KR100582498B1 - 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크 - Google Patents

복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 관한 것으로, 유전체 층, 마스크 층, 그리고 유전체 층의 구조를 갖되, 상기 마스크 층을, 금속 산화물(MOx) 또는 금속 질화물(MNy)과 함께 금속(Metal) 박막이 추가로 적층된 복합 마스크 층(Complex mask layer)으로 형성시킴으로써, 최적의 공동(Cavity) 크기와 최적의 금속 함유량이 되도록 조절하여, 재생 신호의 크기를 보다 증가시키고, 기록 마크의 외곽 형상에 의한 지터 특성을 획기적으로 개선시켜, 신호 품질을 향상시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.
초해상 광디스크, 복합 마스크 층, 금속 박막, 금속 산화물, 금속 질화물

Description

복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크 {Super resolution optical disc having a complex mask layers}
도 1은 일반적인 초해상 광디스크의 구조를 도시한 것이고,
도 2 및 도 3은 일반적인 초해상 광디스크들에 대한 전자투과 현미경 사진을 각각 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 일부 구조를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 일부 구조를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 일부 구조를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 일부 구조를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 의해 광신호 품질이 개선된 실시예를 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100, 200 : 초해상 광디스크 10,12,14,22,24 : 유전체 층
11 : 충격 흡수층 13,23,33 : 마스크 층
30,31 : 금속 박막
본 발명은, 광디스크의 신호 품질 개선을 위한 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 관한 것이다.
일반적으로, 현재까지 개발되어 상용화되고 있는 상변화형 광디스크의 저장용량은, 적색 레이저를 사용하는 DVD(Digital Versatile Disc) 급 4.7 GByte와, 최근에 개발 추진 중에 있는 청색 레이저를 사용하는 BD(Blu-ray Disc) 급 25 GByte 정도가 가능하다.
한편, 'HD-TV' 또는 'E-medicine' 등과 같은 엄청난 정보의 기록, 저장 및 재생을 위해서는, 더 높은 고밀도 정보 저장 기술이 요구되고 있는 데, 예를 들어 고 선명 디지털 비디오(High Density Digital Video)의 데이터 스트림을 기록 저장하기 위해서는, 20 GByte 이상의 저장 용량과 25 Mbps 이상의 데이터 전송 속도로 기록할 수 있는 기록매체가 필요하다.
또한, 2005년 이후에는 100 GB/CD-size 이상, 2010년 이후에는 Terabyte(TB) /CD-size 급 저장 용량의 정보 기록이 가능한 기술이 요구되는 데, 이를 위해서는 고밀도 기록과 고속 기록이 반드시 필요하게 되며, 다양한 멀티미디어 환경에서 다기능 정보 저장 기술의 여러 형태가 연구 개발되고 있다.
그리고, 광 기록 기술은, 착탈 가능하면서도 대용량의 정보 저장이 가능하 고, 멀티미디어 환경에서 필수적인 랜덤 억세스(Random Access)와 데이터의 신뢰성을 가지며, 저 가격으로 이용이 가능하기 때문에, 여러 종류의 정보 저장 방식 중, 가장 보편적으로 사용되고 있다.
한편, 광 기록 매체의 기록 밀도를 높이기 위한 방안으로, 기록매체에 입사되는 레이저 빔 크기를 줄이기 위해 주로 개발되어 온 방법은, 레이저 파장을 줄이거나, 또는 대물렌즈 개구수(NA: Numerical Aperture)를 증가시키는 것으로, 기록 비트(Bit)의 크기는 레이저 파장에 비례하고, 개구수에 반비례하게 된다.
또한, 단파장 레이저를 이용한 기록과 재생이 가능한 기록매체는, 고밀도 저장매체로서 사용될 수 있으나, 단파장 레이저, 예를 들어 청색 레이저(405nm)와 고 개구수(NA=0.85) 사용으로 인해 고밀도화는, 거의 이론적인 한계에 도달하였으며, 그 이상의 저장 용량을 구현하기 위해서는 새로운 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
그리고, 일반적인 씨디(CD) 및 디브이디(DVD) 재생기들과 호환성을 가지면서도, 씨디(CD)의 저장 용량인 650 MBytes보다 수백 배 높은 고밀도 정보 저장이 가능한 광 기록매체로서, 초해상(Super-Resolution) 현상을 이용한 광디스크, 즉 초해상 광디스크의 연구 개발이 추진 중에 있다.
한편, 상기 초해상 광디스크의 기술은, 일반 레이저 광 픽업 시스템을 사용하면서도 기록 마크(Mark)의 크기를 획기적으로 줄여, 기록 밀도를 증가시킬 수 있으리라 기대되고 있는 데, 이는 집속된 레이저 빔의 근접장(Near-Field) 효과를 이용하게 된다.
또한, WORM(Write Once Read Many) 형태의 초해상 방법은, 기록 가능한 광디스크에서, 디브이디(DVD)에 사용되던 결정/비결정 가역적 상변화형 기록층에 마크를 형성하는 것이 아니라, 마스크(Mask) 층의 AgOx, PtOx 등의 산화물 박막의 레이저광에 의한 분해(Decomposition)로 형성되는 공동(Cavity)과, 그 안에 석출된 나노 크기의 금속 입자들이 산란 중심체(Scattering) 역할을 하면서, 주위에 근접장을 만들어 기록층 역할을 하는 것을 이용한다.
그리고, 상기 마스크 산화물 박막의 상하에는, 광학적, 열적, 기계적 특성을 고려하여, ZnS-SiO2 계 조성의 유전체 박막 등이 사용되며, 기판은 가벼우면서, 사출성이 양호하고, 레이저 입사 때 복굴절(Birefringence)이 작은 특성을 이용하여 신호 대 잡음비(CNR; Carrier-to Noise Ratio) 증가를 위해 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate)를 많이 사용하고 있다.
예를 들어, 도 1은 일반적인 초해상 광디스크의 구조를 도시한 것으로, 상기 초해상 광디스크(100)에 레이저를 조사함으로써, 그루브(Groove) 또는 랜드(Land) 위에 적층된 박막 내부에 국부적으로 분해된 마크를 기록하고, 낮은 출력의 레이저를 조사하여 마크와 나머지 기지(배경) 사이의 반사도 차이를 이용하여, 신호를 재생하게 된다.
이때, 재생 품질을 나타내는 지표로 지터(Jitter) 값이 중요하게 되는 데, 상기 지터 값은, 신호로부터 만들어진 클럭(예: PLL Clock)과 기록 마크 사이의 통계적 편차를 나타내는 양으로서, 마크의 시작 부분과 클럭, 그리고 끝 부분과 클럭 간의 차이(Data to Clock Jitter)를 표준편차로 구하고, 1T 시간으로 나눈 백분율 값으로 나타낸다.
한편, 상기 지터에 영향을 주는 원인은, 매우 다양하고 복잡하지만, 기록 마크의 형상과, 각 T의 마크와 마크 사이(Space)의 관계에 의한 영향(ISI: Inter- Symbol Interference)이 주는 비율이 매우 중요하고, 거의 대부분을 차지하게 되므로, 마크의 형상이 지터 최적화에 보다 적합한 형상이 되도록 제어하는 기술이 매우 중요하게 된다.
또한, 상기 마크를 광픽업에서 읽어 들여 신호를 해석하는 과정에서, 마크의 형상과 마크간 공간(Space) 사이의 관계가 신호의 품질을 결정하게 되는 데, 도 2에 도시한 바와 같이, 단일 마스크(Mask) 층을 사용한 초해상 광디스크(100)의 연구결과에서는, 기록 과정을 거치면서 수 나노 두께의 마스크 층(예: PtOx(4nm))이, 열 배 이상의 두께로 팽창되며, 그 팽창된 부분은 일반 상변화형 광디스크에서 기록층으로 사용되는 Ge-Sb-Te 또는 Ag-In-Sb-Te 박막 층이 된다.
한편, 그 이유는, 집속되는 레이저 빔에 의해 마스크 층의 분해와 함께 낮은 융점을 가진 상변화 물질이 부분적으로 녹거나, 점도(Viscosity)가 낮아진 부위로 마스크 층이 더욱 쉽게 팽창하기 때문이다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 마스크 층(예: PtOx)의 위/아래에 기록층(예: AglnSbTe)을, 유전체 층(예: ZnS-SiO2)과 함께 대칭 구조로 제조한 초해상 광디스크(101)의 경우에도, 마크의 형상이 타원형 모양으로 팽창된다.
그리고, 상기와 같은 마크의 형상은, 기록용 레이저 빔의 가우시안 열 분포로 인해, 마크의 중심과 외곽간의 부피 팽창 차이가 상당히 크며, 외곽으로 갈수록 점차적으로 감소하게 되므로, 지터의 증가로 인해 신호 품질과 안정성이 극히 저조해지는 문제점이 발생하게 된다.
한편, 최근에는, 상기와 같은 금속 산화물 또는 금속 질화물을 마스크 층으로 이용한 초해상 광디스크에서, 재생 신호 크기를 증가시키기 위한 노력이 계속되고 있지만, 이에 대한 효율적인 해결 방안이 아직 마련되어 있지 않은 실정이며, 초해상 광디스크에서 기록된 마크의 반사율 변화는, 금속 나노 입자로부터 발생되는 효과와, 산소 혹은 질소 공동(Cavity)의 급격한 굴절율 변화, 그리고 주위 물질들의 고압과 고온으로 인한 물성 변화 등에 기인한다고 알려져 있다.
따라서, 기록되지 않은 부분과 기록된 마크와의 반사율 차이를 높이기 위해서는 금속 나노 입자량을 증가시키거나, 재생 레이저 광원이 입사하는 깊이 방향으로 공동의 크기를 증가시키거나, 주위 물질들에 대한 물성의 급격한 변화가 있도록 제작해야 한다.
그러나, 일반적인 초해상 구조에서 금속 산화물 또는 금속 질화물의 성분을 금속 함유량이 많도록 제작하면, 열 분해로 인한 부피 팽창이 산소 또는 질소 함유량의 감소로 인해 줄어들게 되므로, 내부 금속 입자량은 상대적으로 많아지지만, 최종 기록 마크의 크기는 작아지기 때문에, 상기와 같이 제작된 마크에 의해 재생되는 신호는, 마크의 두께 방향 크기 감소로 인해 신호가 감소되어, 금속 입자 증가로 인한 신호 증가 효과를 볼 수 없게 되는 문제점이 있다.
한편, 재생 신호를 개선하여 지터 값을 줄일 수 있도록, 마크를 기록 매체에 원하는 모양으로 기록하는 기술이 매우 중요하게 되는 데, 기록용 레이저 빔 단면의 온도가 가우시안(Gaussian) 분포를 하고 있기 때문에, 기록 마크의 중심과 외곽간의 부피 팽창 차이가 상당히 크며, 외곽으로 갈수록 부피 팽창이 점차적으로 감소하게 된다.
이러한, 마스크 층의 불균일한 팽창으로 인해 형성된 기록 마크의 형상은, 균일하지 못하게 되고, 마크의 중심과 마크의 외곽에서의 반사율에 차이가 생기며, 마크의 외곽과 마크 사이 공간(Space)과의 경계가 불분명하게 되므로, 광디스크의 재생 신호 품질이 저하되고, 재생 성능의 안정성을 보장할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점 및 실정을 감안하여 창작된 것으로서, 유전체 층, 마스크 층, 그리고 유전체 층의 구조를 갖되, 상기 마스크 층을, 금속 산화물(MOx) 또는 금속 질화물(MNy)과 함께 금속(Metal) 박막이 추가로 적층된 복합 마스크 층(Complex mask layer)으로 형성시킴으로써, 재생 신호의 크기 증가와 신호 품질을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크는, 초해상 광디스크에 있어서, 유전체 층들 사이에 마스크 층이 형성됨과 아울러, 상기 마스크 층의 위 또는 아래 중, 적어도 어느 하나 이상의 위치에, 금속 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명이 적용되는 초해상 광디스크에는, 금속 화합물(MOx 또는 MNy)의 마스크 층이, 유전체 층(예: ZnS-SO2)들 사이에 형성됨과 아울러, 상기 마스크 층의 위 또는 아래 중, 적어도 어느 하나 이상의 위치에, 금속(Metal) 박막이 추가 형성되는 데, 본 발명에서는, 상기와 같이 추가 형성되는 금속 박막과 금속 화합물을, 복합 마스크 층(Complex mask layer)라고 새롭게 정의한다.
한편, 상기 금속 화합물은, 산소(Ox)를 포함하는 금속 산화물(MOx), 또는 질소(Ny)를 포함하는 금속 질화물(MNy)로, 특정 온도 이상 가열시, 금속(M) 나노 입자와 가스(O2 또는 N2)로 분리되고, 상기 금속 박막은, 물리적 또는 화학적 증착이 가능한 다양한 금속 물질들이 사용될 수 있다.
또한, 상기 금속 화합물의 열 분해로 인해 분리되는 금속(M)은, 상기 금속 박막으로 사용된 금속 물질과 동일하거나 또는 다른 금속 물질일 수 있으며, 상기 복합 마스크 층의 위 또는 아래에 형성되는 유전체 층은, ZnS-SiO2, GeN, SiNx 중 어느 하나가 사용될 수 있는 데, 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크에 대한 일부 구조를 도시한 것으로, 상기 초해상 광디스크(200)에는, 유전체 층(22)과 유전체 층(24)들 사이에, 복합 마스크 층(Complex mask layer)(미부호)이 형성되되, 상기 복합 마스크 층은, 금속 박막(30)이, 금속 화합물(23)의 위에 형성되는 구조를 갖는다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초해상 광디스크(201)에는, 유전체 층(22)과 유전체 층(24)들 사이에, 복합 마스크 층(Complex mask layer)이 형성되되, 상기 복합 마스크 층은, 금속 박막(30)이, 금속 화합물(23)의 아래에 형성되는 구조를 갖는다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 초해상 광디스크(202)에는, 유전체 층(22)과 유전체 층(24)들 사이에, 복합 마스크 층(Complex mask layer)이 형성되되, 상기 복합 마스크 층은, 제1 금속 박막(30)과 제2 금속 박막(31)이, 금속 화합물(23)의 위와 아래에 각각 형성되는 구조를 갖는다.
그리고, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 초해상 광디스크(203)에는, 유전체 층(22)과 유전체 층(24)들 사이에, 복합 마스크 층(Complex mask layer)이 형성되되, 상기 복합 마스크 층은, 금속 박막(30)이, 제1 금속 화합물(23)과 제2 금속 화합물(33)들 사이에 형성되는 구조를 갖는다.
삭제
한편, 일반적인 초해상 광디스크의 구조는, 단일 조성의 금속 산화물 또는 금속 질화물로 이루어진 단일 마스크 층(Single mask layer)을 사용하기 때문에, 마스크 층의 열 분해로 인해 생성되는 기록 마크(Mark)에서, 재생 신호의 크기와 신호 품질은, 기록 마크의 외곽 모양과, 두께 방향의 크기, 그리고 금속 나노의 입자량 등에 의존하게 되는 데, 예를 들어 동일한 길이의 짧은 신호에서, 두께 방향으로의 열 분해로 인한 부피 팽창을 보다 증가시키기 위해서는, 금속 산화물 또는 질화물의 금속 대비 산소 또는 질소의 조성비를 높이거나 증착 두께를 두껍게 해야 한다.
그러나, 산소 또는 질소의 조성비가 높아질수록 금속 나노의 입자량은 감소하게 되며, 금속 입자량을 증가시키기 위해 기체 조성비를 낮추게 되면, 부피 팽창이 감소하게 되므로, 단일 마스크 층으로 제작된 초해상 광디스크에서, 금속 산화물 또는 질화물의 기체 조성비에 대한 최적화를 통해 재생 신호의 크기를 증가시키기에는 한계가 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서와 같이, 금속 박막이 추가된 복합 마스크 층을 초해상 광디스크에 형성하는 것이다.
즉, 금속 박막을 금속 산화물 또는 질화물 박막과 함께 적층하여, 금속 산화물 또는 금속 질화물의 조성비를 조절하여, 기록 마크의 크기를 최적화하고, 금속 입자량을 증가시켜, 기록 마크의 외곽부분에서 반사율의 변화를 더욱 높여줌으로 써, 재생 신호와 신호 품질은 향상시키게 된다.
예를 들어, 본 발명이 적용되는 초해상 광디스크의 경우. 기록용 레이저 광원의 조사로 인해, 상기 금속 산화물 박막은, 열 분해되어 국부적으로 급격한 부피 팽창을 하게 되고, 상기 금속 박막은, 높은 압력을 받아 기계적으로 분해되므로, 결과적으로 기록 마크인 공동(Cavity) 내부에 금속 함유량은, 상기 금속 박막의 두께에 따라 증가하게 된다.
그리고, 공동의 크기는, 산화물 또는 질화물 박막의 두께로 조절 가능하고, 금속 함유량은 금속 박막의 두께로 조절 가능하며, 이와 같이 공동의 크기와, 금속 함유량을 독립적으로 조절하여, 재생 신호를 최대로 높일 수 있게 된다.
또한, 재생 신호의 절대 값 증가는, 기록 마크 이외의 영역인 스페이스(Space)와의 광학 신호 증가를 의미하는 데, 이로 인해 마크-스페이스 경계가 더욱 분명하게 되므로, 도 8에 도시한 바와 같이, 복합 마스크 층(Complex mask layer)이 형성된 초해상 광디스크는, 일반적인 단일 마스크 층(Single mask layer)이 형성된 초해상 광디스크에 비해 재생 신호의 크기 및 신호 품질이 크게 향상된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크는, 유전체 층, 마스크 층, 그리고 유전체 층의 구조를 갖되, 상기 마스크 층을, 금속 산화물(MOx) 또는 금속 질화물(MNy)과 함께 금속(Metal) 박막이 추가로 적층된 복합 마스크 층(Complex mask layer)으로 형성시킴으로써, 최적의 공동(Cavity) 크기와 최적의 금속 함유량이 되도록 조절하여, 재생 신호의 크기를 보다 증가시키고, 기록 마크의 외곽 형상에 의한 지터 특성을 획기적으로 개선시켜, 신호 품질을 향상시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (9)

  1. 초해상 광디스크에 있어서,
    유전체 층들 사이에 마스크 층이 형성되되,
    상기 마스크 층은, 산소(Ox) 또는 질소(Ny)를 포함한 금속 화합물과, 상기 금속 화합물의 위 또는 아래 중, 적어도 어느 하나 이상의 위치에, 금속 박막이 적층되는 구조의 복합 마스크 층인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 화합물은, 산소(Ox) 또는 질소(Ny)를 포함한 금속 화합물(MOx 또는 MNy)로, 특정 온도 이상 가열시, 금속(M) 나노 입자와 가스(O2 또는 N2)로 분리되는 물질인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 박막은, 물리적 또는 화학적 증착이 가능한 금속 물질인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 금속 화합물의 열 분해로 인해 분리되는 금속(M)은, 상기 금속 박막과 다른 물질인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 금속 화합물의 열 분해로 인해 분리되는 금속(M)은, 상기 금속 박막과 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 층은, ZnS-SiO2, GeN, SiNx 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합 마스크 층이 형성된 초해상 광디스크.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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