KR20020034954A - 광 디스크 및 그 마스터 디스크 제조장치 - Google Patents

광 디스크 및 그 마스터 디스크 제조장치 Download PDF

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Abstract

마스터 디스크 제조장치는, 전자 빔을 방출하는 전자 빔 방출부와, 전자 빔을 수속하는 전자 빔 수속부와, 전자 빔을 감속하는 크기의 마이너스 전위를 기판에 인가하는 감속전압 인가부 및 챔버내에서 진공분위기를 생성하기 위해 챔버를 배기하는 진공분위기 생성부를 포함한다.

Description

광 디스크 및 그 마스터 디스크 제조장치{OPTICAL DISC AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A MASTER DISC THEREFOR}
본 발명은, 기판에 조사된 전자 빔을 이용하는 마스터 디스크(master-disc) 제조장치에 관한 것으로, 특히 마스터 디스크로부터 복제되는 광 디스크에 관한 것이다.
근래, 이미지(image)/오디오(audio) 데이터 및 디지털 데이터를 기록할 수 있는 DVD(Digital Versatile Disc) 등과 같은 다양한 종류의 대용량 광 디스크가 개발되고 있다. 직경인 12㎝인 광 디스크의 기억용량을, 예컨대 30GB로 증가시키는 연구개발이 현재 진행되고 있다.
마스터 디스크를 제조하는 종래의 마스터링(mastering) 또는 컷팅(cutting) 공정은 가시(visible) 또는 자외 파장 영역의 레이저 빔을 포함한다. 그러나, 이와 같은 종래의 방법은 기판상에 조사된 레이저 빔 스폿(spot)의 직경(약 0.2㎛)에 의해 피트(pit)의 기록 분해능이 제한되는, 바꾸어 말하면, 레이저 컷팅장치에서 사용된 레이저 빔의 파장과 사용된 대물렌즈의 개구수(NA)는 기록 분해능을 제한한다.
그러므로, 마스터 디스크 제조장치에서 기판상에 수속된 전자 빔의 직경이 가시 또는 자외 레이저 빔보다 작을 수 있어, 전자 빔을 이용하여 기록 데이터 밀도가 증가된 고밀도 마스터 디스크를 생산하는 전자 빔 컷팅(전자 빔 노광)이 연구되었다.
고밀도 마스터 디스크는, 1㎛ 이하의 극히 미세한 트랙 피치를 가질수 있다. ROM형의 광 디스크용 마스터 디스크를 컷팅하기 위해 사용되는 전자 빔의 스폿 치수는, 필요한 프리피트(prepit)의 치수에 따라 결정된다.
전자 빔을 이용한 마스터 디스크 제조장치에 있어서, 1개의 전자 빔만이 사용될 수 있다. 그 결과, 미세한 프리피트의 마스터링과 가이드하는 폭이 넓은 그루브(groove)의 컷팅은 동일한 장치내에서 서로 양립할 수 없다는 문제점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전자 빔을 이용하는 마스터 디스크 제조장치에서 성형(shaping) 애퍼처(aperture) 플레이트를 나타내는 평면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 광 디스크용 디스크 기판상에 전자 빔에 의해 조사된 빔 프로파일을 각각 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 전자 빔을 이용한 마스터 디스크 제조장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 4는 성형 애퍼처 플레이트의 개구 직경과 빔 직경 사이의 관계를 설명하는 전류-시간의 그래프,
도 5는 본 발명에 의한 그루브(groove)/랜드(land)형의 광 디스크를 나타내는 일부 절개 사시도이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려한 것으로서, 그 목적은 고밀도 광 디스크 및 고밀도 마스터 디스크를 제조할 수 있는 마스터 디스크 제조장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 하나의 양상에 의하면, 전자 빔을 방출하는 빔원과; 디스크 기판상으로 전자 빔을 수속하는 수속장치 및; 상기 수속장치에 설치되어 상기 전자 빔의 횡단면을 형성하는 개구(opening)를 가지는 성형 애퍼처(aperture) 플레이트를 포함하고, 상기 개구는 상기 디스크 기판의 반지름 방향으로 연장된 제1 내부 직경과, 상기 제1 내부 직경보다 작으며 상기 디스크 기판의 접선 방향으로 연장된 제2 내부 직경을 가지며, 진공 챔버내에 배치된 턴테이블상에 위치되는 디스크 기판상으로의 전자 빔의 조사에 의해 마스터 디스크를 제조하는 제조장치가 제공된다.
본 발명의 하나의 양상인 마스터 디스크 제조장치에 의하면, 상기 개구의 제1 내부 직경은, x가 제2 내부 직경을 표시하고 y가 제1 내부 직경을 표시할 때, x < y ≤3x 범위내에 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 디스크 기판과; 그루브가 상기 디스크 기판의 반지름 방향으로 연장된 라인 폭을 가지고, 디스크 기판상에 나선형으로 또는 수속적으로 형성된 랜드(land) 및 그루브(groove)와; 상기 랜드 또는 그루브상에 형성된 프리피트(prepit)를 포함하고, 각각의 프리피트는 상기 디스크 기판의 접선 방향으로 연장된 내부 직경을 가지며, 상기 프리피트의 내부 직경은 상기 그루브의 라인 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 광 디스크가 제공된다.
본 발명의 하나의 양상인 광 디스크에 의하면, 상기 그루브의 라인 폭은, h가 라인 폭을 표시하고 v가 프리피트의 내부 직경을 표시할 때, v < h ≤3v 범위내에 있다.
본 발명의 또 다른 양상인 광 디스크에 의하면, 상기 프리피트의 내부 직경은 100㎚에서 300㎚ 범위내에 있다.
지금, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
광 디스크 마스터 디스크의 제조공정에 있어서 사용되는
전자 빔은, 대기압중에서 현저하게 감쇄하는 특성을 가지고 있으므로, 진공(眞空)중에서 사용된다. 따라서, 전자총, 마스터 디스크를 마스터링하기 위해 디스크 기판을 유지하는 턴테이블 등이 진공 챔버내에 배치된다.
마스터 디스크를 제조하기 위해, 예컨대 실리콘(Si) 플레이트가 기판으로 사용된다. 실리콘 기판은, 그 주면상에 전자 빔 레지스트가 도포된다. 마스터 디스크 제조장치내에서 전자 빔 레지스트가 도포된 기판은 회전되고, 또 피트 및 그루브와 같은 세밀한 요철(凹凸) 패턴의 잠상(latent image)을 나선형으로 또는 수속적으로 형성하는 정보 데이터 신호에 의해 변조된 전자 빔이 조사된다.
마스터 디스크 제조장치는, 후에 상술되지만, 전자 빔 컬럼에서 전자 빔을 방출하는 빔원 및 디스크 기판상으로 전자 빔을 수속하는 수속장치(convergencedevice)를 포함한다. 수속장치는, 빔원에서 방출된 전자 빔을 부분적으로 제한하는 성형 애퍼처 플레이트를 포함한다. 성형 애퍼처 플레이트는, 관통하는 전자 빔의 횡단면을 성형하기 위한 개구 또는 스루홀을 가지는 구멍이 형성된 금속 플레이트이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 성형 애퍼처 플레이트(1)의 개구는, 디스크 기판의 반지름 및 접선 방향에서 각각 측정된 제1 및 제2 내부 직경을 가지고, 제2 내부 직경(x)은, 성형 애퍼처 플레이트의 개구의 제1 내부 직경(y)보다 작은 것을 특징으로 한다.
마스터링 장치, 즉 마스터 디스크 제조장치에 있어서, 성형 애퍼처 플레이트(1)의 개구는 기판상으로 조사된 전자 빔이 기판의 접선 방향에서 최적의 직경을 갖도록, 필요한 프리피트 사이즈에 의거해서 설계된다. 즉, 기판의 접선 방향에서 측정된 프리피트의 직경(이후, 간단히 프리피트 사이즈라 한다)은 플레이트 개구의 제2 내부 직경(x)을 규정하고, 기판의 반지름 방향에서 측정된 그루브의 폭(이후, 간단히 라인 폭이라 한다)은 플레이트 개구의 제1 내부 직경(y)을 규정한다. 이렇게, 고밀도 디스크 기판의 마스터링은, 도 1에 나타낸 타원(ellipse) 또는 타원체(oval), 또는 제2 내부 직경(x)과 제1 내부 직경(y)의 개구 비율이 x보다 긴 모서리가 둥근 직사각형의 성형 애퍼처 플레이트(1)를 이용하는 것에 의해, 1개의 전자 빔만으로 실행된다.
성형 애퍼처 플레이트(1)를 가지는 마스터 디스크 제조장치는, 프리피트 사이즈가 100㎚~300㎚ 범위내에 있고, 라인 폭이 100㎚~900㎚ 범위내에 있는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 프리피트 및 그루브의 구성을 가지는 광 디스크용 기판을 마스터링 할 수 있다. 그래서, 프리피트 사이즈 및 라인 폭의 값을 이용하는 것에 의해, 성형 애퍼처의 개구 비율은 제2 내부 직경(x) : 제1 내부 직경(y) = 1 : 1 ~ 1 : 3의 등식을 충족하는 범위내에서 결정될 수 있다. 바꾸어 말하면, 개구의 제1 내부 직경은 x가 제2 내부 직경, y가 제1 내부 직경을 표시할 때 바람직하게 x < y ≤3x 범위내에 있다.
성형 애퍼처 플레이트의 개구 비율을 변경하는 것에 의해, 레이저 빔 프로파일, 즉 광 디스크용 디스크 기판상에서 전자 빔에 의해 조사된 스폿은, 예컨대 도 2a에 나타낸 바와 같이 개구 비율이 1 : 3과 도 2b에 나타낸 바와 같이 개구 비율이 1 : 1로 변경된다.
디스크 기판은, 전자 빔 노광이 종료된 후 마스터 디스크 제조장치에서 반출되고, 이후 디스크 기판이 현상되어, 그 레지스트막상에 세밀한 요철(凹凸) 패턴이 형성된다. 기판의 패턴 레지스트막에는 도전성 금속막이 도포된 후, 금속 기판상에 금속막이 성장되는 전기도금 처리를 받는다. 그 후, 성장된 금속 기판은 기판의 패턴 레지스트막에서 제거된다. 따라서, 마스터 디스크가 스탬퍼(stamper)로서 제조된다.
마스터 디스크를 이용함으로써, 광 디스크는 플라스틱의 주입 몰딩공정을 통해 대량 생산된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 결과로서 생기는 광 디스크는, 그루브가 라인 폭을 가지는 금속 기판상에 나선형으로 또는 수속적으로 형성된 랜드 및 그루브와; 상기 랜드 또는 그루브상에 형성된 프리피트를 가지고, 각각의 프리피트는 기판의접선 방향으로 연장된 내부 직경을 가지며, 상기 프리피트의 내부 직경은 상기 그루브의 라인 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.
광 디스크에 있어서, 그루브의 라인 폭은 h가 라인 폭, v가 프리피트의 내부 직경을 표시할 때 v < h ≤3v 범위내에 있다. 광 디스크상에서 프리피트의 내부 직경은 100㎚에서 300㎚ 범위내에 있다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 의한 전자 빔을 이용하는 마스터 디스크 제조장치(10)의 구성의 일예를 나타내는 블록도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 마스터 디스크 제조장치(10)는, 그 내부에 위치된 기판을 구동하는 구동유닛을 가지는 진공 챔버(11) 및 진공 챔버(11)에 장착된 전자 빔 컬럼(40)을 포함한다.
광 디스크 마스터 디스크용 기판(15)은, 턴테이블(16)상에 유지되어 있다. 턴테이블(16)은, 기판(15)을 회전시키는 회전장치인 에어스핀들 모터(17)에 의해 기판 주면의 수직축에 대해서 회전된다. 에어스핀들 모터(17)는 피드(feed) 스테이지(이하, 간단히 스테이지라 부른다)(18)내에 수용되어 있다. 스테이지(18)는 이동 구동장치인 피드 모터(19)에 연결되어, 기판(15)의 주면과 평행한 면내에서 소정의 방향으로 에어스핀들 모터(17) 및 턴테이블(16)을 이동시킬수 있다. 진공 챔버(11)에는 레이저 방출기(20a) 및 레이저 수신기(20c)가 설치되고, 턴테이블(16)을 운송하는 스테이지(18)에는 방출기에서 수신기로 방출된 레이저 빔을 반사하는 반사경(20b)이 설치되며, 이들 구성 요소는 레이저 거리 측정계에 속한다.
턴테이블(16)에는 기판(15)의 주변부를 지지하는 정전 처킹(chucking)기구가설치된다.
또한, 진공 챔버(11)에는, 기판(15)의 주면의 높이를 검출하기 위한 광원(22), 광검출기(23) 및 레벨 검출기(24)가 설치된다. 광검출기(23)는, 예컨대 위치 센서, CCD(Charge Coupled Device) 등을 포함하고, 광원(22)에서 방출되어 기판(15)의 표면에서 반사된 광빔을 수광하여, 수광신호를 레벨 검출기(24)로 공급한다. 레벨 검출기(24)는, 수광신호에 의거해서 기판(15) 주면의 레벨을 검출한다.
진공 챔버(11)는, 에어 댐퍼 등과 같은 진동 차단장치(도시하지 않음)를 통해서 설치되어 외부 진동의 전달을 억제한다. 또한, 진공 챔버(11)는, 챔버 내부가 소정 압력의 진공으로 설정되도록 진공 챔버(11)내를 배기하는 진공펌프(28)에 연결되어 있다.
또한, 구동 컨트롤러(30)는 에어스핀들 모터(17) 및 피드 모터(19)를 제어하기 위해 설치된다. 구동 컨트롤러(30)는, 마스터 디스크 제조장치(10)를 제어하는 메인 컨트롤러(CPU)(25)의 제어하에서 동작한다.
전자 빔을 방출하는 전자 빔 컬럼(40)은, 전자총(41), 수속렌즈(42), 블랭킹 전극(43), 애퍼처 플레이트(44), 빔 편향전극(45), 포커스 조정렌즈(46) 및 대물렌즈(47)를 포함하고, 이 순서대로 전자 빔 컬럼(40)내에 배치된다. 전자 빔 컬럼(40)은, 그 선단에 형성된 전자 빔 방출포트(49)를 포함하고, 진공 챔버(11)내의 공간으로 향해진다. 전자 빔 컬럼(40)은, 진공 챔버(11)의 천정면에 부착된다. 또한, 전자 빔 방출포트(49)는 턴테이블(16)상에서 기판(15) 주면의 근방 위치와 대향해서 형성된다.
전자총(41)은, 전자총 전원장치(51)에서 공급된 고전압이 인가되는 음극(도시하지 않음)에 의해, 예컨대 수10KeV로 가속된 전자 빔을 방출한다. 수속렌즈(42)는, 방출된 전자 빔을 수속하고, 수속된 전자 빔을 애퍼처 플레이트(44)로 안내한다. 블랭킹 구동유닛(54)은, 기록 컨트롤러(52)로부터의 신호에 의거해서 동작하여, 온오프 동작 사이에서 전자 빔을 제어하는 블랭킹 전극(43)을 제어한다. 특히, 블랭킹 구동유닛(54)은, 블랭킹 전극(43) 사이에 전압을 인가하여 관통하는 전자 빔을 크게 편향시킨다. 이렇게, 전자 빔은 애퍼처 플레이트(44)의 홍채(iris) 홀상에 수속되지 않고, 즉 애퍼처 플레이트(44)를 통과하는 것이 방지되어 전자 빔은 오프상태로 제어된다.
빔 편향 구동유닛(55)은, CPU(25)로부터의 제어신호에 응답해서 빔 편향전극(45) 사이로 전압을 인가하는 것에 의해, 빔 편향전극(45)을 관통하는 전자 빔을 편향시킨다. 이렇게, 전자 빔 스폿의 위치는 기판(15)에 대해 제어된다.
빔 편향전극(45) 바로 밑에, 도 1에 나타낸 성형 애퍼처 플레이트(1)가 축과 수직인 조리개로서 배치된다. 성형 애퍼처 플레이트(1)는 다른 것으로 교환 가능하다. 또 다른 플레이트의 구성에 있어서, 성형 애퍼처 플레이트(1)의 개구는 원에서 타원 또는 타원체로 기계적으로 변경할 수 있다.
성형 애퍼처 플레이트(1) 바로 밑에, 포커스 조정렌즈(46)가 배치된다. 포커스 조정렌즈(46)는, 포커스 렌즈 구동유닛(56)에 의해 제어되어 레벨 검출부(24)로부터의 검출신호에 의거해서 기판(15)의 주면으로 조사되는 전자 빔 스폿의 포커스를 조정한다. 또, 구동 컨트롤러(30), 전자총 전원장치(51), 기록 컨트롤러(52),빔 편향 구동유닛(55) 및 포커스 렌즈 구동유닛(56)은 CPU(25)로부터의 신호에 의거해서 각각 동작한다.
마스터 디스크 제조장치에서 성형 애퍼처 플레이트 개구의 치수와 기판의 빔 직경 사이의 관계를 측정하였다. 측정방법으로는 나이프에지 결정법이 사용되었다. 이방법은 다음과 같이 실행된다: 페러데이(Faraday) 컵(전류계)이 나이프에지 부재 밑에 배치되어, 부재의 에지가 컵과 직교한다. 전자 빔의 애퍼처가 성형 애퍼처 플레이트에 의해 형성되는 조건하에서, 전자 빔은 부재의 에지부와 수직인 방향에 있어서 나이프에지 부재에서 페러데이 컵으로 주사된다. 페러데이 컵에서 출력된 전류 변화가 측정되어, 전류치의 상승시간이 주사된 전자 빔 스폿의 직경에 대응하여 결정된다. 마스터 디스크 제조장치에서 프리피트의 치수에 따라 개구의 직경 치수가 60㎚에서 120㎚로 변경되는 방식으로 나이프에지 결정법이 실행되었다.
그 결과, 도 4는 전류의 상승시간이 페러데이 컵상의 주사된 전자 빔 스폿의 직경에 대응하는 전류-시간의 관계를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 성형 애퍼처 플레이트는 60㎚Φ개구에서 120㎚Φ개구로 교체된 경우, 전류의 상승시간(빔 직경을 내포한다)이 280㎲(40nA 포화)에서 560㎲(120nA 포화)로 변화한다. 따라서, 기판상의 전자 빔 스폿의 직경은 치수, 즉 성형 애퍼처 플레이트의 개구 치수와 상관적이다. 전자 빔 스폿, 즉 기판상에 조사된 잠상의 직경은 성형 애퍼처 플레이트의 개구 축소에 의존하는 것이 확인되었다. 게다가, 성형 애퍼처 플레이트의 개구 형상은 타원 또는 타원체에 한정되지 않고, 직사각형 등과 같은 다각형이 성형 애퍼처 플레이트의 개구로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 성형 애퍼처 플레이트의 개구 형상을 변형할 수 있으므로, 그루브 및 프리피트는 마스터링 공정에서 1개의 전자 빔만을 이용하여 동시에 형성된다.
상술한 실시예들은, 광 디스크용 마스터 디스크 제조장치에 대해 일예로서 설명되었지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않고 자기 디스크 또는 하드 디스크 드라이브의 플래터(platter) 제조장치에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 레지스트를 이용하지 않고 전자 빔 직접묘화에 의해 세밀한 형상을 성형하는 디스크 제조장치에도 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 참조로서 설명되었다. 상술한 실시예로부터 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 기술분야에서 숙련된 사람들에게 명백하게 이해된다. 따라서, 부가된 청구항은 이러한 수정 및 변형을 모두 포함하는 것이 예상된다.

Claims (5)

  1. 진공 챔버내에 배치된 턴테이블상에 위치되는 디스크 기판상으로의 전자 빔의 조사에 의해 마스터 디스크를 제조하는 제조장치에 있어서,
    전자 빔을 방출하는 빔원과;
    디스크 기판상으로 전자 빔을 수속하는 수속장치 및;
    상기 수속장치에 설치되어 상기 전자 빔의 횡단면을 형성하는 개구(opening)를 가지는 성형 애퍼처(aperture) 플레이트를 포함하고,
    상기 개구는 상기 디스크 기판의 반지름 방향으로 연장된 제1 내부 직경과, 상기 제1 내부 직경보다 작으며 상기 디스크 기판의 접선 방향으로 연장된 제2 내부 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 마스터 디스크 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구의 제1 내부 직경은 x가 제2 내부 직경을 표시하고 y가 제1 내부 직경을 표시할 때 x < y ≤3x 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 마스터 디스크 제조장치.
  3. 디스크 기판과;
    그루브가 상기 디스크 기판의 반지름 방향으로 연장된 라인 폭을 가지고, 디스크 기판상에 나선형으로 또는 수속적으로 형성된 랜드(land) 및 그루브(groove)와;
    상기 랜드 및 그루브상에 형성된 프리피트(prepit)를 포함하고,
    각각의 프리피트는 상기 디스크 기판의 접선 방향으로 연장된 내부 직경을 가지며, 상기 프리피트의 내부 직경은 상기 그루브의 라인 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 광 디스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 그루브의 라인 폭은 h가 라인 폭을 표시하고 v가 프리피트의 내부 직경을 표시할 때 v < h ≤3v 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프리피트의 내부 직경은 100㎚에서 300㎚ 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크.
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