KR19980076893A - 상변화형 광디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상변화형 광디스크에 관한 것으로, 상변화형 광디스크에서 있어 기록층의 열 특성 적정화를 위한 두께설계와 이것의 편차 최소화는 광디스크의 품질 향상에 매우 중요한 요소이다.

이와 같은 이유로 기판상에 박막을 형성할 때 여러 공정 조건 조절에 의해 이러한 박막 두께 편차에 따른 문제점을 최소화하려는 노력이 행해졌으나, 십단위의 나노미터로 코팅되는 디스크 전체에 걸쳐 편차가 0이 되기는 현실적으로 불가능한 일이기에 열적 특성 편차의 가능성은 늘 존재하고 있다.

이에 예시도면 도 4 내지 도 8 에서와 같이 본 발명은 기록층 두께 편차에 의한 기록층의 상승온도 편차가 소정치(1%)이하로 유지되는 기록층의 두께를 갖는 상변화형 광디스크로, 상변화형 광디스크의 여러 특성 중 기록층의 두께에 따른 열확산 거리와 열용량의 차이인 부피특성과 기록층의 광흡수 특성으로부터 기록층의 두께가 5% 변경되었을때, 상승온도의 편차가 1%이하로 되는 기록층의 두께를 갖는 상변화형 광디스크인 것이다.

따라서, 이러한 기록층의 두께 범위는 박막관리에 융통성을 부여하게 되며, 이에 따라 광디스크의 품질과 수율이 향상되는 것이다.

Description

상변화형 광디스크

본 발명은 광디스크에 관한 것으로 특히, 중첩기록이 가능한 상변화형 광디스크에서 광디스크를 구성하는 박막중 적어도 한층에 있어서, 그 두께 변화에 다른 열 특성 차이를 소정 편차 이하로 제어할 수 있음으로써, 광디스크 제품의 안정성을 향상하는 것에 관한 것이다.

일반적인 광디스크는 예시도면 1 과 같이 폴리카보네이트 기판이 되는 원판(1)상에 디지탈 정보를 이루는 마크인 피트(2)가 형성되어져 기록층을 구성하게 되며, 피트(2)면에는 레이저빔을 반사시키는 알루미늄 반사층(3)과 그 위에 기록내용을 표시하는 라벨인쇄와 보호코팅면(4)이 형성된 구조로 이루어지고, 도면의 부호 a 는 기록시작면, b는 프로그램면, c는 기록끝면을 나타낸다.

이러한 광디스크, 즉 일반적인 CD를 성형하는 공정은 도 2 와 같아서, 잘 연마된 글래스 원판(5)상에 포토레지스트(6)를 코팅시키고, 이 포토레지스트(6)에 레이저빔을 조사시켜 피트(2)가 생기도록 반응을 시키고, 현상공정을 거쳐 글래스마스터(7)를 형성시킨 다음 이를 기초로 하여 니켈도금을 반복하여 광디스크 사출성형의 원판인 스탬퍼(8)을 완성하여 광디스크를 대량으로 복제하여 생산하게 된다.

이렇게 생산된 광디스크는 기록층의 기록내용을 단순히 읽을 수 만 있는 CD-ROM(Read only Moemory) 이며, 본 발명에서는 앞의 재생전용 광디스크와는 대별되는 정보를 기록하거나 기록된 정보를 소거(삭제)할 수 있는 서환형 광디스크, 특히 서환형중에서 기록층을 이루는 재질을 가열 및 냉각속도를 제어하여 재질의 결정질 구조와 비정질 구조로 변화시켜 기록하는 상변화(Phase Change)형 광디스크를 안출대상으로 하고 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 상변화형 광디스크는 일반적으로 도 3 에 나타낸바와 같이 폴리카보네이트 기판(9)과 ZnS-SiO₂, SiNx 등으로 대표되는 유전체층(13)과 Ge-Sb-Te, In-Sb-Te, Ag-In-Sb등의 칼코겐 화합물로 이루어진 기록층(10), 그리고 Al 및 Al 합금 등으로 대표되는 금속 반사층(11) 및 UV Resin으로 대표되는 보호층(12)으로 구성되어지며, 스폿 크기가 약 1 마이크로미터 이하인 레이저 빔의 조사시, 기록층의 구조가 결정 상태와 비정질 상태로 가역적으로 변화하는 특성을 이용하게 되는 것이다.

이러한 상변화형 광디스크는 다른 형태의 광디스크에 비해 다이렉트 오버라이트(이하, 중첩기록이라 칭함)가 용이하며, 드라이브의 광학계가 간단하기 때문에 차세대 고밀도 기록 가능 광디스크 매체로 기대되고 있다.

이와 같은 상변화형 광디스크는 기록층의 원자구조를 결정질에서 비정질로 바꾸거나 혹은 그 반대로 변화시켜서 즉, 디지탈 신호 0과 1 을 나타냄으로써 정보의 기록과 소거가 이루어지게 된다.

이는 다시 말하면, 비정질 상태와 결정질 상태의 광특성 차이를 이용하는 것이다.

중첩기록은 다음과 같은 과정을 거치는 것을 기본으로 한다. 즉, 고출력의 레이저 빔을 기록층(10)에 조사하여 그 기록층을 국부적으로 용융시키고 이를 급냉시켜 비정질화해 기록마크를 형성하며, 또한, 이렇게 형성된 기록마크상에 기록시 파워의 약 1/3~1/2정도의 출력을 갖는 레이저 빔을 조사해 결정화함으로 소거를 행한다.

이때 레이저 빔에 의한 기록층(10)의 용융 혹은 결정화 가능 영역의 크기는 기록마크의 크기나 소거영역을 결정하게 되며, 이들은 디스크의 주요 품질인 CNR(반송파 대 잡음비), 지터(신호의 시간축 방향 편차), 소거율을 좌우하게 된다.

이러한 용융 및 결정화 가능 영역 크기는 각 층의 열전도도나 비열등과 같은 열적상수 그리고 두께에 의해 변화하게 되며, 따라서 상기한 열특성 적정화를 위한 재료 및 최적 두께 설계와 편차 최소화는 디스크의 품질향상에 중요한 요인이 된다.

상술된 바와 같이 상변화형 광디스크에 있어서, 레이저 빔에 의한 기록층의 용융과 이로 인한 기록마크의 형상은 광디스크의 품질을 좌우하게 되며, 이러한 용융온도는 기록층의 두께에 큰 영향을 받고 있다.

따라서, 기록층의 열 특성 적정화를 위한 두께설계와 이것의 편차 최소화는 광디스크의 품질향상에 매우 중요한 요소이다.

이와 같은 이유로 기판상에 박막을 형성할 때 여러 공정 조건 조절에 의해 이러한 박막 두께 편차에 따른 문제점을 최소화하려는 노력이 행해졌으나, 십단위의 나노미터로 코팅되는 디스크 전체에 걸쳐 편차가 0이 되기는 현실적으로 불가능한 일이기에 열적 특성 편차의 가능성은 늘 존재하고 있다.

이에 본 발명은 용융온도 변화율이 거의 없는 소정의 기록층 두께범위를 갖아 이러한 범위내에서 박막관리가 용이한 기록층이 형성된 상변화형 광디스크를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

즉, 본 발명은 기록층의 두께 편차에 의한 기록층의 상승온도 편차가 소정치(1%)이하로 유지되는 기록층 두께를 갖는 상변화형 광디스크로, 상변화형 광디스크의 여러 특성 중 기록층 두께에 따른 열확산 거리와 열용량 차이(이하 부피특성이라 함)과 기록층의 광흡수 특성으로부터 기록층의 두께가 5% 변경되었을때, 상승온도의 편차가 1%이하로 되는 기록층의 두께를 갖는 상변화형 광디스크인 것이다.

따라서, 이러한 기록층의 두께 범위는 박막관리에 융통성을 부여하게 되며, 이에 따라 광디스크의 품질과 수율이 향상되는 것이다.

도 1 (가)는 일발적인 광디스크의 정보영역을 나타낸 외관 설명도

(나)는 광디스크의 구조를 나타낸 (가)도의 A-A선 단면도

도 2 는 스탬퍼 제조공정도

도 3 은 상변화형 광디스크 구조도

도 4 는 상변화형 광디스크에서 부피효과를 고려한 기록층의 상승온도 그래프

도 5 는 상변화형 광디스크에서 기록층 두께에 따른 광흡수율 그래프

도 6 은 부피효과와 광흡수율을 함께 고려하여 기록층 두께에 따른 본 발명의 기록층 상승온도 변화 그래프

도 7 은 본 발명의 기록층 두께 변화에 따른 열특성의 편차 그래프

도 8 은 본 발명의 기록층 두께에 따른 기록마크 편차비교 그래프이다.

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

예시도면 도 4 는 상변화형 광디스크 기록층의 부피특성을 나타낸 그래프이고,

예시도면 도 5 는 광흡수특성, 예시도면 도 6 은 이들 특성의 조합을 나타낸 그래프로서, 본 발명은 기판상에 기록층, 유전체층 및 반사층이 박막으로 증착되고, 기록층을 레이저 빔 조사에 의한 용융과 냉각에 의해 결정질 상태와 비정질 상태로 가역변화시켜 정보신호를 기록 또는 소거하는 상변화형 광디스크에 있어서, 기록층의 두께 편차에 의한 기록층의 상승온도 편차가 소정치 이하로 유지되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 상변화형 광디스크를 제공하며, 여기서 고려된 각층의 재료와 그 광학상수 및 열상수는 아래 표 1 과 같다.

[표 1]

표 1 에 근거하여 제작된 광디스크의 기록층(10) 열특성 즉, 열 확산거리, 열전도도 또는 열용량에 의한 부피효과만을 고려했을 때의 온도상승 곡선(A), 기록층 두께에 따른 광흡수율 변화 곡선(B) 그리고 부피효과와 공흡수 효과를 함께 고려했을 때 기록층의 상승온도(Tmax) 곡선(C)을 도 6 에서 보여준다.

즉, 상기 표 1 의 기록층 재질로부터 기록층 두께 변화에 따른 부피특성을 고려하여 도 4 와 같은 데이터를 얻을 수 있다.

또한, 물질의 승온과정에서 일정 온도에 이르는데 광흡수율이 하나의 변수가 된다는데착안해 기록층을 이루는 재질의 두께에 따른 광흡수율을 그래프화하여 도 5 를 얻었다.

여기서, 기록층의 용융 혹은 결정화 가능영역은 레이저가 조사된 특정지점의 온도 상승에 영향을 받게 되는데, 이때 온도상승은 부피특성(A)과 광흡수특성(B)으로 나누어 볼 수 있으므로, 두께 변화에 따른 기록층의 온도상승은 다음의 식과 같다.

기록층의 온도상승 = 부피효과를 고려한 온도상승 × 광흡수율이며, 이것이 도 6의 곡선(C)인 것이다.

이러한 곡선 (C)에서 볼 수 있듯이 곡선의 기울기가 완연히 다른 구간(D)이 있음을 알 수 있다.

즉, 기울기가 완만하다는 것은 두께 변화에 따른 최고 상승온도 차이가 적다는 의미가 되며, 그 만큼 박막 두께의 허용오차 범위가 넓어져 공정관리가 쉬워질 수 있는 것이다.

한편, 위식은 다음과 같이 변환할 수 있다.

기록층의 온도 상승 편차 = 부피효과에 의한 편차 × 광흡수 효과에 의한 편차

즉, 두 효과의 부호가 서로 같으면 편차는 커지고, 서로 반대면 그 편차가 완화되는 것이다. 따라서, 이러한 범위내에서 기록층의 두께를 설계한다면 기록층 두께 변화에 따른 기록층의 온도편차를 완화시킬 수 있다는 것에서 착안한 것이며, 이것이 도 7에 도시되어 있다.

여기서, 특정두께 d에서의 최대 상승 온도 Tmax(d)와 두께가 5% 증가하였을 경우의 최대 상승 온도 Tmax(1.05d)의 변화비 [{Tmax(1.05d)-Tmax(d)}/Tmax(d)]를 나타낸 것으로 두께의 편차가 5%가 발생하더라도 Tmax의 편차는 1.0%이하로 억제되는 기록층 두께범위 (t1~t2)인 상기 구간 (D)가 존재함을 알 수 있다.

그래프로부터 얻은 결과를 제품에 적용하여 얻은 기록층 두께 변화에 따른 기록마크의 편차를 나타낸 것이 도 8 이다.

실시예로 앞서 Tmax 편차가 1%이하로 억제되는 두께범위중 25nm와 30nm의 기록층 두께에서 공정을 수행해 얻어진 {(25nm 에서의 기록마크 - 30nm에서의 기록마크 /25nm 기록마크}의 값이 마크개시 지점과 마크종료 지점에서 1%이하로 나타났으며, 마크길이면에서는 2%이하로 나타나 비교예로 실시한 50nm와 55nm에서의 {50nm에서의 기록마크 - 55nm에서의 기록마크) /50nm에서의 기록마크}값 약 3.2%, 2.5% 및 5.8%에 비해 두께 변화에 따른 기록마크의 편차가 현저히 줄어들었음을 알 수 있다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 상변화형 광디스크의 여러 특성 중 기록층의 부피특성과 기록층의 광흡수 특성으로부터 기록층의 두께가 5% 변경되었을 때, 상승온도의 편차가 1%이하로 되는 기록층의 두께를 갖는 상변화형 광디스크가 형성되어, 이러한 기록층의 두께 범위는 박막관리에 융통성을 부여하게 되므로써, 이에 따라 광디스크의 품질과 수율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 기판상에 기록층, 유전체층 및 반사층이 박막으로 증착되고, 기록층을 레이저 빔 조사에 의한 용융과 냉각에 의해 결정질 상태와 비정질 상태로 가역변화시켜 정보신호를 기록 또는 소거하는 상변화형 광디스크에 있어서, 기록층의 두께 편차에 의한 기록층의 상승온도 편차가 소정치 이하로 유지되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 상변화형 광디스크.
2. 제 1 항에 있어서, 기록층의 상승온도편차가 부피효과에 의한 온도편차와 광흡수효과에 의한 편차를 합산한 편차를 고려한 것을 특징으로 하는 상변화형 광디스크.
3. 제 1 항에 있어서, 기록층 두께를 일정 기록층 두께(d)에서의 최대 상승 온도 Tmax(d)와 일정 두께로부터 두께가 5% 증가했을 때, 최대 상승 온도 Tmax(1.05d)의 변화비를 [{Tmax(1.05d)-Tmax(d)}/Tmax(d)]로 나타낸 두께의 편차가 5%가 발생시, Tmax의 편차가 1%이하로 제어되는 기록층 두께범위 (t1~t2)로 설정된 것을 특징으로 하는 상변화형 광디스크.