光盘水纹及其成因与消除
作 者
摘 要
光盘水纹是困扰许多光盘生产线的老问题。本文参考了已有的经验，并总结了自己的工作和实践，分析和讨论了光盘水纹的成因及其消除措施。
一、光盘的水纹
光盘的水纹其实和水一点关系也没有，它是在一定的光盘复制工艺过程下发生了光盘信息的损坏，其中包括Stamper(以下称作母盘)的不完全复制造成了光盘上歪斜或扭曲的异状信息凹槽（pit，以下称为信息坑）。这些缺陷将引起对外界光线的折射或沿某一方向的反射，使盘片用肉眼看起来表面上有很“脏”的印痕。这种肉眼能看到的似乎像水纹一样的光盘外观缺陷称为光盘的水纹。
虽然水纹会影响光盘的Jitter值(抖晃)和BLER值（块错误率），但一般说来水纹并不会造成盘片在读取时的严重问题。人们总是将它归类于盘片的外观缺陷，然而在许多情况下不被客户所接受，起码水纹从消费者眼中看来该盘片制造得不够专业。在世界许多地区的消费者藉由盘片外观是否有水纹来判断盘片是否为盗版盘，因为合法的或具有知名度的电影商或唱片商、出版商和发行商都不可能允许将外观带有水纹缺陷的光盘在市场上销售，由此看来消除光盘的水纹对于正规的消费市场和专业的正规制造厂来说是相当重要的事情。
使用一片完美的母盘，有时也会复制出外观满是水纹及电气讯号不良的盘片，因此工程师一般从复制过程着手，谋求解决之道。然而当CD制造商愈来愈多地跨入了DVD制造领域中，再次遇到出现水纹这样的问题尽管并不会令人感到意外，但是DVD复制过程中可允许调整的参数范围远比CD来得小，而且CD和DVD不仅在光学轨道和信息密度上有所不同，在复制工艺上也有所不同。因此，在DVD复制中需要认真对待CD复制中许多不重要的问题，如复制时信息坑的歪斜和丢失等在一般的CD中并不需要太重视，但对DVD则需要考虑其在信号失真和对称性的影响；又如DVD信息坑的密度较高，DVD上信息坑的斜度较CD为高，从而得到较好的Jitter值和BLER值。为了克服信号对称损失和双折射（Birefringence）, 复制工程师较喜欢利用提高模温来克服DVD上的这些问题，这同时也增
加了水纹产生可能性，即高模温也把母盘上的小缺陷复制到盘片上，如光刻胶或其他化学残留物使盘片的信息坑和沟槽变浅和歪斜。
我们知道可以通过改变注塑成型工艺，控制注射的参数来降低水纹现象消除水纹。但这往往会影响双折射率、翘曲变形、折射和基片的动平衡，更进一步影响到子盘片的信号质量。若CD-ROM子盘片的动平衡不好，在播放机内以高速旋转时产生的震动可能会损伤CD-ROM驱动器的马达主轴，尤其是在高倍速的CD-ROM驱动器上播放，盘片在36倍速驱动器内旋转产生的向心力是一倍速驱动器的1296倍，因而CD-ROM盘片的注塑成型工艺应较其他CD子盘的注塑成型工艺更严格。
所以我们不建议为了消除水纹就轻易地通过改变整个复制工艺来解决。复制工程师应尽量保持注塑成型工艺的正常参数的设定，尽量保持复制设备处在正常的工作状态，保证子盘基片的良好品质。当复制设备处在正常的工作状态下，只需适当更改复制工艺中模具分离工艺参数，来消除水纹。这就需要把一部分的水纹问题留给母盘来解决。
通常，降低信息坑斜度（增大拔模角度），缩小其宽度可以减小水纹，缩小模具非平行对称、平行脱模，缩小基片释放角度、基片脱模角度大，母盘表面平整、背面平滑，都有助
于减少水纹。因此要彻底解决光盘的水纹问题，必须有赖于母盘（Mastering）和复制（Replication）两部门的密切配合。
二、生产制造过程中产生水纹的各种成因及其消除的方法
世界上有不少的著名的研究机构联合一些有名的制造公司经过大量的实验和研究，已经得到了各种水纹的不同成因，而且也已针对各种不同原因产生之水纹现象，实验了各种相应的解决方法和处理方法。现结合我们工作和实践，介绍和讨论水纹的各项成因及其处理方法。
1．复制收缩量过大引起的水纹
在复制子盘片时，若收缩率太高，就会有严重收缩发生，并伴有水纹。不同的模具设计会产生不完全相同的水纹形状，但在一般说来，这种水纹通常呈现圆形，在许多情况下，水纹以较暗的环型带状出现（看到的是深色圆带状）。假如将该透明的子盘基片放在偏光镜下观察，基片从内缘至外缘收缩，而圆形带状收缩由里向外沿半径呈黑色圆环。
因收缩率太高而引起的水纹是无法通过母盘刻版来解决，只能通过子盘复制系统的调整来
处理克服。
使用一台标准的子盘复制注塑成型机，可以通过以下的方法调整来消除水纹：
好奇的近义词(1) 提高模具温度。
(2) 提高注塑时射出速度或压力(注塑速度/压力)。
(3) 提高注塑时射出的冲程(STROKE)。
(4) 提高合模保持压力。
(5) 降低初期的锁模力即初始夹持力。
(6) 加大喷头，增大喷嘴。
2西方经济、模具释放时不平行脱模造成的水纹
在注塑成型机中，重要的是模具的设计必须确保子盘基片能从母盘上水平脱模。在模具释放时，不平行脱模会使子盘基片产生水纹。这一点也是各种不同的复制系统，包括不同注
塑成型机和各种不同的模具，会有不同的信息坑斜度（即不产生水纹的凹槽的最大斜角）MPA的原因之一。
实践经验显示，一些注塑成型机（系统），可以容许信息坑斜度大到70度而仍不会产生水纹，但也有一些注塑成型机系统只容许信息坑斜度小于45度才不产生水纹。这种约300的角度差异源于基片分离工序（脱模程序）、注塑模具工艺设计(射出成型程序)和模具在开启中的平行度。高模温系统的模具分离工艺（模具释放程序）和低模温系统的模具分离工艺是大不相同的。为此，我们收集和积累了有用的数据，建立设备各自的数据档案。通过数据分析，认真了解每一条生产线上每个设备的特性，总结出自己的经验。
另外，建议在注塑成型机的气路上加装一个高压缓冲器，以低压环形空气吹出装置来改善子盘基片剥离的稳定性，有助于增强模具的脱模能力。
3婚房拉花、母盘背面不适当研磨抛光引起的水纹
母盘的背面研磨抛光不良也会引起模压后成型子盘的水纹。在模压子盘时，冷却水要及时通过模具中的冷却水道，高速对模压成型子盘的高温PC料进行充分有效的均匀的冷却才能
形成坚硬的子盘。子盘的高温热量首先传递给金属母盘的正面，再通过金属母盘的背面和模具平滑镜面的接触传递给模具中的冷却水。为了确保母盘的这种热传导的均匀性和热传导的高效率，必须做到使母盘的背面和模具镜面具有全面积的良好的有效接触，这就是要求对母盘背面进行适当的研磨抛光才能确保这种接触。
假如母盘背面的研磨抛光不合适，背面的粗糙度仍然很高，在注塑成型机模压时母盘背面和模具的接触面积会因而减少，造成热传导效率降低、冷却不均匀不充分和不良的温差，导致子盘上产生水纹。
一般，母盘的背面粗糙度Rmax﹤1µm，Ra﹤马拉松跑全程是多少0.15µm（DVD母盘尤为重要）。冷却水的水质也是至关重要的，不使用纯水或纯水不纯，那么会有沉淀物在模具冷却水道中结垢，造成冷却效率的降低。改善冷却效果，提高冷却效率，这对保证子盘模压成型质量和进一步缩短模压成型周期，提高子盘模压成型产量都是重要的。
4、母盘表面可见缺陷导致的水纹
母盘表面外观性的缺陷，如亮点、黑点、白点、光环、阴影等、主要是来自于光刻胶涂布
工序。在我公司采用的干式溅射金属化工序前，光刻胶喷涂工序前后，大都为水和相关溶剂以及其他化学物液体及半液体作业，很容易形成污渍。在光刻胶涂布工序中，若涂布环境（洁净度、温度、湿度）和条件不合适，或使用的水或溶剂以及化学剂的纯度不够，杂质多、管路污染、涂布的玻璃基板有缺陷等等因素均能使得涂布不良。正如将水喷到母盘上一样，蒸发的水在较低温度的母盘表面很容易形成肉眼都能见到的污染和污点（这些污染和污点显现的形式有一定的差别）。石英表和机械表的区别
当母盘从玻璃基板上被剥离时，有一部分光刻胶往往会从玻璃基板上随母盘剥离残留在母盘表面，这时在母盘表面亦会产生可见的污染；此外，当玻璃母盘在电铸过程中采用了不合适工艺也会在母盘表面产生污点。
上述母盘表面缺陷均会导致模压后子盘的水纹，其解决的方法主要是使光刻胶涂布和显影工序尽量完善，包括玻璃基板清洗、涂底胶和玻璃基板表面活化、涂光刻胶、烘干、显影等等一系列工序。
为此，重点要注意的是以下几个方面：
(1)要用绝对干净且无缺陷的玻璃基板。
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(2)彻底清洗化学溶液的流通管路和纯水管路。
(3)保证涂布环境和条件。
(4)正确的涂布工艺（包括旋涂的转速和时间）。
(5)摸索修正喷涂嘴的合适位置。
5、母盘信息坑斜度过大造成的水纹
信息坑斜度受许多因素影响，例如刻录母盘用的激光波长、光路校准状态、光学路径设计、光刻胶的类型和特性、曝光的功率、显影条件和时间等。假设所有因素都稳定不变，那么随着显影时间的增长则信息坑的斜度亦随之增加变陡。当信息坑的斜度足够陡时，超过了不产生水纹的最大斜度角度后，水纹便发生了，且斜度越陡水纹越严重。
从母盘最小的拔模角度（不会出现水纹）的定义公式，可以得到不产生水纹的信息坑的最大斜度之角度公式：
拔模角
信息坑斜度角
MPA=CA-MRA-SC-SSC
式中：MPA 不产生水纹的信息坑最大斜度之角度
CA 模具释放角度，即模具的临界拔模角
MRA 透明基板和模具释放角度,即基片模具的拔模角
SC 系统恒定常数
SSC 母盘的表面状态
模具释放角度（CA）即模具的临界拔模角, 是信息坑的几何尺寸、形状和基片冷却程度的复合函数关系, 它随着信息坑的高度、宽度和基片冷却时间的变化而变化，信息坑越窄或越浅，则CA值越高。
系统恒定常数（SC），则与注塑成型机及模具设计有关，不良的射出成型机（注塑机）或模具设计，其SC值要高一些，SC值可由经验累积来确定。
母盘的表面状态（SSC），主要取决于母盘的表面（包括背面）状况，即与母盘表面平整度和背面粗糙度有关，母盘表面平整度差、背面的粗糙度大，则相应的SSC值会高。
不同的成型机（注塑机）通常会有不同的特性，一般以机械结构和真空吸引力来固定母盘的方式为较好的方式。
当每个参数都保持固定后，解决水纹问题的唯一方法便是降低信息坑的斜度，也就是增大拔模角。我们可以在制作玻璃母盘的自动显影控制系统上减小设定的显影时间（或停止显影值）来实现这个方法。 然而为了得到较佳的Jitter值（抖晃）和HF值（高频信号），往往会增加一些显影时间，以提高信息坑的斜度。 经验告诉我们，显影不足易产生Jitter值不良，HF值低和SYMMETRY（对称性）高等问题，使盘片难以在高速驱动器中被读取。除此之外，BLER(第54届金马奖块误码率)主线绑法值也较正常值高出许多。因此，我们不得不在保证信号品质的同时，减小信息坑的斜度，即兼顾品质和不出现水纹。
