KR0133405B1 - 광디스크 기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광디스크 기판 제저방법에 관한 것으로, Ni박막과 후막을 각각 연마, 세정 및 건조하여 준비하는 과정과, 상기 Ni박막에 레이저를 사용하여 기록할 신호의 내용에 따른 구멍을 형성하는 과정과, 상기 구멍이 형성된 Ni박막을 상기 Ni후막 위에 접착시키는 과정을 포함하여 구성되며, 상기와 같은 과정에 의해 종래의 기록막 코팅, 레이저 컷팅, 기록원반후처리 및 스탬퍼제조 등 대부분의 공정을 단축시킴으로써 제조비를 감축시킬 수 있고, 제조효율 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

광디스크 기판 제조방법

제1도는 일반적인 광디스크의 마스터링 공정 개념 순서도.

제2도는 종래의 기술에 의한 광디스크의 마스터링 공정 상세 순서도.

제3도는 제2도의 마스터링 공정에 의한 파더와 마더 및 스탬퍼를 도시한 단면도.

제4도는 본 발명에 의한 광디스크 기판 제조방법을 도시한 순서도.

제5도는 본 발명에 의한 각 니켈막의 구조도.

제6도는 본 발명에 의한 컷팅장치 구성도.

제7도는 본 발명에 의한 컷팅 전후의 박막 상태도.

제8도는 본 발명에 의한 스템퍼의 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : Ni박막 13 : Ni후막

21 : 레이저 23 : 광변조기

25 : 반사경 27 : 렌즈

본 발명은 광디스크에 관한 것으로, 특히 마스터링(mastering) 공정수를 줄이고 단순화함으로써 생산비를 감소시키고 수율을 중가시키기 위한 광디스크 기판 제조방법에 관한 것이다.

광디스크는 그게 CD나 LD와 같은 재생전용형과, 사용자가 기록하는 것이 가능한 추가형과, 소거가능형으로 구분할 수있는데, 상기 재생전용형은 음성, 영상 등을 재생하기 위한 신호가 투명기판의 표명에 깊이 0.11㎛, 폭 0.4㎛, 길이 0.55∼3.56㎛의 비트로 기록되어 있고, 추기형이나 소거가능형은 통상 기판표면에 신호기록을 위한 그루브(groove)나 어드레스(address) 정보 및 디스크 특성을 나타내는 비트가 형성되어 있으며, 이러한 비트나 그루브는 스탬퍼(stamper)라는 니켈(Ni)금형을 이용하여 사출형성법이나 압축성형 또는 두 방식을 혼합한 사출압축성형법으로 다량의 복제가 가능하다.

이때 상기 스탬퍼의 제작공정은 투명기판 위에 포토레지스트층을 형성하여 레이저 컷팅(cutting)하고, 계속하여 도전화처리하여 투명원반을 제작하는 마스터링 공정과 이 투명원반을 니켈 도금하여 니켈 스탬퍼를 제작하는 도금공정을 대별되며, 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 마스터링 공정의 경우, 개념상으로는 제1도에 도시한 바와 같이 글래스원반을 준비하여 연마 및 세정한 후 건조하는 소재가공공정(1)과, 전처리, 포토레지스트 코팅, 프리 베이킹(pre-baking)하는 기록막 코팅공정(2)과, 레이저를 사용하여 컷팅하는 컷팅 공정(3)과, 상기 코팅된 포토레지스트를 현상하고 포스트 베이킹(post baking)후 두께 및 표면결함을 검사하는 기록원반 후처리공정(4)과, 제3도에 도시한 바와 같이 마스터(6) 표면에 니켈을 무전해 도금처리하여 파더(father)(7)를 형성하고, 이어서 상기 파더(8)에 니켈 도금처리한 후 분리시킨 마더(mother)(8)를 형성한 후 다시 니켈 도금한 것을 분리하여 스탬퍼(9)를 형성하는 스탬퍼공정(5)으로 구성한다.

그리고 종래의 경우 이러한 스탬퍼를 제작하기 위해서는 실제로 매우 많은 세부공정들이 실시되야 하는데, 제2도를 참조하여 이를 설명하면 먼저 마스터링 공정의 경우 투명원반을 세정 및 연마하기 위해 탄산석회(sodalime) 기판을 준비하며, 그 크기는 CD용으로 직경 120mm, VD용으로 직경 200mm 또는 300mm, 추기용으로 직경 354mm∼360mm, 두께 5.4mm∼10mm, 소거가능형으로 직경 200mm∼240mm, 두께 6mm가 되도록 한다.

그리고 상기 투명원반의 표면은 충분히 연마할 필요가 있으며, 연마시에는 입경 0.5㎛정도의 산화세륨 슬러리(slurry)를 이용하고, 가스 세정기(scrubber)로 연마제를 제거한 후 초음파 세정, 건조한다.

이어서, 상기 투명원반의 표면에 노광부가 현상액에 용해되어 해상력이 우수한 포지티브(positive)형 포토레지스터를 코팅하는데, 이때 밀착성을 높이기 위해 밀착보강제로서 유기실란의 일종인 HMDS(Hexa Methyl Disilazane)를 병용한다.

도포순서는 먼저 밀착보강제를 퉁명원반 위에 도포, 건조한 후 포토레지스트를 도포하고, 프리베이킹을 실시한다.

이때 상기 포토레지스트 도포공정에서 중요한 것은 포토레지스트의 두께인데, 통상 비트 또는 그루브의 깊이에 상당하는 값으로 두께가설정되고, 포토레지스트의 농도, 점도 및 스피터(spinner)의 회전수등에 의해 조절되며, 비접촉, 비파과 방식인 엘립소매타(ellipsometer)를 사용하여 두께를 측정한다.

또한 상기 포토레지스트 도포공정은 두께의 균일성에서 불량이 발생하기 쉬우며, 불량이 발생하면 도포된 포토레지스트를 제거한 후 다시 재도포할 수 있기 때문에 결함을 발견하는 것이 매우 중요하며, 특히 포토레지스트 도포후 He-Ne 레이저를 이용하여 검사할 필요가 있는데, 이 검사에서 포토레지스트를 재도포하여도 결함 위치가 변하지 않을때는 투명원반 자체에 불량이 있는 경우이다.

계속하여 상기 포토레지스트의 도포가 완료되면 레이저 컷팅장치를 이용하여 컷팅을 실시하는데, 이 레이저 컷팅장치는 노광을 위한 레이저 광원과, 신호에 따라 레이저 광을 변조하기 위한 고아변조기와 상기 광변조기에 신호를 보내기 위한 신호처리부와, 레이저 광을 집광하여 투명원반위의 포토레지스트에 초점을 맞추기 위한 광학계 및 포커스 서보(forcus servo)계와, 상기 투명원반을 회전시키기 위한 턴테이블(truntable)과, 상기 광학계 및 턴테이블을 반경방향으로 연속 또는 불연속 이동시키기 위한 이동기구등으로 구성되며 각각의 상세구성은 다음과 같다.

상기 레이저 고아원은 신호기록을 위한 레이저 광원으로서는 Ar이온 레이저가 많이 사용되는데, 이 Ar이온 레이저는 다량의 냉각수가 필요하고, 전력효율이 낮으며 포지티브형 포토레지스트의 분광감도가 발진파장에서 약간 장파장쪽에 위치하는등 많은 문제점이 있으나, 안정하게 대출력을 얻을 수 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되고 있다.

그리고 광디스크의 종류에 따라 상기 Ar이온 레이저의 최대출력이 달라지는데, LD용의 경우 300mW∼400mW, CD용의 경우 100mW이다.

또한 CD 전용 컷팅장치에서는 He-Cd레이저를 많이 사용하는데, 이 He-Cd레이저는 냉각수가 필요없고 발진파장도 상기 Ar이온 레이저보다 짧기 때문에 포토레지스트 감도면에서 유리하고 전력효율도 높으며 출력 15mW가 일반적이어서 Ar이온 레이저에 비해 소형이다.

한편 상기 광변조기는 전압변화 형태로 주어지는 기록신호를 고아의 진폭변화로 변환하기 위한 것으로, 인가전압에 의해 굴절율이 변화하는 전기소자를 사용하는 전기광학효과(E/O) 변조기와, 압력이나 진동과 같은 기계량과 전압과 같은 전기량을 상호변화하는 압전소자에 의해 매제숯에 초음파를 발생시켜 이것을 회절격자로 이용하는 음향광학효과(A/O) 변조기의 2종류가 있지만, 대개 소형으로 온도, 습도의 변화에 대해 안정한 A/O 변조기를 사용한다.

그리고 상기 신호처리부는 CD, LD 및 추기형에 따라 달라지는데, CD의 레이저 컷팅에서는 통상 CD 포맷(FORMAT)으로 처리된 신호가 기록된 (3/4)인치 비디오 카세트 테이프를 테이프 레코더와 PCM 프로세서를 조합한 시스템에서 재생하여 데이터 신호 및 블록 신호로 나눠져서, 데이터 신호는 엔코더(encoder)로부터 변조기로 공급되고, 블록신호는 컷팅장치의 서보제어계로 공급된다.

LD의 경우는 1인치 C포맷 비디오 테이프를 재생하여 영상, 음성을 각각 FM 변조하여 혼합한 후 고아변 조기에 공급하는 신호처리계가 필요하며, 추기형에서는 프리포맷(preformat) 신호발생기가 필요하다.

상기 광학계 및 포커스 서보계는 집광렌즈가 광학현미경 100백의 대물렌즈에 상당하는 개구수 0.9∼0.93의 렌즈가 사용되며, 추기형 또는 소거가능형의 광디스크는 프리포맷에 대응하는 비트가 그루브가 아닌 그루브와 그루브 사이인 랜드(land) 부분에 기록되는데, 이 경우 고아학계는 광원의 레이저광을 빔 스플릿터(beam splitter)에서 2분할하여 한쪽은 그루브 기록을 수행하고, 다른 한쪽은 프리포맷에 대응하는 비트를 기록하는 2빔 방힉이나 또는 턴테이블이 1회전 할 때마다 턴테이블과 광학계의 상대위치를 이동시키는 이동계를 정지시키고, 레이저 빔을 광학계에서 필요한 거리만큼 벗어나게 하여 그루브와 비트를 교대로 기록해가는 듀얼 빔(dual beam) 방식이 사용되고 있다.

상기 프리포맷에 대응하는 비트와 그루브를 가지는 투명원반의 경우 통상 비트와 그루브의 깊이의 단면형상이 다른데 이때는 투명원반에 도포하는 포토레지스트 두께를 깊은 쪽으로 설정해 두고 레이저 빔 강도를 비트를 기록하는 경우와 그루브를 기록하느 경우로 나누어 서로 다른 값으로 설정함으로써 비트 또는 그루브의 단면형상 및 깊이의 제어가 가능하며, 포커스 서보계는 초점이 벗어난 것을 검출하기 위한 것으로 광원으로 He-Cd레이저를 사용하여 대물렌즈와 포토레지스트가 도포된 투명원반과의 거리변동을 광검출기로 검출하여 제어한다.

마지막으로 레이저 컷팅장치의 턴테이블과 이동기구는, 광디스크의 종류에 따라 달라지는데, CD 원반제작에는 정선속회전계(CLV:Constant LInear Velocity)가 필요하고, LD 원반제작에는 상기 정선속회전계(칩)와 정속회전계(CAV:Constant Angular Velocity)가 모두 필요하며, 실시간 기록으로 비트열(track)이 나선형이기 때문에 반경의 이동의 1회전마다 트랙피치(track pitch)에 상당하는 거리를 연속적으로 이동 가능해야 한다.

계속하여 상기와 같이 구성된 레이저 컷팅장치를 이용한 컷팅이 끝나면 상기 포토레지스트를 현상해야하는데, 이땐느 투명원반을 회전시키면서 여기에 알카리성 현상액을 떨어뜨리는 현상장치를 이용한다.

현상이 진행되면 상기 포토레지스트 노광부가 현상액에 의해 용해가 시작되고, 비트나 그루브가 형서되며, 이러한 관어을 보기 위해 현상중인 투명원반에 He-Ne레이저 고아을 조사하여 포토레지스트층에 형성된 비트 또는 그루브에 의해 생기는 회절광을 모니터링하여 비트의 깊이 및 폭을 알고, 그 결과에 따라 현상종료시간을 추정하며, 현상후에는 세정을 하고, 클린 오븐에서 포스트 베이킹을 실시한다.

그리고 마스터링 공정의 마지막 공정으로는 도전화처리공정이 있는데, 이 공정에서는 포토레지스트층 위에 500Å∼1000Å의 진공증착법에 의한 Ag나 스퍼터링(sputtering) 또는 무전해도금에 의한 Ni막을 형성한다.

이때 상기 Ag막은 전기저항이 낮기 때문에 다음공정인 도금공정서 특히 초기 과전류에 의해 도전막이 파괴되는 것이 적고, 반사율이 높기 때문에 투명원반의 검사가 쉬우나 상기 투명원반에서 직접 얻어지는 파더를 스탬퍼로 사용하는 경우 Ag막의 경도가 낮고 성형중에 표면이 변형되고 때문에 Ni파더로부터 Ag막을 제거하는 과정이 필요하다.

그리고 스퍼터링에 의해 얻어지는 Ni막은 막질의 밀도가 높고 도금공정에서 얻어지는 NI파더와 동일한 금속으로 일체화된 표면층이 얻어지고 파더를 그대로 스탬퍼로 사용할 수 있으나, 상기 Ag막에 비해 전기 저항이 높기 때문에 도금시에 초기전류의 조절에 주의해야 하며, 또한 스퍼터링시 온도상승에 의해 포토레지스트가 변질되거나 Ni파더에 부착된 포토레지스트를 용제로 제거하는 것이 곤란한 경우도 발생하는데, 이때는 플라즈마를 이용하기도 하지만 시간이 많이 소비되는 동시에 Ni의 표면에 손상을 줄 우려가 있으므로 각별히 주의해야 한다.

한편 무전해 니켈 도금법은, 상술한 스퍼터링법에서 나타나는 결점이 없는 방법으로서 도금의 제어가 어렵고 액의 안정화에 문제가 있는 단점이 있다.

상기와 같이 도전화처리까지 완료된 투명원반은 최종적인 제품인 광디스크와 같은 신호가 기록되고 있으며, 이 단계에서 광디스크 재생장치와 같은 장치를 이용하여 기록된 신호를 평가하고, 신호의 에러, 변조도, 잠음 레벨 및 CN(Carrier Noise)비 등을 측정하는등 충분한 검사를 수행하여야 하며, 검사기준을 만족한 투명원반에 대해서만 다음의 도금공정을 실시한다.

도금공정은 투명원반을 음극으로 하고, 유활함유 Ni칩을 양극으로 하여Ni막을 투명원반에 전기도금하는 것으로, 스탬퍼는 직경 300±5㎛정도가 일반적이고, 통상 상기 투명원반을 회전시켜 도금한다.

이때 상기 도금액은 필요에 따라 여러 가지를 적합하게 조성하여 사용할 수 있으며, 예를들어 600g/l의 스루파민산 Ni과, 40g/l의 붕산과, 5g/l의 염화 Ni와, 20mg/l의 레벨링제를 혼합하여 사용하고, 항상 오버플로우(overflow)시켜 활성탄 등의 흡착제 및 필터를 통해 순화시킴으로써 잘못 혼입되는 포토레지스트 등의 유기물 제거에 주의하여야 한다.

그리고 상기 도금액은 온도는 40℃∼60℃가 적당하며, 통전방법으로는 전류치 0.05A/d㎡에서 개시하여 1시간 30분 후 최대전류를 20A/d㎡로 증가시킨다.

일반적으로 전류밀도가 작으면 Ni결정입계가 작아지게 되고, 이면을 평활하게 되어 경도가 높아지게 되며, 반대로 전류밀도가 크면 생산성은 높아지지만 결정입계가 커지게 되고 이면이 거칠게 되는 경향이 있으므로 전류밀도를 잘 조절해야 하며, 스탬퍼 1매에 필요한 통전시간은 통산 2시간 내지 3시간 반 정도이다.

그리고 상기 도금공정 후에는 막분리/세정/포토레지스트 제거공정과, 표면보호 및 이면연마공정과, 내외경가공공정과, 초음파세정공정이 순차적으로 수행되고, 최종검사시에는 레이저 스캔에 의한 기스검사, 초음파 또는 베타선을 사용하는 비접촉두께측정, 경도측정 및 기록신호평가등이 수행되며, 제작된 스탬퍼를 보관하기 위해서는 실리콘 웨이퍼 등의 표면보호에 사용되는 염화빈ㄹ과 초산비닐의 공중합체(苦重合體)를 주성분으로 하는 수지를 도포한 후 건조시킨다.

상기 막분리/세정/포토레지스트 제거공정에서는 투명원반에서 Ni층을 불리하면 분리된 Ni층이 파더가 되는데 이때 포토레지스트의 일부가 파더에 부착되어 있기 때문에 이것을 아세톤과 같은 용제로 용해소거하며, 도전화처리시 Ag를 사용한 경웅는 파더 표면이 Ag막으로 되어 있기 때문에 암모니아 용액에 접촉시켜 Ag를 수용성호하여 용해제거한다.

또한 마더로부터 스탬퍼로 도금을 한 경우 독므후 파더와 마더 사이 및 마더와 스탬퍼 사이의 녹리를 용이하게 하기 위해 도금전에 파더 및 마더에 표면처리를 한다.

그리고 상기 표면보호 및 이면연마공정에서는, 도금 완료후의 스탬퍼가 신호면을 보호 필름등으로 보호하여야 하므로 알루미나를 연마제로 사용하여 이면연마한다.

즉, 상기 이면연마는 사출성형에 의해 광디스크 기판을 성형할 때 이면의 요철( )이 신호면에 전사되는 것을 방지하기 위한 것으로, 연마경도는 Rrm로 0.2㎛∼0.4㎛정도가 일반적이다.

또한 상기 내외경가공공정은 연마후의 스탬퍼를 가스세정기에서 연마제소거 및 세정을 한 후 사출성형기의 금형 칫수에 맞도록 가공하는 것으로, 가공시에는 비트열 및 그루브 편심이 생기지 않도록 가동 스테이지(stage)와 현미경을 조합하여 편심측정과 위치조정기구르 ㄹ가공기에 설치할 필요가 있다.

그러나 이러한 광디스크를 위한 사전준비작업인 마스터링 공정은, 종래의 경우 투명원반을 세정하는 것으로부터 스탬퍼의 제작까지 소분류하는 경우 22단계에 걸친 수많은 공정을거쳐야 하므로, 제조공정이 복잡함에 따라 제품의 제조효율이 낮고, 수율이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 스탬퍼 제조공정르 단순화함으로써 제조효율 및 수율을 향상시키고 제조비를 감소시킬 수 있는 광디스크 기판 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광디스크 기판 제조방법은 Ni박막과 후막을 각각 연마, 세정 및 건조하여 준비하는 관어과, 상기 Ni박막에 레이저를 사용하여 기록할 신호의 내용에 따른 구멍을 형성하는 과정과, 상기 구멍이 형성된 Ni박막을 상기 Ni후막 위에 접착시키는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 광디스크 기판 제조방법은, 제4도에 도시한 바와 같이 Ni박막과 Ni후막을 연마하는 공정으로부터 시작되는데, 상기 Ni박막(11)은 제5도의 (가)도와 같이 직경이 130mm, 두께가 약 100-5mm정도가 되도록 하며, Ni후막(13)은 상기 Ni박막(13)과 동일한 직경에, 두께만 0.3mm가 되도록 한다.

이어서 상기 Ni박막(11)을 선택하여 광학 테이블에 장착한 후 제6도에 도시한 바와 같이 레이저(21), 광변조기(23), 반사경(25) 및 렌즈(28)로 구성된 레이저 컷팅장치를 사용하여 미리 준비된 정보의 내용에 따라 신호처리된 시그널에 의해 상기 Ni박막(11) 레이저를 조사함으로써 제6도 및 제7도에 도시한 바와 같은 구멍(15)을 형성한다.

다음은 신호의 내용에 따라 구멍이 형성된 Ni박막(11)을 제8도에 도시한 바와 같은 구멍(15)을 형성한다.

다음은 신호의 내용에 따라 구멍이 형성도니 Ni박막(11)을 제8도에 도시한 바와 같이 미리 준비해둔 Ni후막(13)에 접착시킴으로써 스탬퍼를 형성하여 고아디스크이 기본적인 마스터링작업을 완료하게 되며, 이 스탬퍼는 도시하지는 않았으나 계속하여 분사기(injection machine)에 장착하여 분사에 의한 광디스크를 사출하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 종래에는 대분류상 소재가공, 기록막 코팅, 기록원반후처리, 스탬퍼제조공정과, 소분류상으로 22단계의 필수공정이 필요했으나, 이러한 기록막 코팅, 레이저 컷팅, 기록원반후처리 및 스탬퍼제조 등 대부분의 고정을 단축시킴으로써 제조비를 감축시킬 수 있고, 제조효율 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. Ni박막과 후막을 각각 연마, 세정 및 건조하여 준비하는 과정과, 상기 Ni박막에 레이저를 사용하여 기록할 신호의 내용에 따른 구멍을 형성하는 과정과, 상기 구멍이 형성된 Ni박막을 상기 Ni후막 위에 접착시키는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광디스크 기판 제조방법.
2. 제1항에 있어서 상기 Ni박막은 두께가 10^-5mm정도임을 특징으로 하는 광디스크 기판 제조방법.
3. 제1항에 있어서 상기 Ni박막은 두께가 0.3 도임을 특징으로 하는 광디스크 기판 제조방법.