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光盘复制母盘工艺对子盘复制质量的影响
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光盘复制母盘工艺对子盘复制质量的影响
【摘要】：光盘复制：主要包括VCD/CDROM/CD光盘复制，DVD5/DVDROM光盘复制，随着社会的发展光盘复制方式在不断增多，VCD/CDROM/CD光盘复制和DVD5/DVDROM光盘复制目前主要以光盘面印刷，光盘刻录复制为最基本的方法，另外一种也是最基本的一种即光盘批量压制。这主要适合大批量光盘的生产与复制。
在光盘复制生产过程中，常常会遇到许多问题，通过解决这些问题的实践，我们认为复制出现的很多问题与母盘工艺有非常大的关系，可以通过调整母盘的生产工艺加以解决。母盘的生产工艺影响子盘的复制质量，当子盘复制工艺优化之后，确定与之相适应的母盘制造工艺就显得尤为重要。本文根据试验讨论母盘-压模的信息坑形状尺寸对子盘复制的各种影响及相应对策。
母盘生产工艺对形成信息坑的影响
影响信息坑形状的因素很多，如刻录激光的波长、光斑大小、光路校准状态、光路设计、光刻胶的类型和厚度、刻录激光功率、显影液浓度、显影时间等。假设多数因素相对稳定，刻录光斑越小，信息坑的几何尺寸越小；光刻胶膜层越厚，信息坑越深；随着显影时间的增长，信息坑的坑壁也随之变陡。
压模信息坑的形状对子盘复制质量的影响
当压模上的信息坑的几何尺寸较小，信息坑相对较深，坑壁又很陡时，复制子盘时就会出现一些问题。较为常见的如：Jitter值升高，以至无法读取信息；子盘的表面出现水纹，通常坑壁越陡，水纹越严重。为了证明压模信息坑形与复制光盘的质量有很大的关系，做了如下试验。
我们选取了四张压模及其复制子盘进行了测试对比。其中三张压模为DVD-5，一张压模为DVD-9。
测试设备为：奥林巴斯AFM和Pulstec。
DVD-5压模测试结果如下：
表1，样品压模的测试数据
Disc
No.
3T Pit
Long Pit
Width
Angle
Height
Length
Width
Angle
Height
[nm]
[o]
[nm]
[nm]
[nm]
[o]
[nm]
样品1
388
68.3
156
567
433
75.5
149
样品2
320
60
130
500
360
69
130
样品3
311
63.8
127
471
333
60.4
135
标准值
300
60
130
-
320
60
130
其中样品3为样板压模，用于数据比较。
从检测结果看，样品1和样品2压模信息坑（3T）的指标都比标准值大。另外样品1的Height较大，表明信息坑较深，这是由于光刻胶的膜层过厚。
图 1. 样品1压模和复制盘的Jitter和Asymmetry测量
图2. 样品2压模和复制盘的Jitter和Asymmetry测量
图3. 样品3复制盘的Jitter和Asymmetry测量
从样品1与样品2压模测试的Jitter和Asymmetry两项指标看，压模的Asymmetry都在20%以上。由于Asymmetry随着刻录激光功率增大及显影时间的加长而提高，表明在样品1和样品2的母盘生产工艺中刻录激光功率过高和显影时间过长。另外，从图1和图2可见，光刻胶较薄的Jitter和Asymmetry值较小。
为了获得合适的Jitter和Asymmetry值，需要重视控制光刻胶膜层的甩胶厚度，并适当调整刻录激光的功率和显影时间。通常的方法先设定显影时间，再调整刻录激光功率。或先设定激光功率，再调整显影时间。
我们从图1和图2中还能看到，样品1和样品2压模的内圈、中部和外圈参数相差很小，而子盘从内向外参数逐渐下降。这种现象应该是在注塑过程中产生的，可以通过适当调整注塑工艺加以解决。
DVD-9的测试结果如下：
表2，DVD9压模的测试数据
3T Pit
Long Pit
Width
Angle
Depth
Length
Width
Angle
Depth
[nm]
[o]
[nm]
[nm]
[nm]
[o]
[nm]
Layer0
206
41.8
132
477
232
53.3
144
Layer1
210
52.9
139
463
215
50.7
150
从以上测试结果看，信息凹坑的宽度较窄，这是由于该母盘制作系统的刻录激光波长较短，聚焦光斑尺寸较小。这会造成读出信号变小的缺点。再加上信息凹坑较深且坑壁较陡。说明在母盘制作过程中，甩涂的光刻胶膜层较厚，刻录后显影时间也控制过长。
用这张压模复制出的子盘盘面发红，测试已无法读取数据。说明读取信号太差，Jitter值非常高。
解决方法：在母盘刻录光路中调整刻录光斑在光盘径向成椭圆光斑，或使聚焦伺服适当偏离聚焦激光束的束腰位置，增大曝光光斑。另外，增加涂光刻胶玻璃母盘的转速，使膜厚变簿。还可以适当调整刻录激光的功率或显影时间，使坑壁变缓，易于脱模。
信息坑的形状对水纹的影响以及解决方法
水纹产生的原因：
水纹看起来好像是在光盘信息坑有缺陷的地方化了妆，这些缺陷由压模上的缺陷引起的，或者是注塑过程产生的。信息坑损坏和盘表面缺陷会影响光的衍射，其结果使得盘面看起来很“脏”。当这种类型的水纹用肉眼都能看见的时候，说明盘片上多处的信息坑已经损坏。 如果子盘面上有水纹，其JITTER也会高。水纹通常不会造成CD光盘播放困难，但是严重的水纹对DVD来说就显得十分重要，因为Jitter指标是DVD光盘一个非常重要的参数。于是有必要了解水纹产生的原因。下面列出水纹产生的一些原因：
? 信息坑的坑形很陡
? 压模上可见的缺陷
? 压模表面残留的光刻胶和化合物
? 不合理的背面抛光
? 复制材料的收缩率
? 不平行的脱模
这里我们只讨论信息坑的形状对水纹的影响以及解决方法。 信息坑坑壁过陡会产生水纹。由于信息坑壁过陡，盘片注塑后脱模阻力加大，在强制脱模力的作用下，金属压模上的凸起的信息标记在注塑光盘相应的信息凹坑处“犁”起了部分塑料，以至于不同程度地破坏了子盘的坑壁。用肉眼看盘面上就是水纹。
解决水纹问题的方法是在其他条件不变的情况下，减小信息坑壁的陡度，使光盘脱模顺畅。适当缩短母盘显影时间是减小信息坑壁的陡度的一种方法。但是从母盘制作工艺考虑出发，通常倾向于增加一点显影时间，这样可以获得好的JITTER和HF信号。显影不足的信息坑会使母盘的JITTER指标变差，HF信号低和ASYMMETRY高。在高速CD-ROM驱动器上存在读取困难。因此，在生产中必须折衷地兼顾，既要减小信息坑壁的陡度，又保证信号的质量。在母盘制作工艺中可以通过改变激光脉冲的占空比、调制刻录光斑形状和强度分布、调整聚焦位置等方法改善信息凹坑形状。
当每个参数都达到优化点时，问题就出在ASYMMETRY上。改变EFM信号的占空比或调整调制器的偏置电压不失为一个好方法。根据我们使用Nimbus UV LBR的经验，在母盘制作时，通过适当减少显影时间，控制刻录功率，可以更加容易、有效地控制水纹。我们使用UV激光生产DVD和CD母盘，在控制水纹方面还没有遇到特别困难的地方。不同的复制系统，信息坑形不同，产生的水纹也不同。根据我们的经验，一些注塑系统其母盘信息坑的坑壁斜度可达70度不产生水纹。但是有些注塑机只能接受坑壁斜度小于45度的信息坑。我们认为差别源于基片分离工序，注塑模具工艺设计，模具运行过程的平行性。高温模具的分离工艺与低温模具的分离工艺也有很大的差别。
尽管可以通过改变注塑工艺来减少水纹，我们不建议通过改变复制工艺来消除水纹。因为这样将影响盘基的双折射率、翘由、折射率和基片的动平衡，还会进一步影响到光盘的信号质量。此外如果CD-ROM的动平衡差会损伤CD-ROM驱动器的马达驱动轴。尤其在高速CD-ROM驱动器上播放时，36倍速驱动器的离心力是单倍速驱动器的1296倍。我们的观点：复制设备尽力保持盘基质量良好，使设备的处在正常状态。如果设备处在一个正常状态，只需适当调整注塑工艺参数。水纹的问题主要通过调整母盘制作工艺来解决。
有时，我们也发现复制过程中水纹突然消失了，其原因是盘片的每一部分都有水纹，这样一来失去了参照物，无法看到水纹。但是如果用AFM或SEM来分析，信息坑被损伤的情况就一目了然。使用适当的检测设备，增强信息坑的第一级衍射光，降低零级衍射光，水纹可以清晰可见。通常来说，信息坑的坑壁越平缓，信息坑越浅，水纹越少。
显而易见，解决光盘复制过程中出现的问题需要母盘制作与注塑模压紧密配合互相协调。以前解决水纹问题的方法往往是由注塑机制造商和PC料供应商提供的，这当然值得借鉴。根据我们的实践，认为在许多场合，最好是通过调整母盘的生产工艺加以解决
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