CN100573682C - 具有介质平台的微致动器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包括介质平台的微致动器的制造方法,所述介质平台具有介质承载平台和用于驱动所述介质平台的线圈,所述线圈形成于所述介质平台与所述介质承载表面相对的表面上,所述方法包括:在第一基底的第一表面上形成凹槽;在第二基底的第一表面上形成线圈;接合所述第一基底的第一表面和所述第二基底的第一表面;在所述第二基底的第二表面上形成所述介质承载表面,所述介质承载表面与所述第二基底的第一表面相对。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用扫描探针显微镜方法(SPM)技术的用于数据存储系统的电磁微致动器的制造方法,更具体地涉及一种可以通过改善介质平台的面积效率从而增加数据存储系统的存储容量的微致动器的制造方法。
背景技术
通常应用扫描探针显微镜方法(SPM)技术的典型数据存储系统包括:安装在介质平台上的数据存储介质;用于在X和Y轴上驱动数据存储介质的驱动单元;一或多个探针,每个探针具有用于从数据存储介质读出并且向数据存储介质纪录数据的尖端;和用于处理数据信号的信号处理单元。
为了在X和Y轴上驱动数据存储介质,通常使用静电微致动器或电磁微致动器。前者使用在驱动电极和固定电极之间产生的静电力。后者使用由安装在介质平台上的线圈和安装在线圈上或下方的永磁体之间的相互作用产生的洛仑兹(Lorenz)力。
在静电微致动器中,由于介质平台和驱动单元位于相同的平面上,所以可使用的平台面积相对于微致动器的整体尺寸相对低。这减小了数据存储容量。
在电磁微致动器中,线圈形成于介质平台上,并且因而数据存储介质仅可以位于未形成线圈的区域中,这减小了相对于介质平台的整体尺寸的可使用面积。此外,由于电磁微致动器具有相对宽的位移范围,所以需要大电流。这可以导致功率损失。
发明内容
本发明提供了一种可以增加面积效率并且减小功率损失的微致动器的制造方法。
根据本发明的一个方面,本发明提供了一种包括介质平台的微致动器的制造方法,所述平台具有介质承载平台和用于驱动介质平台的线圈,所述线圈形成于介质平台与介质承载表面相对的表面上,所述方法包括:在第一基底的第一表面上形成凹槽;在第二基底的第一表面上形成线圈;接合所述第一基底的第一表面和第二基底的第一表面;在第二基底的第二表面上形成介质承载表面,介质承载表面与第二基底的第一表面相对。
根据本发明的另一方面,本发明提供了一种包括介质平台的微致动器的制造方法,所述介质平台具有介质承载平台和用于驱动介质平台的线圈,所述线圈形成于介质平台与介质承载表面相对的表面上,所述方法包括:在玻璃基底的第一表面上形成凹槽和第一电极;在硅基底的第一表面上形成线圈和第二电极;阳极键合玻璃基底的第一表面和硅基底的第一表面,使得第一和第二电极相互接触从而形成用于施加电流的电极垫;通过蚀刻第二表面至线圈不被暴露的深度的范围内而在硅基底的第二表面上形成介质承载表面,介质承载表面与硅基底的第一表面相对。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的典型实施例,本发明的上述和其它特征和优点将变得更为显见,其中:
图1是根据本发明实施例的微致动器制造方法的分解透视图;
图2A是在图1中绘制的介质平台的俯视图;
图2B是在图1中绘制的介质平台的仰视图;
图3是在图1中绘制的微致动器的截面图;
图4是在图1中绘制的介质平台的驱动原理的示意图;
图5A至5C是图示用于在玻璃基底上形成电极和凹槽的工艺的图。
图6A至6G是图示用于在硅基底上形成线圈和电极的工艺的图。
图7A至7E是图示硅基底和玻璃基底接合之后形成数据存储介质承载表面的工艺的图。
具体实施方式
现将参照示出了本发明的典型实施例的附图,更充分地描述本发明。
图1是根据本发明实施例的微致动器制造方法的分解透视图,并且图2A是在图1中绘制的介质平台的俯视图。
参照图1和2,微致动器11包括:悬臂13、数据存储介质17、在其上安装了数据存储介质17的介质平台14、支承介质平台14的平台基板38、位于介质平台上和下方的四对永磁体23和26、形成用于引导永磁体23和26的磁场方向的磁轭、避免介质平台14转动的多个加强肋32、和多个弹性梁25。用于驱动介质平台14的线圈位于介质平台14的下表面上,并且因此未在图1中示出。
弹性梁25位于介质平台14的四个角上,并且介质平台14根据将要在后面描述的驱动原理沿X或Y轴运动。各个弹性梁35包括支承在X轴方向的弹性力的第一弹性梁部35X,和支承在Y轴方向的弹性力的第二弹性梁部35Y。弹性梁35通过介质平台14的运动而弹性变形。
加强肋32包围介质平台14,并被在空间上分开并且布置得与平台14对应的边平行。各个加强肋32的对端与各个弹性梁35的第一和第二梁部35X和35Y连接从而避免介质平台14在X和Y轴方向以外的方向上旋转。
数据存储介质安装在介质平台14上。介质平台14由硅形成并且通过支承梁41从平台基板28上升起,各个支承梁具有接触平台基板28的下表面。
图2B是在图1中绘制的介质平台的仰视图。
参照图2B,线圈20形成于平台14下表面的四个侧边上。多个电极垫44分别从线圈20延伸到接触介质平台14的平台基板38的四个角。
因此,线圈20不被暴露于介质平台14的上表面,从而增加了可以装载介质17的介质平台14的面积。
图3是在图1中绘制的微致动器的截面图,并且图4是在图1中绘制的介质平台的驱动原理的示意图。
参照图3和4,布置永磁体,使得横跨各个线圈20的一半形成磁场。当电流施加到线圈20时,在介质平台14的厚度方向上形成磁场B,并且洛仑兹力产生在与电流i和磁场B垂直的方向上。然后持有数据存储介质17的介质平台14通过洛仑兹力在X和Y轴方向上运动。当电流同时施加到另一对相反的线圈20上时,可以加倍在介质平台14上的驱动力。作为替代,相反的线圈可以使用感应电动势被用来探测介质平台14的运动。
现将参照附图描述微致动器的制造方法。
参照图5A,第一电极52形成于玻璃基底50上,并且形成凹槽蚀刻掩膜56。第一电极52和凹槽蚀刻掩膜56可以由Cr和/或Au形成。
接着,如在图5B中所示出的,蚀刻玻璃基底50以形成凹槽54。3∶1比例的HF可以被用作蚀刻剂。
随后,如在图5C中所示出的,去除蚀刻掩膜56以完成具有凹槽54的平台基板38。
图6A至6G是图示在硅基底上形成线圈和第二电极的工艺的图。
硅基底60可以由包括操作晶片(handle wafer)63、氧化层66和器件层67的绝缘体上硅(SOI)基底形成。
如在图6A中所示出的,通过光刻工艺在硅基底60上形成线圈62的掩膜图案之后,通过感应耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)形成沟槽68。
接着,如在图6B中所示出的,通过热氧化工艺形成钝化层70。
然后,如在图6C和6D中所示出的,通过化学气相沉积(CVD)或电镀,将金属填充入沟槽68。例如,当使用电镀时,使用溅射装置(见图6C)将仔晶层72沉积在钝化层70上,并且使用仔晶层72作为镀层74的仔晶通过电镀(见图6D)而形成镀层74。
随后,如在图6E中所示,暴露在沟槽68上方的镀层74被抛光,例如通过化学机械抛光(CMP),从而完成线圈62。
然后,如在图6F和6G中所示出的,形成第二电极64以对线圈62施加电流。即在形成绝缘层76(见图6F)之后,通过金属沉积、掩膜构图和金属蚀刻而形成第二电极64。
图7A至7E是图示接合硅基底和玻璃基底之后形成数据存储介质承载表面的工艺的图。
参照图7A,硅基底60的上表面60a和玻璃基底50的上表面50a相互接合,使得第一和第二电极52和64相互接触。然后,连接到第一电极52的第二电极64通过后面将要描述的蚀刻工艺而被暴露,从而其对线圈62施加电流的电极垫65的作用。
接合可以是阳极键合工艺,采用了场辅助密封技术。在阳极键合工艺中,在硅和玻璃基底60和50之间施加了几百伏特的电压,使得硅基底60为阳极而玻璃基底50为阴极。随后温度升高到几百度(℃),使得玻璃基底50的正离子的动能增加从而迁移到玻璃基底50的表面。负离子被更强地接合在玻璃基底50上并且在硅基底60的表面附近形成空间电荷层。由于在玻璃基底50中的正离子迁移到玻璃基底50的表面,所以增加了玻璃基底50和硅基底60之间界面处的势降,由此通过电场在界面上接合了玻璃和硅基底50和60。
参照图7B,硅基底60的前表面在阳极键合后被蚀刻。即去除了操作晶片63和氧化层66。
例如TMAH溶液或KOH溶液的湿蚀刻剂可以被用作蚀刻硅基底60前表面的蚀刻剂。当使用SOI基底时,可以不去除SOI的氧化层。
此时,介质平台的厚度可以通过选择SOI基底的器件层的厚度来确定。弹性梁与介质平台的厚度相同,并且影响功耗。当弹性梁较薄时,减小了介质平台的质量和弹性梁的刚性,从而当介质平台被驱动时减小功耗。当基底不是具有氧化层的SOI基底时,介质平台的厚度可以根据基底的蚀刻深度而确定。在这种情形,为了使功耗最小化,蚀刻深度可以在使线圈62不被暴露的范围内调整。
参照图7C至7E,形成弹性梁(未图示)和加强肋71,使得介质平台可以在预定方向上运动,并且用于施加电流的电极垫65通过蚀刻工艺而形成。即对应于弹性梁、加强肋和电极垫的形状和位置(见图7C和7D)而形成蚀刻掩膜69。
随后,使用在图7E中示出的蚀刻掩膜69蚀刻硅基底60。可以装载数据存储介质的介质承载表面的长度不是线圈62之间的距离,而是介质平台的整个长度,允许更大的存储容量。
通过上述致动器的制造方法,用于驱动介质平台的线圈形成于介质平台的下表面上。
根据本发明的特征,在其上形成线圈的硅基底的前表面与其上形成凹槽的玻璃基底的前表面接合,并且介质承载表面形成于硅基底的后表面上。因此,本发明具有下列优点:
1.由于线圈不暴露于介质平台的上表面,所以介质平台的整个区域可以被用作介质承载表面。因而可以改善面积效率和数据存储效率。
2.硅基底在线圈不被暴露的范围内可以被蚀刻得尽可能的深。结果,可以最小化介质平台的厚度以减小功耗。
尽管参照典型实施例具体示出并描述了本发明,但是本领域的普通技术人员应当理解在不偏离在权利要求中所界定的本发明的精神和范围的情况下,可以进行各种形式和细节上的变化。
Claims (12)
1.一种包括介质平台的微致动器的制造方法,所述介质平台具有介质承载平台和用于驱动所述介质平台的线圈,所述线圈形成于所述介质平台与所述介质承载表面相对的表面上,所述方法包括:
在第一基底的第一表面上形成凹槽;
在第二基底的第一表面上形成线圈;
接合所述第一基底的第一表面和所述第二基底的第一表面;
在所述第二基底的第二表面上形成所述介质承载表面,所述介质承载表面与所述第二基底的第一表面相对。
2.根据权利要求1的方法,其中所述第一基底是玻璃基底并且所述第二基底是硅基底。
3.根据权利要求2的方法,其中所述第一基底和所述第二基底的接合是通过阳极键合进行的。
4.根据权利要求1的方法,其中所述线圈的形成包括:
使用感应耦合等离子体反应离子蚀刻在所述第二基底上形成沟槽;
在所述基底和所述沟槽上形成钝化层;
用金属填充所述沟槽;
通过抛光去除在所述沟槽上方暴露的金属。
5.根据权利要求4的方法,其中所述沟槽的填充是通过电镀进行的。
6.根据权利要求4的方法,其中所述凹槽的形成包括在所述第一基底上形成第一电极;和
所述线圈的形成包括在所述第二基底上形成第二电极。
7.根据权利要求6的方法,其中进行所述第一基底和所述第二基底的接合,使得所述第一和第二电极相互接触从而形成用于施加电流的电极垫。
8.根据权利要求7的方法,其中所述介质承载表面的形成包括蚀刻所述第二基底的第二表面至在所述第二基底上形成的线圈不被暴露的深度的范围内。
9.根据权利要求8的方法,其中所述介质承载表面的形成包括蚀刻所述第二基底的第二表面从而暴露所述电极垫。
10.根据权利要求7的方法,其中所述第二基底是具有氧化层的绝缘体上硅基底。
11.根据权利要求10的方法,其中所述介质承载表面的形成包括蚀刻所述第二基底的第二表面,该表面与所述第二基底的第一表面相对,从而暴露所述氧化层;和
蚀刻所述氧化层。
12.根据权利要求11的方法,其中所述介质承载表面的形成包括蚀刻所述第二基底的第二表面从而暴露所述电极垫。
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