JP2002044933A - 超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置及びそのコイル製作方法 - Google Patents
超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置及びそのコイル製作方法Info
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Abstract
動装置及びそのコイル製作方法を提供する。 【解決手段】 メディア上部にカンチレバーチップアレ
イを固定配置し、メディアを動かすためにメディアと一
体型でメディアの前後左右の四方に4個のコイルを形成
し、メディアと4個のコイルよりなされたメディア構造
体を搭載するx−yステージ本体にメディア構造体の四
隅と連結されてメディア構造体を支持する4個の支持台
を設け、この支持台の上段部とメディア構造体の四隅を
連結してメディア構造体をx−y方向に動かす4個の駆
動ビームを設け、メディア構造体の回転を防止するため
に支持台間の4辺に設けた回転防止用スチフナを設け、
4個のコイルの各々に対応するように4個のコイルの下
と上に配置された4対の永久磁石及び永久磁石の磁束が
閉ループをなすように4個の永久磁石対で下の永久磁石
と上の永久磁石の端部を接合させた4個のヨークを具備
する。
Description
用x−yステージ電子駆動装置及びそのコイル製作方法
に関する。
Probe Microscope、SPM)を用いた
いろいろな原子レベルの新しい現状の発見やあるいはこ
れを用いたデータストレージの開発が活発に行われてい
る。
ro−Mechanical System)技術を用
いた数多くの磁気素子が開発されてきた。このような磁
気素子としては、例えば、磁気コンパス、電磁気スキャ
ナ及び電磁気バルブなどがある。
開示された原子解像度を有する精密位置制御装置の概略
的な構成を示す。図1を参照すれば、従来の精密位置制
御装置はサンプル416をZ方向に動かすボイスコイル
モータ417、チップ413を各々X方向及びY方向に
動かすボイスコイルモータ415、DC電源421、デ
ータ及び制御信号バス424及び中央制御装置420を
具備する。
記のような装置の最も大きい問題は、電力損失が大きい
ということである。一般に電磁気型の装置は大きい変位
を有する反面、このための高い電流が要求される。半導
体工程技術を用いた装置の場合の大部分が薄膜のコイル
(数〜数十ミクロン)を用いるのでコイルの高い抵抗に
より実質的に大変位駆動が難しくて消費電力も大きい。
用いたナノストレージ装置の開発に必須であり、コイル
の厚さを数十から数百ミクロン単位まで製作して大変位
駆動が可能であると同時に電力損失を減らしうる超小型
情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置及びそのコ
イル製作方法を提供することにその目的がある。
するために本発明によれば、情報を記録するメディアが
搭載されるx−yステージと、x−yステージを弾力的
に支持するものであって、x−yステージのコーナー部
分に備えられる多数の駆動ビームを含む支持手段と、前
記x−yステージの第1方向xとこれに直交する第2方
向yへの運動力を提供するものであって、前記x−yス
テージに形成される複数のコイルと固定された位置で前
記コイルに磁界を形成する複数の永久磁石を具備する電
磁駆動部と、前記メディアの各セルに貯蔵された情報を
記録したり読出すために前記メディア上部に固定配置さ
れたカンチレバーチップアレイと、前記x−yステージ
の回転を防止するために前記駆動ビームを相互連結する
ように前記x−yステージの周辺に備えられる複数の回
転防止用スチフナとを具備したことを特徴とする超小型
情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置が提供され
る。
は前記x−yステージの上面に形成され、前記コイルは
前記x−yステージの底面に形成され、そして他の実施
例によれば、前記メディアは前記x−yステージの上面
の中央部分に形成され、前記コイルはx−yステージの
上面で前記メディアの周辺に形成される。
手段は前記駆動ビームが各々連結される4個のコーナー
部分を有する四角枠状支持ビームと、前記支持ビームの
底面に接触されるステージベースとを具備し、特に前記
支持手段は、前記駆動ビームが各々連結される複数の支
持台、前記支持台が設けられるステージベースを具備す
る。
前記各駆動ビームは前記第1方向に延びるx方向の部分
と第2方向に延びるy方向の部分を含み、前記スチフナ
は前記x方向の部分とy方向の部分との連結部分に連結
され、さらには前記各駆動ビームは互いに並んでいるx
方向の部分と、y方向の部分とを具備して全体的に四角
枠状である。
本発明に係る超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子
駆動装置のコイル製作方法の一類型は、(1) 基板に
ICPRIE法でトレンチを掘った後に熱酸化工程でパ
ッシべーション層を覆う段階と、(2) トレンチを金
属物質で充填する段階と、(3) ポリシングで前記ト
レンチ上部に露出された金属を除去して前記トレンチに
充填された金属によるコイルを完成する段階とを含む。
ステージ電子駆動装置のコイル製作方法で、前記(2)
段階は、電気メッキ法によりなされることが望ましい。
また、前記のような目的を達成するために本発明に係る
超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置のコ
イル製作方法の他の類型は、(1)基板にICPRIE
法で所定深さ以上のトレンチを掘った後、熱酸化工程で
パッシべーション層を覆う段階と、(2)前記トレンチ
とパッシべーション層が形成された基板上に金属を蒸着
して表面にのみ金属を覆った後、この表面金属膜を電極
として第1次電気メッキを行って前記トレンチには金属
が充填されていない第1金属層を形成する段階と、
(3)前記基板の背面を前記トレンチが露出されるよう
に蝕刻し、前記第1次金属層を電極として第2次電気メ
ッキを行って前記トレンチ内に第2金属を蒸着する段階
と、(4)前記第1金属層を研磨して除去することによ
ってコイルを完成する段階とを含むことを特徴とする超
小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置のコイ
ル製作方法を含む。
に係る超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装
置を詳細に説明する。
テージを有する超小型情報貯蔵機器はカンチレバー1、
金属配線2、金属パッド3、x−yステージ4及び情報
貯蔵用メディア5を具備する。
有するx方向の部分8x及びy方向の部分8yを有する
複数の駆動ビーム8により支持されており、後述される
電磁駆動装置によりx−y方向に移動する。前記x−y
ステージ4を支持する駆動ビーム8は前記x−yステー
ジの移動によって適切に弾性変形される。
チップ(図示せず)が付着されていてx−yステージ4
上に備えられた情報貯蔵用メディア5に情報を記録した
り読出しうる。金属配線2は各カンチレバー1と金属パ
ッド3を電気的に連結し、金属パッド3は情報記録/読
出しのための回路(図示せず)と連結される端子であ
る。そして、電子駆動装置によりx−yステージ4がx
−y方向に移動し、情報貯蔵用メディア5がx−yステ
ージ4と一体的にx方向あるいはy方向に移動すること
によって、情報貯蔵用メディア5の各セル(情報貯蔵単
位)は、カンチレバー1との相対的な位置を変化させな
がらカンチレバー1のチップを通じて回路(図示せず)
と信号(情報)を交換する。このような電気的な結線構
造は一般的なMEMS技術により容易に具現されうるた
めにここでは具体的な説明を省略する。
カンチレバー1のマイクロチップ(図示せず)との位置
制御は情報貯蔵メディア5の位置移動によりなされ、こ
の情報貯蔵メディア5の位置移動を可能にするのがx−
yステージ4である。このようなx−yステージ4は後
述される電磁駆動装置により駆動される。
に係るx−yステージ電子駆動装置は、x−yステージ
4に搭載されたメディア5を動かすためのコイル6と上
下4対の永久磁石9、10及びこの永久磁石9、10の
閉ループを構成するためのヨーク11、そしてx−yス
テージ4の回転防止用スチフナ7及び駆動ビーム8を含
む。前記コイル6は後述されるタイプ1、2の2つの形
態とすることができる。
テージ4の中央部分にメディア5が形成されており、そ
の上下左右にコイル6が形成されている。x−yステー
ジ4の外郭には四角枠状の支持ビーム14が形成され、
前記支持ビーム14は後述されるベース13(図4A参
照)に結合される。図3Dに示したように、x−yステ
ージ4の四隅部分にはx−yステージ4のx−y方向の
移動を許すために、弾性的に支持するx方向部分8xと
y方向部分8yを有する駆動ビーム8が備えられてお
り、前記駆動ビーム8は前記支持ビーム14のコーナー
部分14aの内側に連結されている。
各辺に並んで一定間隔をおいて位置し、各スチフナ7の
端部は1つの駆動ビーム8のx方向部分8xとy方向部
分8yの連結部分に連結される。
ンよりなるx−yステージ4に搭載され、x−yステー
ジ4はステージベース13にその底面が接触する支持ビ
ーム14によりベース13から浮かんだ状態で支持され
る。x−yステージ4の周りに備えられ、その両端が駆
動ビーム8に連結されるスチフナ7はx−yステージ4
と支持ビーム14との間に位置し、x−yステージ4が
x方向及びy方向の以外の方向に回転することを防止す
る。
電子駆動装置を示す図4Bを参照すれば、x−yステー
ジ4に対するx−y方向の移動力を生じるコイル6がx
−yステージ4の底面に形成され、情報が記録されるメ
ディア5はx−yステージ4の上面に形成されうる。こ
のような構造によれば、メディア5の面積拡大による情
報貯蔵容量の増大が可能になる。
及び図4Bに示したように、巻かれたコイル6の半分に
のみ磁場がかかるように配置される。したがって、図4
Cに示したように、コイル6に電流iを流せばステージ
の厚さ方向にかかる磁場Bによって電流と磁場に垂直の
方向にローレンツ力Fが発生し、この力によってメディ
ア5が搭載されているx−yステージ4がx−y方向に
動く。この時、互いに向き合っている他のコイル6にも
電流を同時に流す場合に2倍の駆動力で駆動させること
ができる。また、互いに向き合っている他のコイル6に
電流を流さない場合には、ステージ駆動時にこのコイル
6に発生する誘導起電力を用いて駆動量を検出すること
ができる。
yステージ電子駆動装置の概略的な斜視図であり、図5
Bはこれに適用されるx−yステージの概略的な斜視図
であり、図5Cは図5BのB部分の拡大平面図である。
施例に係るx−yステージ電子駆動装置で、前述した実
施例の説明で言及された前記支持ビーム14が除去さ
れ、その代りにx−yステージ4のコーナー部分の各駆
動ビーム8に連結される4つの支持台14a'を備えて
いる。この支持台14a'は前述した実施例での支持ビ
ーム14のコーナー部分14aに該当する。前記支持台
14a'はベース13上に固定され、したがってx−y
ステージ4は前記支持台14a'によりベース13から
所定距離離隔した状態で支持される。そして、x−yス
テージ4上に形成されるコイル6は前述した実施例と同
じく後述されるタイプ1、2の2種の形態とすることが
できる。部材番号12は前記コイル6に連結されるパッ
ドまたは電極を示す。
装置ではスチフナ7はx−yステージの回転を防止する
のに非常に重要である。図6aないし図7は、各々スチ
フナがある場合とない場合においてコイルによるメディ
ア本体の動きを解釈した結果を示す。スチフナ7を入れ
ることによって、図7に示したように、Tx、Tyに比
べてRzの周波数、すなわち駆動モードを分離できるよ
うになる。
の形態のコイル中でタイプ1に係る製造方法を示す。以
下、タイプ1コイルの製造方法について説明すれば次の
通りである。
高周波誘導結合型プラズマの反応性イオンエッチング
(ICPRIE)などを用いてトレンチを掘った後、図
8Bに示したように熱酸化工程でパッシべーション層2
1を覆う。
電気メッキ法でトレンチ中に金属が充填されるように金
属22、22'を蒸着する。電気メッキ法の場合、トレ
ンチの端部部分に電界が集中して膜の成長速度が速くな
り、これによりトレンチが閉塞される恐れもあるので注
意しなければならない(メッキ液の組成を変えたりパル
ス電源を用いることが望ましい)。
れた金属22'を除去して図8Dに示したようにコイル
22を完成する。また、図9Aないし図9Fは、図4で
示した2種の形態のコイル中でタイプ2に係る製造方法
を示す。2種のコイル中でタイプ1に比べてタイプ2の
場合がもっと厚いコイルを得られる。以下、タイプ2コ
イルの製造方法について説明すれば次の通りである。
ICPRIEなどを用いて深くトレンチを掘った後、熱
酸化工程でパッシべーション層21を覆う。この場合に
トレンチが貫通すればコイル形状のトレンチが支持され
ず下に落ちるので貫通はしないこととする。
パッシべーション層21の表面にのみ表面金属膜23を
形成し、この表面金属膜23を電極として図9Cに示し
たように、1次で電気メッキにより金属層22を形成す
る。この場合にトレンチの端部部分に電界が集中して膜
の成長速度が速くなり、これによってトレンチが閉塞さ
れる。
エッチングしてトレンチが露出されれば蝕刻を止め、図
9Eに示したように前記金属層22を電極として再びメ
ッキをしてトレンチ内に金属24を蒸着させる。このよ
うにすれば、最初にメッキした金属22が種子になって
金属24がトレンチ中に満ちて上がる。
ば、図9Fに示したように、コイル24が完成される。
また、図10Aないし図10Dは従来の半導体工程技術
を用いて製作される薄膜コイル(タイプ3)を製作する
方法を示した図面である。このタイプ3のコイルを製作
する方法は、まず図10Aに示したように、基板20に
電気メッキのための種子金属層25を蒸着する。
ソグラフィー工程でコイルが形成される領域を除いては
残りの部分を覆うマスク26を形成する。次に、図10
Cに示したように、電気メッキ法でマスク26により露
出された領域にコイル用金属27を蒸着しマスク26を
除去する。
ない金属層25の部分を除去して、図10Dに示したよ
うにコイル27を完成する。そして図11はタイプ1の
コイルを実際に製作したものを撮った写真であって、図
8Cの工程が終わった後の基板断面を撮った写真であ
り、図12はタイプ2のコイルを実際に製作したことを
撮った写真であって、図9Cの工程が終わった後の基板
断面を撮った写真である。
型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置は、情報
を記録するメディアの各セルに貯蔵された情報を記録し
たり読出すために、メディア上部にカンチレバーチップ
アレイを固定配置し、メディアを動かすためにメディア
と一体型でメディアの前後左右の四方に4個のコイルを
形成し、メディアと4個のコイルとよりなされたメディ
ア構造体を搭載するx−yステージ本体にメディア構造
体の四隅と連結されてメディア構造体を支持する4個の
支持台を設け、この支持台の上段部とメディア構造体の
四隅を連結してメディア構造体がx−y方向に動くよう
にする4個の駆動ビームを設け、メディア構造体の回転
を防止するために支持台間の4辺に設けた回転防止用ス
チフナを設け、4個のコイルの各々に対応するように4
個のコイルの下と上に配置された4対の永久磁石及び永
久磁石の磁束が閉ループをなすように4個の永久磁石対
で下の永久磁石と上の永久磁石との端部を接合させた4
個のヨークを具備する。
ルを製作できる。タイプ1の場合に特殊な添加剤を入れ
たメッキ液を必要とするが、タイプ2の場合に簡単なメ
ッキ液で製作が可能でありもっと厚いコイルが製作可能
で、コイルを必要とするデバイスの電力損失問題、発熱
問題が解決可能である。
ミクロン)駆動型アクチュエータの製作が可能である。
本ディバイスの場合、コイルの厚さを数十から数百ミク
ロンまで製作できて前記の問題を解決でき、電磁デバイ
スの電力損失を減らしうる。
子解像度を有する精密位置制御装置の概略的な構成図を
示す。
報貯蔵機器の概略的な構成を示す斜視図である。
り読出すために位置移動時に必要なx−yステージを駆
動するための本発明の第1実施例に係る超小型情報貯蔵
機器用x−yステージ電子駆動装置の概略的な分解斜視
図である。
ジ電子駆動装置に適用されるx−yステージの概略的な
斜視図である。
面図である。
ステージ電子駆動装置の概略的な断面図である。
テージが適用された本発明の第2実施例に係るx−yス
テージ電子駆動装置の概略的な断面図である。
駆動原理を説明する図面である。
子駆動装置の概略的な斜視図である。
−yステージ電子駆動装置に適用されるx−yステージ
の概略的な斜視図である。
る。
てコイルによるメディア本体の動きを解析した結果であ
って、動き方向と周波数特性を示した図面である。
てコイルによるメディア本体の動きを解析した結果であ
って、動き方向と周波数特性を示した図面である。
コイルによるメディア本体の動きを解析した結果であっ
て、動き方向と周波数特性を示した図面である。
1に係る製造方法を示した図面である。
1に係る製造方法を示した図面である。
1に係る製造方法を示した図面である。
1に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
2に係る製造方法を示した図面である。
れる薄膜コイル(タイプ3)を製作する方法を示した図
面である。
れる薄膜コイル(タイプ3)を製作する方法を示した図
面である。
れる薄膜コイル(タイプ3)を製作する方法を示した図
面である。
れる薄膜コイル(タイプ3)を製作する方法を示した図
面である。
った写真であって、図8Cの工程が終わった後の基板断
面を撮った写真である。
った写真であって、図9Cの工程が終わった後の基板断
面を撮った写真である。
Claims (10)
- 【請求項1】情報を記録するメディアが搭載されるx−
yステージと、 x−yステージを弾力的に支持するものであって、x−
yステージのコーナー部分に備えられる多数の駆動ビー
ムを含む支持手段と、 前記x−yステージの第1方向xとこれに直交する第2
方向yへの運動力を提供するものであって、前記x−y
ステージに形成される複数のコイルと固定された位置で
前記コイルに磁界を形成する複数の永久磁石を具備する
電磁駆動部と、 前記メディアの各セルに貯蔵された情報を記録したり読
出すために前記メディア上部に固定配置されたカンチレ
バーチップアレイと、 前記x−yステージの回転を防止するために前記駆動ビ
ームを相互連結するように前記x−yステージの周辺に
備えられる複数の回転防止用スチフナとを具備したこと
を特徴とする超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子
駆動装置。 - 【請求項2】前記メディアは前記x−yステージの上面
に形成され、前記コイルは前記x−yステージの底面に
形成されることを特徴とする請求項1に記載の超小型情
報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置。 - 【請求項3】前記メディアは前記x−yステージの上面
の中央部分に形成され、前記コイルはx−yステージの
上面で前記メディアの周辺に形成されることを特徴とす
る請求項1に記載の超小型情報貯蔵機器用x−yステー
ジ電子駆動装置。 - 【請求項4】前記支持手段は前記駆動ビームが各々連結
される4個のコーナー部分を有する四角枠状支持ビーム
と、前記支持ビームの底面に接触されるステージベース
とを具備することを特徴とする請求項1に記載の超小型
情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置。 - 【請求項5】前記支持手段は前記駆動ビームが各々連結
される複数の支持台、前記支持台が設けられるステージ
ベースを具備することを特徴とする請求項1に記載の超
小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置。 - 【請求項6】前記各駆動ビームは前記第1方向に延びる
x方向の部分と第2方向に延びるy方向の部分を含み、
前記スチフナは前記x方向の部分とy方向の部分との連
結部分に連結されることを特徴とする請求項1に記載の
超小型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置。 - 【請求項7】前記各駆動ビームは互いに並んでいるx方
向の部分と、y方向の部分とを具備して全体的に四角枠
状であることを特徴とする請求項6に記載の超小型情報
貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置。 - 【請求項8】(1) 基板にICPRIE法でトレンチ
を掘った後に熱酸化工程でパッシべーション層を覆う段
階と、 (2) トレンチを金属物質で充填する段階と、 (3) ポリシングで前記トレンチ上部に露出された金
属を除去して前記トレンチに充填された金属によるコイ
ルを完成する段階とを含むことを特徴とする超小型情報
貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置のコイル製作方
法。 - 【請求項9】前記(2)段階は、電気メッキ法によりな
されることを特徴とする請求項8に記載の超小型情報貯
蔵機器用x−yステージ電子駆動装置のコイル製作方
法。 - 【請求項10】(1) 基板にICPRIE法で所定深
さ以上のトレンチを掘った後、熱酸化工程でパッシべー
ション層を覆う段階と、 (2) 前記トレンチとパッシべーション層が形成され
た基板上に金属を蒸着して表面にのみ金属を覆った後、
この表面金属膜を電極として第1次電気メッキを行って
前記トレンチには金属が充填されていない第1金属層を
形成する段階と、 (3) 前記基板の背面を前記トレンチが露出されるよ
うに蝕刻し、前記第1次金属層を電極として第2次電気
メッキを行って前記トレンチ内に第2金属を蒸着する段
階と、 (4) 前記第1金属層を研磨して除去することによっ
てコイルを完成する段階とを含むことを特徴とする超小
型情報貯蔵機器用x−yステージ電子駆動装置のコイル
製作方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20000035333 | 2000-06-26 | ||
KR2001-25225 | 2001-05-09 | ||
KR10-2001-0025225A KR100387243B1 (ko) | 2000-06-26 | 2001-05-09 | 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치 및그 코일 제작 방법 |
KR2000-35333 | 2001-05-09 |
Publications (1)
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