Система дифракционного контроля процесса травления диска-оригинала

В. А. Атаев, В. Г. Кравец

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

28

Институт проблем регистрации информации НАН Украины

ул. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина 18.03.2002

Аннотация

Приведены результаты математического моделирования выбора источника излучения для дифракционного контроля регулярных рельефных структур. Разработана помехоустойчивая оптоэлектронная система дифракционного контроля с модуляцией лазерного излучения. Получены экспериментальные данные, которые позволяют эффективно контролировать процесс питообразования.

28

28

Рис. 1. Зависимость дифракционной эффективности от глубины травления питов на диске-оригинале и от длины волны зондирующего лазерного излучения.

На рис. 2 отображены теоретические результаты зависимости дифракционной эффективности от глубины протравленных питов и их ширины. Ширина информационной дорожки играет важную роль для получения достаточного уровня сигналов при считывании информации с компакт-дисков. Эта величина внесена в стандарт ISO как одна из основных [5]. Анализируя график на рис. 2, мы можем заключить, что дифракционная эффективность сильно зависит от ширины дорожки и достигает своего максимального значения, когда s = d/2. Из этого следует, что в процессе получения изображения на поверхности диска-оригинала важно добиться стабильной работы системы, фокусирующей излучение лазера. Только в случае однородной ширины информационной дорожки на поверхности диска можно ожидать повторяемости результатов дифракционного контроля при травлении записанных дисков-оригиналов. Проведенные теоретические оценки позволили нам выбрать наиболее эффективный лазерный источник излучения и смоделировать нарастание сигнала дифракционной эффективности в процессе технологического травления дисков-оригиналов.

В. А. Атаев, В. Г. Кравец

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

28

Рис. 2. Зависимость дифракционной эффективности от глубины травления питов на диске-оригинале и от ширины информационной дорожки.

2. Экспериментальные результаты

Для решения экспериментальной задачи получения стабильного отклика в виде дифракционной картины от диска-оригинала была разработана система дифракционного контроля дисков-оригиналов (СДКДО), которая обеспечивает режим обработки диска по схеме: смачивание - травление - промывка - сушка. Представленная система может работать в автоматическом и полуавтоматическом режимах. В последнем случае прекращение подачи травителя осуществляется оператором вручную по показанию вольтметра.

В СДКДО применена система модуляции лазерного излучения, что позволило избежать влияния световых помех на результат измерения. Система нечувствительна к колебаниям мощности излучения лазера, т.к. сигнал генерируется как отношение сигналов первого порядка к мощности излучения лазера. дифракционный помехоустойчивый оптоэлектронный

Структурная схема СДКДО изображена на рис. 3. Взаимосвязь блоков в этом устройстве осуществляется блоком автоматики 6, в котором заложен алгоритм управления устройством подачи травителя и воды 1. Процесс происходит в следующей последовательности: сливная трубка подводится к центру диска, после чего начинается подача воды (смачивание), травителя (проявление), затем снова воды (промывка) и отвод трубки в исходное положение.

В состав оптической системы 2 входят: полупроводниковый лазер, фотодиоды, система линз. Отраженный от поверхности диска, луч лазера через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник (фотодиод). Необходимость применения линз обусловлена тем, что сигнал первого дифракционного порядка трудно обнаружить из-за наличия слоя жидкости на поверхности диска.

Диск-оригинал 3 -- это стеклянная подложка с нанесенным слоем фоторезиста толщиной 160-170 нм и записанной на нем информацией.

Привод диска 4 управляется по командам блока автоматики 6 и обеспечивает два режима работы: скорость вращения 300 об/мин в режиме полива и скорость вращения 1000 об/мин в режиме сушки.

В. А. Атаев, В. Г. Кравец

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

28

Рис. 3. Структурная схема СДКДО: 1 -- устройство подачи травителя и воды; 2 -- оптическая система; 3 -- диск-оригинал; 4 -- привод диска; 5 -- электронная измерительная система; 6 -- блок автоматики.

Электронная измерительная система 5 выполняет следующие функции:

1) модуляцию излучения лазера;

2) усиление сигналов фотодиодов оптической системы;

3) защиту от световых и электрических помех;

4) вычисление отношения сигналов;

5) выработку сигнала для прекращения подачи травителя;

6) индикацию сигналов.

Блок-схема электронной измерительной системы изображена на рис. 4. Широкополосные усилители 1, 2 преобразуют импульсные сигналы токов фотодиодов в импульсы напряжения, поступающие на электронные ключи 4 и 5, которые открываются и закрываются синхронно с работой лазера. Импульсы синхронизации, управляющие ключами 4 и 5 и модулятором 6, вырабатываются генератором 3 с частотой повторения 1 1,5 кГц. Схемы вычитания 7, 8 выделяют «чистые» сигналы первого дифракционного и опорного каналов, величина которых не зависит от внешней засветки. Вычислитель отношения сигналов 9 применяется для того, чтобы результат измерения не зависел от колебаний (медленных) мощности лазера, кроме того, если перестроить оптическую систему на нулевой порядок дифракции, можно безошибочно вычислять дифракционную эффективность I₁/I₀. Когда сигнал I₁ достигнет заданной величины, сработает компаратор 10, который активизирует схему драйвера 11, вырабатывающую токовый сигнал для включения оптоэлектронного реле блока автоматики. Переключатель 12 используется для выбора режима «Ручной» - «Автомат». Устройство автоматики 6 (см. рис. 3) включается по команде оператора, и осуществляет функции управления устройствами 1 и 4 во времени.

В. А. Атаев, В. Г. Кравец

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

28

Рис. 4. Блок-схема электронно-измерительной системы: 1, 2 -- усилители широкополосные; 3 -- синхронизатор; 4, 5 -- электронные ключи; 6 -- модулятор полупроводникового лазера; 7, 8 -- схема вычитания; 9 -- вычислитель отношения сигналов; 10 -- компаратор; 11 -- драйвер; 12 -- переключатель режимов.

Было проведено исследование характера изменения сигнала отношения первого порядка к опорному сигналу лазера при травлении в процессе изготовления дисков-оригиналов, которое осуществлялось в чистой зоне на станции травления. В процессе эксперимента мощность лазера составляла 1,5-2 мВт (средняя мощность при скважности 2). Было обнаружено, что внешняя засветка от лампы накаливания не влияет на результаты измерений как от чистого стекла, так и от дифракционной картины. В процессе травления диска наблюдался плавный рост измеряемого сигнала, который изменялся следующим образом:

паразитный сигнал от планшайбы и чистого стеклянного диска составлял 80-100 мВ;

при подаче дистиллированной воды на вращающийся диск с целью его смачивания, сигнал возрастал до величины 280-300 мВ;

при поливе диска травителем, сигнал плавно нарастал до величины порядка 400 мВ, что, как было установлено позже на этапе получения матрицы, и соответствовало образованию питов с глубиной порядка 150 нм и формой, близкой к прямоугольной;

4) после процесса сушки диска измеряемый сигнал выростал до величины порядка 1,2-1,3 В, что приводило к получению параметра асимметрии равного величине - 8 -11 и согласовывалось с требуемым значением.

Выводы

В результате проведения теоретического моделирования и экспериментального апробирования определена структурная схема построения системы дифракционного контроля для получения нужной глубины и формы питов на поверхности дисков-оригиналов в процессе производства и, как следствие, достижение требуемого значения асимметрии на матрице.

Литература

1. Боухьюз Г., Братт Дж., Хейсер А., Пасман Дж., Ван Розмален Дж., Шухамер-Имминк К. Оптические дисковые системы. -- М.: Радио и связь, 1991. -- 280 с.

2. Ленкова Г.А. Особенности распределения интенсивности в дифракционном спектре амплитудно-фазовых решеток // Автометрия. -- 1992. -- Т. 5. -- С. 14-26.

3. Коронкевич В. П., Ленкова Г.А. Дифракционный метод контроля параметров дорожек форматированных дисков // Автометрия. -- 1992. -- Т. 5. -- С. 3-13.

4. Гончаровский А.В., Попов В.В., Степанов В.В. Введение в компьютерную оптику. -- Изд-во МГУ, 1991. -- 312 с.

5. Chernoff Donald A., Burkhead David L. A new methodolody for detecting track pitch errors // ONE TO ONE. -- 1997, Dec. -- P. 67-70.

Размещено на Allbest.ru