KR100421867B1 - 광 디스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

광 디스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판과, 기판 위에 다수개가 적층되어 형성되는 반사층과, 각 반사층 사이에 금속계 산화물이나 이들의 혼합물, Ge-Sb-Te계 합금박막, Ag-In-Sb-Te계 합금박막 중 어느 하나로형성되는 비정질층과, 반사층 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록층과, 기록층 위에 형성되는 보호층으로 구성하여 신호 품질 및 생산성이 우수한 광 디스크를 구현할 수 있다.

Description

광 디스크 및 그 제조방법{optical disk and method for fabricating the same}

본 발명은 광 디스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 상변화형 광디스크는 집속된 레이저 빔을 기록층의 국부적인 영역에 조사하여 승온/용융시키고, 열의 확산 속도를 빠르게 설계한 디스크 구조를 이용해 급냉시켜 비정질 마크를 결정질 기지에 만들어 줌으로써 기록된 정보를 소거시킨다.

이러한 원리를 갖는 상변화형 광디스크는 통상 간단한 4층막으로 구성된다.

즉, 기판 위에 하부 유전체층, 기록층, 상부 유전체층 그리고 반사방열층이 적층된 4층막 구조를 갖는다.

또한, 4층막 이상의 구조를 가질 수도 있는데, 이 경우에는 4층막을 기본으로 하고 각 층 사이에 기타의 막을 설치할 수 있다.

이때, 반사방열층은 대부분의 구성층 순서에서 가장 마지막 순서로 성막되는 것이 특징이다.

이와 같이 이루어진 박막의 순서를 정상적층(normal stacking)이라 한다.

최근에는 고밀도 기록 가능한 매체 개발에 힘입어 광기록 장치에서 픽업의 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)를 증가시키거나, 기록 광원의 파장을 짧은 쪽으로 가져가는 추세에 있다.

그런데, 개구수를 증가시키는 것에 수반되어 대물렌즈와 광기록 매체의 기록층까지의 거리, 즉 작동거리(working distance)가 짧아지게 된다.

이렇게 되면, 상대적으로 광원에서 기록층까지의 중간과정에 존재하게 되는투명기판의 두께가 줄어 들어야 한다.

결국, 이전의 정상적층 구조에서의 박막을 지지했던 기판으로서의 역할에서 레이저가 지나가는 경로에 존재하는 광기록 매체를 구성하는 다층박막을 덮어씌우는 박형 커버층(thin cover layer)형태로 진보하게 되었다.

또한, 렌즈의 개구수를 증가시킬 경우, 디스크의 기계적인 변동 중의 하나인 틸트(tilt)에 의한 코마수차(coma abberation)가 개구수의 3승에 비례하여 현저히 커지는 문제점이 있는데, 특히 코마수차는 레이저 빔이 입사되는 경로에 위치한 기판의 두께가 두꺼울수록 현저히 커지게 되므로 이 또한 기판의 두께를 감소시켜야 한다는 계기가 되고 있다.

이 경우, 박막의 적층 순서는 반사층이 가장 나중에 적층되는 일반적인 구조인 정상적층과 달리 순서를 뒤집어 반사방열층이 가장 먼저 적층되는 역적층구조(reversed stacking)를 채택하게 되었다.

이런 역적층구조에서 특징적인 것은 정상적층과 달리 반사층을 가장 먼저 기판 위에 형성하고 기타의 구성층을 적층해 나가야 한다.

그리고, 구성층의 상부에는 커버층을 설치하게 된다.

이에 따라 정상적층과 달리 가장 하부에 위치하는 박막인 반사방열층의 표면 미세구조에 따라 매체의 신호 특성이 많이 좌우된다.

특히, 매체의 동적구동상태에서 포커스 에러 신호(focus error signal)이 커지게 되어 결과적으로는 매체 노이즈가 증대된다.

이에 따라 매체 노이즈의 원인이 되는 기록 매체의 표면조도를 낮추어야 한다는 어려움이 있다.

또한, 반사층의 표면 조도를 낮추기 위한 방법으로는 통상적인 스퍼터링 대신 이온 빔 스퍼터링과 같은 방법이 제안되기도 하나, 이 경우 공정을 위한 시간이 매우 길어서 양산 공정에 적합하지 않는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 반사층의 표면 조도를 줄여 신호 품질이 우수한 광 디스크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 공정으로 생산성이 우수한 광 디스크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 정상적층(normal stacking)시에 각층의 계면에서의 표면조도를 보여주는 그래프

도 2는 역적층(reversed stacking)시에 각층의 계면에서의 표면조도를 보여주는 그래프

도 3a 및 도 3b는 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광 디스크를 보여주는 구조단면도

도 4는 광 디스크의 반사층 두께에 따른 표면 조도를 보여주는 그래프

도 5는 비정질층을 삽입한 반사층과 비정질층이 삽입되지 않는 반사층의 표면 조도를 비교한 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 11 : 반사층

12 : 비정질층 13 : 기록층

14 : 보호층 15 : 유전체층

본 발명에 따른 광 디스크는 기판과, 기판 위에 다수개가 적층되어 형성되는 반사층과, 각 반사층 사이에 금속계 산화물이나 이들의 혼합물, Ge-Sb-Te계 합금박막, Ag-In-Sb-Te계 합금박막 중 어느 하나로 형성되는 비정질층과, 반사층 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록층과, 기록층 위에 형성되는 보호층을 포함하여 구성된다.

여기서, 기록층의 상부와 하부에는 각각 ZnS-SiO₂로 이루어진 유전체층이 형성되며, 기록층 상부에 형성되는 유전체층 두께는 50 - 300nm이고 기록층 하부에 형성되는 유전체층 두께는 10 - 50nm로 한다.

그리고, 비정질층의 두께는 20 - 40Å으로 하며, 기록층은 (GeTe)_1-x(Sb₂Te₃)_x합금이나 Ag-In-Sb-Te 합금계로 이루어지고, 두께는 10 - 30nm로 한다.

또한, 반사층은 Al, Ag 중 어느 하나이거나 그들의 합금으로 이루어지고, 두께는 300 - 550Å으로 한다.

본 발명에 따른 광 디스크 제조방법은 기판 위에 제 1 반사층 및 비정질층을 차례로 형성하는 단계와, 비정질층 위에 제 2 반사층을 형성하는 단계와, 제 2 반사층 위에 하부 유전체층, 기록층, 상부 유전체층을 차례로 형성하는 단계와, 상부 유전체층 위에 보호층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이때, 기판 위에 제 1 반사층 및 비정질층을 차례로 형성하는 단계는 경우에 따라 반복 수행될 수 있다.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 반사층의 표면 조도를 크게 감소시키므로 신호품질이 우수한 광 기록 매체를 구현할 수 있고, 기존의 스퍼터링 방법으로 다층 반사막 형성이 가능하므로 생산성이 우수하다.

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

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 정상적층(normal stacking)시에 각층의 계면에서의 표면조도를 보여주는 그래프이고, 도 2는 역적층(reversed stacking)시에 각층의 계면에서의 표면조도를 보여주는 그래프이다.

도 1과 같이 정상적층의 경우, 기록막 전후에서 주된 반사 신호가 기록 및 재생시 검출되므로 반사층의 표면 조도는 기록 매체의 신호 특성에 영향을 주지 않는다.

이에 반해 도 2와 같이 역적층은 반사층의 표면 조도에 기인한 기록층의 큰 표면 조도에 의해 기록재생신호 검출시의 노이즈에 따른 신호 열화가 크다.

즉, 반사층의 표면 조도에 의한 기록층의 큰 표면 조도는 광 기록 매체의 동적구동상태에서 포커스 에러 신호(focus error signal)가 커지게 되어 기록 매체의 노이즈가 증대되는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 광 디스크의 역적층 구조에서 나타나는 반사층의 표면 조도를 개선하기 위하여 반사층 내부에 비정질층을 1층 또는 그 이상 삽입하였다.

즉, 본 발명은 기존의 반사층과 같이 Al 합금 등으로 이루어진 단일층으로 반사층을 형성하는 것이 아니라 반사층의 단위 두께를 얇은 소정의 두께로 하여 전체 두께는 기존과 비슷하게 하면서 박막성형시 비정질 구조를 갖는 중간층을 반사층 내부에 1층 또는 그 이상 삽입하여 전체적인 다층 반사막의 표면 조도를 낮추는데 특징이 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광 디스크를 보여주는 구조단면도로서, 도 3a는 반사층 내에 중간층으로 삽입되는 비정질층이 하나인 경우이고, 도 3b는 반사층 내에 중간층으로 삽입되는 비정질층이 다수개인 경우이다.

본 발명은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 약 1.1mm 두께의 폴리카보네이트 기판(10) 위에 다수개의 반사층(11)들이 적층되어 형성되고, 각 반사층(11) 사이에는 비정질층(12)이 삽입되어 있으며, 반사층(11) 위에는 정보를 기록하는 기록층(13)이 형성되고, 기록층(13) 위에는 약 0.1 - 0.12m 정도의 보호층(14)이 형성된 구조로 이루어진다.

여기서, 기록층(13)의 상부와 하부에는 각각 유전체층(15)이 형성되어 있는데, 경우에 따라서는 유전체층(15)을 형성하지 않을 수도 있다.

유전체층(15)은 ZnS-SiO₂로 형성하는데, 기록층(13) 상부에 형성되는 유전체층(15) 두께는 약 50 - 300nm이고 기록층(13) 하부에 형성되는 유전체층(15) 두께는 약 10 - 50nm로 형성된다.

그리고, 반사층(11)에 삽입되는 비정질층(12)은 Si-oxide, Al-oxide, Ti-oxide, Cr-oxide, ZnS-SiO₂등으로부터 선택된 금속계 산화물, 이들의 혼합물, Ge-Sb-Te계 합금박막, Ag-In-Sb-Te계 합금박막 등으로 형성하고 두께는 약 20 - 40Å으로 하는데, 본 발명의 실시예에서는 약 30Å 두께로 형성한다.

또한, 기록층(13)은 (GeTe)_1-x(Sb₂Te₃)_x합금이나 Ag-In-Sb-Te 합금계로 형성하고, 두께는 약 10 - 30nm로 형성한다.

반사층(11)은 Al, Ag 중 어느 하나이거나 그들의 합금 등으로 형성하고, 두께는 300 - 550Å으로 형성한다.

이때, 본 발명 제 1 실시예와 같이 비정질층(12)이 하나만 반사층(11) 내에 삽입된 경우에는 반사층(11)의 두께를 약 500Å 정도로 형성하고, 본 발명 제 2 실시예와 같이 다수개의 비정질층(12)이 반사층(11) 내에 삽입된 경우에는 반사층(11)의 두께를 약 330Å 정도로 형성한다.

이와 같은 구조로 형성되는 본 발명의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

도 3a에 도시된 바와 같이 먼저, 기존의 스퍼터링 방법으로 기판(10) 위에 제 1 반사층(11a) 및 비정질층(12)을 차례로 형성하고, 비정질층(12) 위에 제 2 반사층(11b)을 형성한다.

여기서, 도 3b와 같이 비정질층(12)을 여러개 삽입하는 경우에는 상기 공정을 반복 수행하여 제 1 비정질층(12a) 위에 제 2 반사층(11b) 및 제 2 비정질층(12b)을 차례로 형성하고, 제 2 비정질층(12b) 위에 제 3 반사층(11c)을 형성한다.

이어, 제 2 또는 제 3 반사층(11b, 11c) 위에 하부 유전체층(15), 기록층(13), 상부 유전체층(15)을 차례로 형성한 다음, 그 위에 자외선 경화 수지를 이용해서 약 0.1 - 0.12m 정도의 보호층(14)을 부착함으로써 광 디스크를 제작된다.

도 4는 광 디스크의 반사층 두께에 따른 표면 조도를 보여주는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이 반사층의 두께가 클수록 표면 조도가 선형적으로 증가함을 알 수 있다.

하지만, 본 발명은 반사층을 단일층으로 구성하지 않고, 얇은 두께를 갖는 단위 반사층을 여러개 적층하였으며 그 사이에 얇은 두께의 비정질층을 삽입함으로써, 전체적으로 반사층의 두께를 줄여 표면 조도를 향상시켰다.

도 5는 비정질층을 삽입한 반사층과 비정질층이 삽입되지 않는 반사층의 표면 조도를 비교한 그래프이다.

여기서, 타입 1은 약 1000Å의 반사층 사이에 약 100Å의 비정질층이 하나만 삽입된 경우이고, 타입 2는 약 1000Å의 반사층 사이에 약 100Å의 비정질층이 두개가 삽입된 경우이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비정질층이 삽입되지 않은 1000Å의 반사층의 표면 조도는 약 23A 정도인데 반하여 중간층으로 비정질층을 삽입한 반사층의 표면 조도는 비정질층의 종류에 따라 약간의 차이는 있으나 대체적으로 급격하게 표면 조도가 감소함을 알 수 있다.

이와 같이, 반사층의 표면 조도가 감소하는 이유는 반사층이 성장하면서 컬럼 조직(column structure)이 형성되고 이들 컬럼(column)간의 상호 결합에 의한 조대한 컬럼이 형성되는 방향으로 진행되어 표면 조도가 커지게 된다.

즉, 이러한 표면 조도는 일반적인 상변태 이론의 그레인 성장(grain growth) 측면에서 생각해 볼 수 있다.

따라서, 이러한 조대한 컬럼 조직은 표면 조도를 크게 하는 원인이 되고 있다.

이에 반하여, 반사층 내에 비정질층을 삽입한 경우에는 계속 성장에 의한 컬럼 성장은 방해되고, 새로운 결정층이 비정질층의 표면에서 새로이 형성되므로 최종적인 반사층의 표면 조도는 크게 줄어든다.

본 발명에 따른 광 디스크는 반사층 내부에 비정질층을 삽입하여 반사층의 표면 조도를 줄임으로써, 신호 품질이 우수한 광 디스크를 구현할 수가 있으며, 기존의 스퍼터링 방법으로 다층의 반사층을 형성하므로 생산성이 매우 우수하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 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 (6)

1. 기판;

   상기 기판 위에 다수개가 적층되어 형성되는 반사층;

   상기 각 반사층 사이에 금속계 산화물이나 이들의 혼합물, Ge-Sb-Te계 합금박막, Ag-In-Sb-Te계 합금박막 중 어느 하나로 형성되는 비정질층;

   상기 반사층 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록층; 그리고,

   상기 기록층 위에 형성되는 보호층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비정질층의 두께는 20 - 40Å인 것을 특징으로 하는 광 디스크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기록층은 (GeTe)_1-x(Sb₂Te₃)_x합금이나 Ag-In-Sb-Te 합금계로 이루어지고, 두께는 10 - 30nm인 것을 특징으로 하는 광 디스크.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 Al, Ag 중 어느 하나이거나 그들의 합금으로 이루어지고, 두께는 300 - 550Å인 것을 특징으로 하는 광 디스크.
5. 기판 위에 제 1 반사층 및 비정질층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 비정질층 위에 제 2 반사층을 형성하는 단계;

   상기 제 2 반사층 위에 하부 유전체층, 기록층, 상부 유전체층을 차례로 형성하는 단계; 그리고,

   상기 상부 유전체층 위에 보호층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 디스크 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 기판 위에 제 1 반사층 및 비정질층을 차례로 형성하는 단계는 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 제조방법.