原子力显微镜(AFM)在光盘检测及其质量控制中的应用

　　1　引　言

　　CD/DVD光盘具有存储量大、成本低、精度高和信息保存寿命长等特点,现已成为主要的数据储存介质。为了继续提高光盘容量及其质量,需要改善 盘片和模板表面质量的分析方法。原子力显微镜(AFM)可直接进行三维测量[1-2],能够在nm尺度上对CD/DVD及其模板上的信息位凹坑和凸台结构 进行直接观测和统计分析,进而找出影响光盘质量的直接原因。它具有效率高、能提供量化的三维信息和对样品无破坏的特点,是分析CD/DVD盘片及其模板质 量的重要工具。

　　2　原子力显微镜(AFM)和CD/DVD光盘

　　2.1　原子力显微镜(AFM)

　　1981年,G.Binnig和H.Roher等人发明了扫描隧道显微镜(STM),STM采用电场电子隧道效应,因而具有极高的测量分辨率。 其测量机理是探针针尖与被测表面在近场范围内发生作用,通过检测这种近场作用,就可获得被测样品的表面形貌。近场作用是多种多样的,利用不同的近场作用就 可构成不同的测量仪器,从而形成了扫描探针显微镜(SPM)族,原子力显微镜(AFM)就是其中之一。

　　2.2　CD/DVD光盘的生产过程及其技术要求

　　光盘按记录格式可分为CD和DVD两种;按记录材料的性质可分为只读(CD/DVD-ROM)、一次写(CD/DVD-R)和可擦写(CD /DVD-RW)等形式。以DVD/CD-R为例,光盘的生产过程为:预格式模板—精密注塑—盘基冷却—溅射—甩胶固化—质量控制—封装打边—印刷商标 等。DVD的信息位凹坑(或凸台)的最小特征尺寸长400 nm、宽320 nm、深120 nm,道间距为740nm。有两个重要的技术指标:道间距和抖晃值。道间距的平均值必须为740±10 nm,每一个测量值必须在710~770 nm的范围内,如果一张盘有4万圈数据,则道间距的标准差必须在7 nm范围内;盘片播放时的电气抖晃值的标准差必须小于通道位时间的8%,把时间转换为长度,则通道位长度为133 nm,抖晃值要求凹坑的导入和导出边的标准偏差小于11 nm。

　　根据检测仪器的精度至少要高于待检测产品的4倍的约定,则道间距的检测工具的标准偏差应小于2 nm,AFM能有效地满足这样的检测要求。

　　3　CD/DVD光盘的检测方法

　　3.1　CD/DVD光盘测试参数

　　CD/DVD光盘参数主要分为机械参数、光学参数和记录参数[3-4]。盘片播放时,记录参数真正反映了盘片的播放性和兼容性,因此记录参数是盘片测试的重点。

　　3.2　CD/DVD光盘的检测方法

　　光盘的生产工艺参数决定了光盘上信息凹坑的几何形状,而这些凹坑的几何形状则影响着光盘的播放质量和兼容性。有三种光盘质量检测方法:

　　(1)间接检测