benytte en radialt bevegelig, optisk linse når originalskiven blir dreiet ved en forutbestemt hastighet. Stråleintensiteten blir modulert i samsvar med f.m.-signalet for å tilveiebringe endringer større og mindre enn forutbestemt terskel, ved hvilken metallfilmen blir smeltet, hvorved rekken med med avstand anbragte fordypninger blir utformet i filmen. Rekken med fordypninger og mellomrom har fortrinnsvis en nominell driftssyklus på 50/50, hvorved signalet blir opptegnet med minimal annen harmonisk forvrengning.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

I en artikkel med tittelen "Video Dise Mastering and Replica-tion" av Palermo et al, i "Optics and Laser Technology", august 1977, side 169-173, beskrives at et stasjonært glass-substrat skulle bli belagt ved fordampning med et adhesjonsfremmende sjikt av krom før påføringen av fotoresistsjiktet. Bruk av en adhesjonsfremmer egnet for påføring av belegg under dreiing er ikke beskrevet her. Fordelen med dreiepålegging av en adhesjonsfremmer på et substrat er således gått tapt ved ovenfornevnte metode. Dreiebelegging tillater f.eks. bruk av en vannoppløselig adhesjonsfremmer før glassubstratet påføres et informasjonssjikt.

US-patent nr. 3 954 469 og nr. 4 267 212 beskriver såkalt dreievasking og tørking av fotoresistinformasjonssjiktet kun etterat det er påført, eksponert og utviklet og ikke ved prepareringstrinnet av glass-substratet før påføringen av informasjonsoverflaten som ved foreliggende oppfinnelse. TJS-patent nr. 3 954 469 anbefaler kun at det stasjonære substratet blir vasket med zylen før informasjonssjiktet blir påført. US-patent nr. 4 267 212 beskriver ingen ting med hensyn til prepareringen av substratet før informasjonssjiktet påføres.

Mange andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelsen i forbindelse med tegningene, som ved hjelp av eksempler beskriver prinsippene ved oppfinnelsen, hvor: Fig. 1 viser et forenklet skjematisk diagram av innretningen for opptegning av et f.m.-informasjonssignal på en originalopptegningsplate, frembragt i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et forstørret planriss av et segment av originalplaten på fig. 1, som viser en rekke med avstand anbragte eksponerte områder anordnet i flere i det vesentlige sirkulære konsentriske opptegningsspor. Fig. 3 viser en kurve over den modulerte intensiteten til skrivestrålen i opptegningsinnretningen på fig. 1. Fig. 4 viser et snitt av en del av opptegningsoriginalplaten, tatt langs et opptegningsspor og viser fotoresistopptegningssjiktet som skal bli eksponert alltid når intensiteten til skrivestrålen på fig. 3 overskrider en forutbestemt terskel. Fig. 5 viser et snitt av originalopptegningsplaten på fig. 4, etter fremkallingen, for å fjerne områdene som ligger med avstand fra hverandre og som er eksponerte. Fig. 6 viser et perspektivriss av en dreibar innretning, benyttet for å påføre fotoresistopptegningssjiktet på originalopptegningsplaten på fig. 1.

Det skal nå henvises til tegningene, og spesielt til fig. 1, som viser en innretning for opptegning av et frekvensmodulert (f.m.)-informasjonssignal på en originalopptegningsplate 11. Originalplaten, den såkalte master'en, innbefatter et glass-substrat 13 med en glatt, plan øvre overflate på hvilken er anbragt et fotoresistsjikt 15 som har en foreskrevet Jevn tykkelse. Fotoresistsjiktet blir eksponert alltid når det blir truffet av en lysstråle som har en intensitet som overskrider en forutbestemt opptegnings-terskel.

Opptegningsinnretningen innbefatter en laserskriver 17 slik som en argon-ion-laser for frembringelse av en skrivende lysstråle 19 som bar en foreskrevet intensitet og en intensi-tetsmodulator 21 for modulering av intensiteten til skrivestrålen i samsvar med et f.m.-informasjonssignal mottatt på linjen 23. Opptegningsinnretningen innbefatter videre en spindelmotor 25 for dreiing av originalopptegningsplaten 11 ved en foreskrevet vinkelhastighet, og en objektivlinse 27 for fokusering av den intensitetsmodulerte strålen på fotoresistsjiktet 15 til den roterende originalplaten. Objektivlinsen er anbragt på en vogn (ikke vist) som er radialt bevegelig i forhold til originalplaten slik at den fokuserte strålen gir et spiralmønster på fotoresistsjiktet.

Som vist på fig. 2, 3 og 4 blir den intensitetsmodulerte strålen 19 vekselvis større og mindre enn den forutbestemte opptegningsterskelen til fotoresistsjiktet 15 hvorved en serie med avstand anbragte eksponerte områder 29 anordnet i flere i hovedsaken sirkulære og konsentriske opptegningsspor 31 blir utformet i sjiktet. Hvert eksponerte område og tilliggende mellomrom korresponderer med en periode for f.m.-signalet. Fig. 5 viser opptegningsoriginalplaten 11 etter fremkallingen for fjerning av eksponerte områder, idet platen nå er i egnet tilstand for bruk ved fremstilling av en matrise.

Originalplaten 11 blir .til å begynne med preparert for bruk ved opptegningsinnretningen på fig. 1, som benytter en spesiell prosess hvor den øvre overflaten av glass-substratet 13 blir først slipt og polert, og så vasket. Fotoresistsjiktet 15 blir så dannet ved fordeling av en fotoresistopp-løsning på overflaten, som deretter blir tørket og brent på en foreskrevet måte. Etter brenningen er originalplaten i egnet stand for opptegning. Ved et annet trekk ved oppfinnelsen er et tynt metallsjikt dannet ved substratet før dannel-sen av det fotofølsomme sjiktet.

Nærmere bestemt blir den plane overflaten til glass-substratet 13 til å begynne med preparert ved første sliping av det på en vanlig måte ved å benytte en aluminiumoksyd-blanding som har omkring en ni-mikro-korn-størrelse. Overflaten blir så polert ved å benytte en zirkoniumoksyd- eller ceriumoksyd-poleringsblanding med submikro-partikkelstørrelse. Man har funnet at ceriumoksyd polerer overflaten hurtigere, men er generelt vanskeligere å vaske.

Den polerte overflaten til glass-substratet 13 blir så vasket ved en spesiell tre-trinns prosess. Først blir overflaten spylt med høyrenset, de-ionisert vann, og børstet med en fin børste for å fjerne mesteparten av poleringsblandingen. Det de-ioniserte vannet har fortrinnsvis en resistivitet på 18 mega-ohm centimeter. Den vaskede overflaten til glass-substratet 13 blir deretter undersøkt ved å undersøke med det blotte øye under et lys med høy intensitet. Ved dette lyset vil defekter slik som skraper og mikroskopiske fordypninger komme tilsyne som punktkilder med spredt lys. Når en defekt er detektert blir et mikroskop benyttet for å måle dens størrelse. Dersom en defekt er større enn 25 mikron, eller dersom antall defekter under 10 mikron overskrider 1 pr. kvadratmillimeter, blir substratet vraket og poleringen og vaskesekvensen blir gjentatt. Overflaten blir så tørket med aceton for å fjerne ethvert spor av støv og olje påført under behandlingen.

Overflaten blir så spylt med en renseoppløsning, og ved det tredje trinnet blir overflaten igjen spylt med de-ionisert vann i en periode på omkring 10 til 20 minutter.

Etter rensingen blir substratet 13 anbragt på et dreiebord som vist på fig. 6, og dreiet med en vinkelhastighet på omkring 750 - 1000 omdreininger pr. minutt for å tørke overflaten. Fig. 6 viser innretningen for bruk ved dannelse av fotoresistsjiktet 15 på det rensede substratet 13. Innretningen innbefatter en motor 33 hvis hastighet kan varieres for dreiing av substratet på en foreskrevet måte og en dreiearm 35 på hvilken der er anbragt 3 fordelingsrør 37, 39 og 41 for fordeling av de-ionisert vann, en stannoklorid-oppløsning og en fotoresistoppløsning henholdsvis, i en foreskrevet rekkefølge.

Substratet 13 blir først dreiet med en vinkelhastighet på omkring 75 - 100 omdreininger pr. minutt, mens stannokloriden blir fordelt på den rensede øvre overflaten gjennom for-delingsrøret 39. Dreiearmen 35 blir så dreiet manuelt slik at stannokloriden blir påført hele overflaten. Det antas at stannokloridmolekylene kleber til den rensede overflaten til substratet, og derved fremmer en påfølgende adhesjon av fotoresistoppløsningen.

Vann blir så fordelt over overflaten gjennom fordelingsrøret 37 for å vaske rest-stannokloridoppløsningen, og vinkelhastigheten til motoren 33 blir så øket til omkring 750-1000 omdreininger pr. minutt for å tørke den vaskede overflaten. Overflaten er nå i egnet stand for fordeling av fotoresistoppløsningen.

Fotoresistoppløsningen er preparert ved fortynning av Shipley AZ 1350 fotoresist med Shipley AZ tynner, som er antatt å innbefatte "cellosolve acetat" I et forhold på omkring 3 til 1. Dette gir en oppløsning som har en viskositet på omkring 1,3 centipoise, som så blir filtrert for å fjerne partikler større enn omkring en halv mikron. Viskositeten kan bli målt ved hjelp av vanlig kjent teknikk, slik som f.eks. ved å benytte et Canon-Finske viskometer.

Den fortynnede fotoresistoppløsningen blir så fordelt gjennom rørledningen 41 på preparatets overflate mens substratet blir dreiet ved hjelp av motoren 33 ved en vinkelhastighet på omkring 75 - 100 omdreininger pr. minutt. Dreiearmen 35 blir så igjen dreiet manuelt slik at oppløsningen blir fordelt over hele substratets radius. Ved hastigheter under omkring 75 omdreininger pr. minutt, kan en film med i hovedsaken Jevn tykkelse bli tilveiebragt kun dersom en relativt lang fordelingstid blir benyttet, men dette øker likeledes forurensningen av sjiktet. Ved hastigheter over omkring 100 omdreininger pr. minutt kan imidlertid radiale streker og strømningsmerker oppstå, som følgelig påvirker kvaliteten til den påfølgende opptegningen av Informasjoner. Omkring 35 ml med f otoresistoppløsning er nødvendig for fullstendig å dekke et substrat som har en diameter på omkring 35,56 cm.

Etter at fotoresistoppløsningen har blitt påført overflaten til substratet 13, blir vinkelhastigheten til motoren 33 øket til omkring 750-1000 omdreininger pr. minutt inntil den har tørket. Dette gir en foreskrevet jevn tykkelse for fotoresistsj iktet 15.

Under hensyntagen til det faktum at tykkelsen til fotoresistsj iktet 15 er omvendt proporsjonalt med både omdreiningene pr. minutt og temperaturen, kan den spesifikke vinkelhastigheten ved hvilken substratet blir rotert for delvis tørking av fotoresistoppløsningen, bli justert på enkel måte for å tilveiebringe foreskrevet tykkelse. Egnet vinkelhastighet kan bli bestemt på vanlig måte ved å benytte f.eks. et Tolansky-interferometer. Denne teknikken gir en indikasjon på den relative tykkelsen til sjiktet og ved å benytte en gjen-tagende prosess, hvor vinkelhastigheten blir suksessivt justert, kan den optimale hastigheten bli bestemt. Dersom viskositeten og temperaturen til fotoresistoppløsningen kan bli opprettholdt i det vesentlige Jevn, er det kun sjelden nødvendig med denne vinkelhastighetskalibreringen. Det er foretrukket at sjiktet har en tykkelse på omkring 1150 Å til 1350 Å, og de deretter produserte reproduksjonsskivene vil ha informasjons-lagringsfordypninger av tilsvarende høyde.

Dersom man har funnet at det tørkede fotoresistsjiktet 15 er defekt på en eller annen måte (f.eks. ved å inneholde radiale streker eller fremmede partikler), kan sjiktet bli fjernet ved å benytte et egnet løsningsmiddel slik som Shipley AZ tynner. Et nytt sjikt kan bli påført slik som ovenfor beskrevet.

Etter fjerningen fra dreiebordinnretningen på fig. 6, blir opptegningsoriginalplaten 11 brent for fullstendig tørking av fotoresistsjiktet 15 og derved maksimalisering av dens eksponerte toleranse. Originalplaten blir fortrinnsvis brent ved omkring 80°C i omkring 20 minutter. Disse parametrene må bli holdt innenfor små toleranser for å minimalisere endrin-gene i eksponerte toleranser når påfølgende opptegning av informasjon på et antall opptegningsoriginaler.

Da eksponeringsfølsomheten til hver opptegningsoriginal er litt forskjellig fra hverandre, er det ønskelig å optimali-sere toppintensiteten for den intensitetsmodulerte lysstrålen 19 (fig. 1) for hver original, slik at f.m.-informasjonssig-nalet kan bli opptegnet med en optimal 50/50 driftssyklus. I samsvar med et annet trekk ved oppfinnelsen, blir et foreskrevet prøvesignal opptegnet på hver original 11 ved flere sett med tilliggende opptegningsspor, idet hvert sett er opptegnet med en annen toppintensitet. Etter at prøvesignal-sporene har blitt fremkalt, ved å benytte en fremkallings-teknikk beskrevet ovenfor, blir opptegningsoriginalen undersøkt for å bestemme hvilket sporsett som har en driftssyklus nærmest den ønskede 50/50 verdien. Optimaltopp-intensiteten kan derved bli bestemt, og f.m.-informasjons-signalet kan deretter bli opptegnet med optimal driftssyklus på den øvrige ennå ikke eksponerte delen av opptegningsoriginalen .

Prøvesignalet har fortrinnsvis en konstant frekvens på omkring 7-8 MHz, og signalet blir fortrinnsvis opptegnet på 3 eller 4 sporsett hvor hvert sett opptegnes med en toppstråle-intensitet som varierer med omkring 5$. Hvert sett blir opptegnet i omkring 10 sekunder, som korresponderer med flere hundre opptegningsspor. Settene er også fortrinnsvis adskilt fra hverandre ved hjelp av smale bånd med ikke-eksponerte deler med fotoresistsj1kt 15 og er anbragt i et smalt område tilliggende den indre periferien av sjiktet.

De påfølgende sett med fremkalte opptegningsspor kan bli lett undersøkt ved å benytte en leselysstråle (ikke vist) for avsøkning av hvert sett for å tilveiebringe en reflektert stråle som har en intensitet som er modulert i samsvar med det opptegnede prøvesignal. Den reflekterte strålen blir modulert i intensitet fordi refleksjonsfaktoren til uendrede deler med fotoresistsj ikt 15 er på omkring 4$, mens derimot refleksjonsfaktoren til endrede deler av sjiktet er i det vesentlige null. Den modulerte strålen blir fortrinnsvis detektert og overvåket i en vanlig spektrumsanalysator for å bestemme tilstedeværelsen av annen harmonisk forvrengning. Denne forvrengningen er et minimum når prøvesignalet blir opptegnet med optimal 50/50 driftssyklus.

Det er ikke nødvendig at lesestrålen følger et enkelt opptegningsspor i hvert sett med spor, siden samme prøvesig-nal blir opptegnet på tilliggende spor. Det må imidlertid bli tatt hensyn til at for å sikre at eksentrisiteten i opptegningsoriginalplaten 11 ikke bevirker at lesestrålen avsøker mer enn ett enkelt sett med spor av gangen. Lesestrålen er fortrinnsvis tilveiebragt ved hjelp av en helium-neon-laser slik at dens bølgelengde ikke.vil eksponere fotoresistsjiktet 15.

Ved å benytte opptegningsinnretningen på fig. 1 med toppintensiteten til skrivestrålen 19 justert til foreskrevet optimumsverdi, blir f.m.-informasjonssignalet så opptegnet på den øvrige ikke-eksponerte delen av fotoresistopptegningssjiktet 15. Opptegningsoriginalen 11 blir så fremkalt for å omforme hvert opptegningsspor til en rekke med avstand anbragte fordypninger med jevn dybde og bredde og en kontinu-erlig endrende lengde.

Den eksponerte opptegningsoriginalen 11 kan bli fremkalt ved en spesiell prosess hvor en rekke fluider blir fordelt på originalen mens den blir dreiet ved hjelp av et dreiebord av den typen vist på fig. 6, ved en hastighet på omkring 75-100 omdreininger pr. minutt. Ved denne prosessen blir vann og en utviklingsoppløsning av foreskrevet normalitet fordelt for delvis å fremkalle sjiktet, og tilslutt blir fremkaller-oppløsning alene fordelt for fullstendig fremkalling av sjiktet. Det fremkalte fotoresistsjiktet blir så vasket med vann for å fjerne rester av fremkallingsoppløsning, hvoretter vinkelhastigheten til den roterende originalskiven blir øket til omkring 750-1000 omdreininger pr. minutt for å tørke det fremkalte sjiktet.

Den foretrukne fremkalleroppløsningen blir valgt fra en gruppe innbefattende kaliumhydroksyd og natriumhydroksyd og har en normalitet på omkring 0,230 til 0,240. Fortrinnsvis har trinnet med fordeling av både vann og fremkalleroppløs-ning en varighet på omkring 5 til 10 sekunder, trinnet med fordeling av fremkalleroppløsning alene omkring 20 sekunder, og trinnet med vasking en varighet på omkring 30 til 60 sekunder.

En matrise, egnet for bruk ved støping av video-skivereproduksjoner, blir fremstilt fra den fremkalte opptegningsoriginalen 11. Matrisen kan bli fremstilt ved først damp-avsetning av en Jevn metallfilm på omkring 500-600 Å tykkelse på fotoresistopptegningssjiktet 15, og så elektroplettering og en annen jevn metallfilm på omkring 0,38 mm tykkelse på den første filmen. Den underliggende overflaten til den første filmen tilpasser seg nøyaktig mønsteret til de med avstand anbragte fordypninger dannet i fotoresistsjiktet, og de to filmene danner sammen et integrert metallsjikt. Dette integrerte metallsjiktet kan bli adskilt fra den underliggende opptegningsskiven og resterende fotoresistmateriale fjernet ved å benytte en egnet fotoresisttynner og derved dannelse av matrisen. Begge metallflimene kan også være dannet av nikkel.

Originalplatene innbefatter fotoresistopptegningssjikt hvor f.m.-informasjonssignaler kan bli opptegnet med høye signal/- støyforhold og høy tetthet. Metallmatriser blir fremstilt av disse originalskivene for bruk ved støping av reproduksjoner av originaler.

Selv om oppfinnelsen er.beskrevet i detalj, er det klart at fagmannen på området kan utføre flere modifikasjoner uten at dette avviker fra hensikten og rammen av oppfinnelsen.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å preparere et glass-substrat for bruk ved fremstilling av en original video-skive, hvor det velges et glass-substrat som har en flat, ringformet overflate, hovedsakelig fri for fordypninger og skrammer, karakterisert ved at en flytende adhesjonsfremmer fordeles på overflaten mens substratet blir dreiet med en første foreskrevet hastighet, at overflaten så vaskes med vann for å fjerne resterende adhesjonsfremmer mens substratet blir dreiet med en andre foreskrevet hastighet, og at substratet så dreies med en tredje foreskrevet hastighet for å tørke overflaten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at overflaten til glass-substratet blir polert ved å benytte en poleringssammensetning som har en sub-mikron-partikkelstørrelse, og at den polerte overflaten rengjøres, idet rengjøringen innbefatter spyling av overflaten med en rensende oppløsning, spyling av overflaten med vann, rotering av substratet med en fjerde foreskrevet hastighet for å tørke overflaten og tørking av overflaten med aceton for å fjerne spor av støv og olje.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første og andre foreskrevne hastigheten er i området på omkring 75-100 omdreininger pr. minutt, og at den tredje foreskrevne hastigheten er i området fra 750 til omkring 1000 omdreininger pr. minutt.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes stannoklorid som adhesjonsfremmer.