KR100421862B1 - 박막 광디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역 적층 구조를 갖는 박막 광디스크에서 반사막의 표면 거칠기를 감소시켜, 광디스크 드라이브 상에서의 신호 노이즈를 최소화하기 위한 것으로서, 기판 위에 반사층, 상부 유전체 보호층, 기록층, 하부 유전체 보호층이 순서대로 적층되는 박막 광디스크에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 중 어느 하나에 SiO₂를 일정량 첨가되는데 있다.

Description

박막 광디스크{thin film optical disc}

본 발명은 박막 광디스크에 관한 것으로, 특히 얇은 커버막에 사용되는 역적층구조에서 반사층의 표면 거칠기를 감소시켜 신호 노이즈를 감소시키기 위한 박막 광디스크에 관한 것이다.

최근 DVD(Digital Versatile Disc) 규격이 제안, 표준화되면서 DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 등 다양한 제품이 출시되고 있다.

이들 DVD 제품들은 단면 단층막(single-sided single layer) 기준으로, 그 용량이 약 4.7 기가 바이트(Giga Byte : GB)이다. 이는 VHS급 화질로 약 두 시간 분량의 영화를 저장할 수 있는 용량으로, 점차 보급이 확대될 전망이다.

이들 광 저장매체는 정보를 담고있는 두께가 0.6mm인 두 장의 투명한 고분자 기판을 서로 맞붙여 전체 두께가 1.2mm이고, 그 지름이 12cm 인 디스크 형상이며, 정보를 담고있는(즉, 반사층 혹은 다층박막을 포함) 0.6mm의 적층 기판과 이들 두 기판을 서로 접착시키기 위한 접착제(adhesive)층으로 구성된다.

상기한 광 정보저장 매체에서, 정보를 기록하거나 매체상의 정보를 읽어내기 위해서는 원리적으로 광픽업(optical pick-up)의 대물렌즈를 떠난 레이저빔이 일정두께(예, 4.7GB의 DVD 경우, 0.6mm)의 투명한 기판을 지나, 정보 기록층(혹은 정보 저장층)에 입사된다.

이때, 기록매체의 기록밀도를 결정하는 정보 저장층에서 스팟(spot)의 크기는 사용 광원의 파장에 비례하고, 대물렌즈의 개구수에 반비례한다.

따라서 정보 기록밀도를 올리기 위해서는 주어진 기판 두께에 대하여 단파장 광원과 개구수가 큰 렌즈의 사용이 필수적이다.

그러나 렌즈의 개구수를 증가시킬 경우, 디스크의 기울기(tilt)에 의한 코마수차(comma adderation)가 개구수의 3승에 비례()하여 현저히 커지는 문제점이 있다.

특히, 이러한 코마 수차의 발생정도는 입사광 방향에 위치한 기판의 두께가 두꺼울수록 현저하다.

또한 두께가 두꺼운 기판을 사용할 경우, 기판 표면에 묻은 먼지 등에 의한 신호 열화의 지속시간이 길어져 초점(focus) 제어나 트래킹(tracking) 제어에 매우 악영향을 초래한다.

그 결과, 디스크 한 장에 약 20GB 이상의 높은 기록용량을 갖는 저장매체에서는 단파장의 LD(Laser Diode), 높은 개구수(Numerical aperture : NA)의 대물렌즈와 얇은 커버층의 도입이 제안되었다.

그러나 박막을 사용하는 이 기술은 고밀도와 전송속도, 코마 수차의 발생정도를 최소화 할 수 있음에도 불구하고, 실용화를 막고 있는 큰 걸림돌 중의 하나가역 적층(reversed stacking) 박막 구조로 인한 신호의 노이즈 증가이다.

광디스크를 구성하는 박막 중에서 알루미늄(Al) 막은 결정 상태로 도포되는데, 헤테로제이니어스(heterogeneous) 누큘리에이션(nucleation) 및 그래인(grain) 그로스(growth) 특성으로 인해 비정질상태로 도포되는 경우에 비해 표면 거칠기가 크다. 통상, Al 박막은 막두께 100nm에서 20~30A 의 RMS 거칠기를 갖는다.

따라서 알루미늄(Al) 막은 많은 그레인(grain)과 그레인 한계(grain boundary)들로 구성되어 있고, 이로 인해서 비정질 상태로 도포되는 다른 박막에 비해서 표면의 거칠기(surface roughness)가 크다.

즉, 박막의 두께에 따라서 차이가 있지만, 대략적으로 알루미늄(Al) 박막은 20~30A의 RMS(Root Mean Square) 거칠기(roughness)를 갖는다.

반면 유전체층인 ZnS-SiO₂나 GeSbTe은 비정질 상태로 도포되며, 또한 그레인이 없으므로 표면 거칠기가 2~10A으로 매우 작다.

일반적인 광디스크에서는 기판 위에 유전체층/기록막층/유전체층/반사층의 순서로 막을 적층하고, 신호는 기록막층에서 반사되는 것을 검출(detect)하므로, 반사층의 표면 거칠기가 큰 것은 검출된 신호에는 영향을 주지 않는다.

그러나 기록매체의 기록밀도를 높이기 위해 얇은 커버(cover) 막을 형성하기 위해서는 역 적층(reversed stacking)을 하여야 한다. 즉, 기판 위에 반사층/유전체층/기록막층/유전체층의 순서로 막이 적층되어야 한다.

이때 반사층인 알루미늄층이 제일 먼저 도포되므로, 그 위에 도포되는 유전체 층과 기록막 층은 알루미늄의 큰 표면 거칠기의 영향을 받는다.

즉, 도 1 과 같이 기판 위에 유전체층/기록막층/유전체층/반사층의 순서로 막이 적층되는 일반적인 광디스크에서는 반사층의 표면 거칠기가 25A정도로 매우 큰 반면에 기록막층의 표면 거칠기는 2A 이하로 매우 작게 나타난다.

그러나 도 2 와 같이 기판 위에 반사층/유전체층/기록막층/유전체층의 순서로 막이 적층되는 역 적층 광디스크에서는 반사층의 표면 거칠기가 도 1과 동일한 25A정도에서 기록막층의 표면 거칠기가 15A 정도로 매우 크게 나타남을 알 수 있다.

따라서 기록막층의 큰 표면 거칠기로 인해서 검출된 신호에서 잔류 노이즈(residual noise)가 생기게 되고 지터값을 나쁘게 함으로써, 기록특성을 나쁘게 한다.

이런 노이즈를 줄이기 위해서는 반사층으로 사용되는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 은 합금 층의 표면 거칠기를 낮추어야만 한다.

그 방법으로 상기 반사층에 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 등을 소량 첨가하는 방법이나, 알루미늄 스퍼터링(sputtering) 후에 에칭하는 방법, 또는 DC 스퍼터링이 아닌 이온 빔 스퍼터링을 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 박막 광디스크의 반사층 형성 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 등을 소량 첨가하는 방법은 그 효과가 매우 작다.

둘째, 알루미늄 스퍼터링(sputtering) 후에 에칭하는 방법, 또는 DC 스퍼터링이 아닌 이온 빔 스퍼터링을 사용하는 방법은 공정시간이 길어지고, 인-라인(in-line) 생산이 아니어서 생산성이 나빠지며, 그로 인해 대량 생산에 적합하지 않은 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 역 적층 구조를 갖는 박막 광디스크에서 반사막의 표면 거칠기는 감소시켜, 광디스크 드라이브 상에서의 신호 노이즈를 최소화하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 디스크의 적층 구조에서 각 계면의 표면 거칠기를 나타낸 도면

도 2 는 일반적인 얇은 커버막 디스크의 적층 구조에서 각 계면의 표면 거칠기를 나타낸 도면

도 3 은 본 발명에 따른 박막 광디스크의 구조를 나타낸 도면

도 4 는 본 발명에 따른 반사막에 SiO₂의 첨가량에 따른 표면 거칠기를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 20 : 반사층

30, 50 : 유전체 보호층 40 : 기록층

60 : 커버막

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 광디스크의 특징은 기판 위에 반사층, 상부 유전체 보호층, 기록층, 하부 유전체 보호층이 순서대로 적층되는 박막 광디스크에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 중 어느 하나에 SiO₂를 일정량 첨가되는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 광디스크의 다른 특징은 기판과, 상기 기판 위에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 중 어느 하나와 일정량 첨가된 SiO₂로 30~300nm의 두께를 갖고 형성되는 반사층과, 상기 반사층 위에 ZnS-SiO₂, SiO₂, SiN, (Zr_xCe_1-x)_yO_1-y, AlN, Al₂O₃중 어느 하나로 10~50nm의 두께를 갖고 형성되는 제 1 유전체 보호층과, 상기 제 1 유전체 보호층 위에 GeTe-Sb₂Te₃계 물질로 10~30nm의 두께를 갖고 형성되는 기록층과, 상기 기록층 위에 ZnS-SiO₂, SiO₂, SiN, (Zr_xCe_1-x)_yO_1-y, AlN, Al₂O₃중 어느 하나로 50~300nm의 두께를 갖고 형성되는 제 2 유전체 보호층을 포함하여 구성되는데 있다.

이때 상기 첨가되는 SiO₂의 량은 0.1~10 몰% 인데 또 다른 특징이 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 박막 광디스크의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 박막 광디스크의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3을 보면, 두께 1.1mm의 폴리카본네이트 기판(10) 위에 반사층(20), 상부 유전체 보호층(30), 기록층(40), 하부 유전체 보호층(60)을 순서대로 적층한다.

그리고 그 위에 접착제를 이용해서 0.1mm의 얇은 커버 막(60)을 부착한다.

이때 반사층(20)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)에 SiO₂를 0.1~10 몰% 첨가하여 사용한다. 이는 첨가되는 SiO₂의 양이 증가할수록 반사층(20)의 표면 거칠기가 작아지는 특성을 이용한 것이다.

도 4 는 알루미늄에 첨가되는 SiO₂양을 증가에 따라 변화되는 표면 거칠기를 나타낸 도면으로, 도 4와 같이 SiO₂의 양이 증가함에 따라 표면 거칠기가 작아지는 것을 볼 수 있다.

다음으로 유전체 보호층(30)(50)은 주로 ZnS-SiO₂를 사용하는데, 그 밖에 SiO₂, SiN, (Zr_xCe_1-x)_yO_1-y, AlN, Al₂O₃등을 사용하여도 된다.

그리고 기록층(30)은 종래의 GeTe-Sb₂Te₃계 물질을 사용한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 박막 광디스크 제조 방법은 다음과 같다.

폴리카본네이트 기판(10)위에 DC 혹은 RF 전자관(magnetron) 스퍼터닝 기법에 의해 아르곤(Ar)을 포함한 불활성 기체 이온을 알루미늄 합금-SiO₂, ZnS-SiO₂,GeSb-Sb₂Te₃타겟에 입사시켜 소정의 제조압력과 제조파워에 의하여 순서대로 성막시킨다.

이때, 각 층의 두께는 각각 반사층(20)인 알루미늄-SiO₂층은 30~300nm, 상부 보호층(20)인 ZnS-SiO₂유전체층은 10~50nm, 상변화형 기록 재생층(30)인 GeSb-Sb₂Te₃층은 10~30nm, 하부 보호층(50)인 ZnS-SiO₂유전체층은 약 50~300nm로 한다.

그리고 그 위에 얇은 커버막(60)을 접착한다.

특히, 반사층(20)인 알루미늄-SiO₂층의 경우는 Al-SiO₂타겟을 사용하거나, 알루미늄과 SiO₂타겟을 각각 사용하여 공동-스퍼터링(co-sputtering)한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 박막 광디스크는 알루미늄(Al)과 SiO₂의 혼합막을 반사층으로 사용함으로써, 표면 거칠기를 현격히 줄이고 신호 노이즈를 감소시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (2)

1. 기판 위에 반사층, 상부 유전체 보호층, 기록층, 하부 유전체 보호층이 순서대로 적층되는 박막 광디스크에 있어서,

   상기 반사층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 중 어느 하나에 SiO₂을 0.1~10 몰% 범위내로 첨가되는 것을 특징으로 하는 박막 광디스크.
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