KR19980043937A - 상변화형 광기록매체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

레이저 조사시 상변화 광기록 매체의 온도상승을 적절히 유지하고 냉각속도를 빠르게 하여 고속정보 기록을 할 수 있도록 한 상변화형 광기록 매체의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 상변화형 광기록 매체의 기록방법은 폴리카본네이트 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판상에 소정량의 산소를 투입하면서 반응성 스퍼터링 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제1유전체 보호층을 형성하는 단계와, 상기 제1유전층에 스퍼터링 공정으로 Ag-In-Sb-Te계 합금을 증착하여 기록층을 형성하는 단계와, 상기 기록층상에 제1유전체 보호층과 동일 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제2유전체층 보호층을 형성하는 단계와, 상기 제2유전체 보호층상에 반사막 및 보호막을 순차로 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

Description

상변화형 광기록매체의 제조방법

본 발명은 광기록 매체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 상변화형 광디스크의 하부 유전체 보호층을 증착할 때 적절한 농도의 산소를 함유하도록 하여 열전도 특성을 크게 개선한 광기록 매체의 제조방법에 관한 것이다.

상변화형 광디스크는 접속된 레이저 빔을 기록층의 국부적인 영역에 조사하여 승온/용융시키고 열의 확산속도를 빠르게 설계한 디스크 구조를 이용해 급냉시켜 비정질 마크를 결정질 기지(matrix)에 만들어 줌으로써 정보를 기록하고, 이를 다시 기록시 보다 낮은 파워(power)로 가열해 비정질 마크 부위를 결정질로 만들어 줌으로써 기록된 정보를 소거시킨다. 결정과 비정질 사이의 가역적 변태를 이용해 정보를 기록하는 상변화형 광 기록매체에는 기본적으로는, 기록층, 유전체층, 반사층을 조합한 다층막 구조로 하여 기록재생을 하고 있는데, 대표적인 4층막 구조의 Disk는 도 1에 도시한 바와 같이 기판(10)상에 순차적으로 형성되는 하부 유전체 보호층(11), 기록층(12), 상부 유전체 보호층(13) 및 반사층(14)과 보호막(15)으로 되어 있다.

상기 기록층(12) 재료로는 소위 chalcogen계 합금막으로서 Ge-Te, Ge-Te-Sn, Ge-Te-S, Ge-Se-S, Ge-Se-Sb, Ge-As-Se, In-Te, Se-Sb, Ge-Sb-Te 등을 들 수 있으며 이들 중 기록/소거 특성을 고려하여 Ge-Sb-Te계를 많이 쓰고 있다. 또한 기록감도를 높이기 위해 Ag-In-Sb-Te계도 현재 연구가 많이 진행되어 있다.

그리고 유전체층(11, 13)으로는 광학적인 특성과 열적특성을 고려하여 사용하는 것으로 금속산화물, 질화물, 황화물, 탄화물 등을 쓸 수 있다. 금속산화물로는 SiO, SiO₂, ZnO, SnO₂, Al₂O₃, TiO₂, In₂O₃, MgO, ZrO₂등이 있고 질화물로는 Si₃N₄, AlN, TiN, BN, ZrN 등이 있으며, 황화물로는 ZnS, In₂S₃, TaS₄등이 있고, 탄화물로는 SiC, TaC, WC, TiC, ZrC 등이 있다. 그러나 적절한 광학적 특성과 열적, 기계적 특성(Stress 등)을 유지하기 위해 ZnS와 SiO₂를 적절하게 배합한 상태로 많이 쓰는데, 그 중 80:20mol%의 조합을 많이 채용하고 있다.

상기 반사층(14)은 입사된 Laser 광을 효율을 높이기 위해 설치하는 것으로 Al, Au, Ag 등의 금속재료, 또는 이들의 합금을 이용하는데, 반사층(14)의 또다른 기능은 기록층(12)에 축적된 과다한 열을 방출하여 기록매체 자신의 열부담을 경감하기 위한 것이다. 이들 3가지 층을 기본으로 하여 유전체층(11, 13)은 기록막 상하에 설치하여 광학적 특성 이외에 하부 유전체층(11)은 기판의 내열보호를 하고, 상부 유전체층(13)은 기록층(12)이 반사층(14)과 직접 접촉하고 있을 때 나타날 수 있는 과도한 열의 방출을 방지하여 낮은 레이저 파워에서도 용이하게 정보를 기록할 수 있어야 하는 역할을 담당하고 있다. 이들의 박막은 진공증착법, 예를 들면, 열증착(Thermal Evaporation), E-Beam 증착(E-Beam, Evaporation), Supttering법을 등을 사용할 수 있으며, 그 중 박막의 균질성 등을 고려하여 Sputtering 방법을 많이 쓴다. 기판(14)으로는 그라스, 세라믹, 수지계통을 쓸 수 있으나 수지가 성형성이나 경비 측면에서 적합하며, 수지의 대표적인 예로는 폴리카본네이트(Polycarbonate)(소위 PC) 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리스틸렌 수지, 아크릴로니트릴스틸렌(AcryloNitrylStylene) 공중합체 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리프로필렌(Polyprophylene) 수지, 실리콘계 수지, 불소계 수지, ABS 수지, 우레탄 수지 등을 쓸 수 있으나, 가공성, 광학특성 등의 점에서 폴리카본네이트 수지, 아크릴계 수지를 많이 쓴다.

또한 상변화 기록방식은 이전에는 기록 Bit의 위치 및 존재의 유무로 정보를 기록하는 PPM(Pulse-Position Modulation) 기록방식이 주로 이뤘지만, 근래들어서는 고밀도화를 겨냥해서 Mark의 길이 및 위치를 동시에 정보에 이용하여 PWM(Pulse-Width Modulation) 기록방식을 채택하는 추세로 가고 있다. 그런데 이런 PWM 기록에 있어서는 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이 기록층에 입사되는 레이저 비임에 의한 열의 축적을 막기 위해서 Mark의 길이에 해당하는 레이저펄스 듀레이션(Laser-Pulse Duration)을 연속적으로 하지 않고 중간중간에 레어저 파워를 오프하는 멀티-펄스(Multi-Pulse) 형태로 기록을 하게 된다. 그러나 이러한 멀티-펄스 기록을 이용하더라도 종전의 경우, 기록층에 조사된 광에 의한 열의 축적을 적절하게 방출하지 못해 기록이 잘되지 않는 경우가 많은데, 예를 들면, 기록 Bit가 원신호 보다 길어진다든지, 아니면 기록 Mark인 부분의 비정질 분율이 충분히 확보되지 않아 매트릭스(Matrix)인 결정질 부분간의 반사도 차이가 작아 신호출력이 작다든지 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 레이저 조사나 상변화 광기록 매체의 온도상승을 적절히 유지하고 냉각속도를 빠르게 하여 고속정보 기록을 할 수 있도록 한 상변화형 광기록 매체의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 상변화 광기록 매체의 대대적인 4층막 구조를 모식적으로 나타낸 도면,

도 2는 멀티-펄스 기록방식의 레이저 파워를 모식적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 있어서 산소첨가량에 따른 ZnS-SiO₂유전체 내열 박막의 특성변화를 나타낸 그래프

도 4a 및 도 4b는 상변화형 광기록 매체에 있어서 본 발명의 방법에 의해 제조된 광기록 매체와 종래의 광기록 매체의 기록파형 특성을 나타낸 파형도,

도 5는 본 발명에 의한 광기록 매체와 종래의 광기록 매체에 있어서 반복기록에 의한 CNR 및 지터특성 변화를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 기판11 : 하부 유전체 보호층

12 : 기록층13 : 상부 유전체 보호층

14 : 반사층15 : 보호막

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 상변화형 광기록 매체의 기록방법은 폴리카보네이트 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판상에 소정량의 산소를 투입하면서 반응성 스퍼터링 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제1유전체 보호층을 형성하는 단계와, 상기 제1유전체층에 스퍼터링 공정으로 Ag-In-Sb-Te계 합금을 증착하여 기록층을 형성하는 단계와, 상기 기록층상에 제1유전체 보호층과 동일 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제2유전체층 보호층을 형성하는 단계와, 상기 제2유전체 보호층상에 반사막 및 보호막을 순차로 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 상변화형 광기록 매체의 제조방법의 실시예에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10)으로서는 120mm 직경의 프리-그루브드 폴리카본네이트(Pre-Groved Polycrbonate) 기판을 사용한다.

기판(10)상에, RF 입력파워가 0.5-1KW, 전체압력이 5-10mTorr의 성막 조건하에서 ZnS : SiO₂= 80 : 20mol%의 소결 타게트를 이용하고, 산소가스는 아르곤에 산소를 섞은 혼합가스를 사용하거나 또는 아르곤과는 별도로 산소를 사용하여 산소분율이 0.5-10%의 범위, 더욱 바람직하기로는 1-5%의 범위로 하여 1000-3000Å 두께의 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 하부 유전체 보호층(11)을 성막한다.

이어 상기 하부 유전체 보호층(11)위에, 입력파워 200Watt(DC), Ar 압력 2-10mTorr의 성막조건하에서 Ag₆-In₁₀-Sb₅₈-Te₂₆(at%)의 조성으로 소결합금 타게트를 이용하여 150-600Å 두께의 Ag-In-Sb-Te계 합금박막을 성막하여 기록층(12)을 형성한다.

이어 상기 기록층(12)상에 하부 유전체 보호층(11)과 동일한 조건으로 150-600Å 두께의 ZnS-SiO₂성막하여 상부 유전체 보호층(13)을 형성한다.

그다음, 상기 유전체 보호층 보다 열전도도가 더 양호한 Au 혹은 Al-Cr, 혹은 Al-Ti 합금중의 어느 하나를 이용하여(본 실시예에서는 Al-Ti 합금 이용), 입력파워 300-900Watt(DC), Ar 압력 2-8mTorr의 성막조건하에서, 500-1500Å 두께로 성막하여 반사층(14)을 형성한다.

마지막으로 반사층 이하 층의 산화, 부식 및 손상방지를 위해 약 2-6㎛ 두께의 자외선 경화수지를 피복하여 보호층(15)을 형성한다.

이와 같이 제조되는 본 발명에 의한 광디스크에 있어서, 산소첨가량에 따른 유전체층의 특성은 도 3에 도시한 바와 같이, 산소첨가량이 증가함에 따라 굴절률은 곡선적으로 감소하고 있고, 박막의 밀도는 산소량 증가에 따라 1%를 경계로 급격히 증가하여 도 3.6g/cc로 포화되는 경향을 나타내고 있으며, 이는 이론적으로 알려져 있는 ZnS-SiO₂의 특성에 근접하여 있으며 이에 따라 박막의 열전도 특성이 향상된다.

상기 조건중에서 산소함량 2% 조건에서 제조된 광디스크의 기록파형 특성을 측정하면, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 종래의 경우 도 4b 보다 본 발명에 의해 제조된 경우 도 4a가 훨씬 양호한 형태의 파형을 나타내고 있다.

또한 반복기록에 의한 신호품질 특성(Carrier-to-Noise Ratio) 및 지터특성 변화를 종래의 것과 비교한 바 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 경우가 종래에 비하여 우수한 수명특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 즉 본 발명의 경우, 신호품질 특성인 CNR과 기록신호의 시간축으로의 변동량을 나타내는 지터특성이 반복기록 회수증가에 따라 상당히 완만하게 변하는데에 비하여, 종래의 경우 이들 특성이 반복기록 횟수에 따라 급격하게 변하고 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 제조방법에 의한 상변화형 광기록 매체는 종래 기록방식이 PPM(Pulse-Position Modulation) 기록방식에서 PWM(Pulse-Width Modulation) 기록 방식으로의 전환에 있어서, 이러한 멀티펄스 기록을 이용하더라도 종전의 경우 기록층에 조사된 레이저 광에 의한 열의 축적을 적절하게 방출하지 못해 기록이 잘되지 않는 경우라든지 신호출력을 충분히 확보하지 못해서 나타나는 신호품질의 열화 및 열적인 측면에서 충분한 안전성을 부여하지 못한 결과 반복기록 특성이 열화하는 문제점을 개선하여 레이저 조사시 상변화 광기록 매체의 온도상승을 적절히 유지하고 냉각속도를 빠르게 하여 고속정보 기록을 가능케 한다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폴리카본네이트 기판을 마련하는 단계와,

   상기 기판상에 소정량의 산소를 투입하면서 반응성 스퍼터링 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제1유전체 보호층을 형성하는 단계와,

   상기 제1유전체층에 스퍼터링 공정으로 Ag-In-Sb-Te계 합금을 증착하여 기록층을 형성하는 단계와,

   상기 기록층상에 제1유전체 보호층과 동일 공정으로 ZnS-SiO₂박막을 증착하여 제2유전체층 보호층을 형성하는 단계와,

   상기 제2유전체 보호층상에 반사막 및 보호막을 순차로 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 상변화형 광기록 매체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   제1유전체 보호층 및 제2유전체 보호층의 형성시 투입되는 산소량의 첨가량은 0.5~10%의 분율임을 특징으로 하는 상변화형 광기록 매체의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산소의 첨가량은 1~5%의 분율임을 특징으로 하는 상변화형 광기록 매체의 제조방법.