JP2004079164A - 微細駆動機構及びその製造方法、並びに微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法 - Google Patents

微細駆動機構及びその製造方法、並びに微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低電圧、低電力の双方向駆動によりシステムの大きさ及び重量を減少させ、応答速度を向上させる微細駆動機構及びその製造方法、並びに加工誤差及び組立誤差を低減して均一性及び生産効率を高める微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】一側面に所定の間隔で下部固定電極112が形成された下部基板110と、下部基板上に設けられ、その形状に対応するように一側面に所定の間隔で形成された上部固定電極122を有する上部基板120と、下部基板と上部基板との間に介在する絶縁層130と、下部固定電極及び上部固定電極の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極142を有する可動基板140と、可動基板に設けられた弾性部材150と、下部基板、上部基板、及び可動基板に電力を供給する電源部とを含んで微細駆動機構を構成する。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、微細駆動機構及びその製造方法、並びに微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法に係り、詳しくは、双方向に駆動可能な微細駆動機構、及びそれを利用することによって対物レンズの焦点を記録層上に最適に形成できる光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法に関するものである。
　ＭＥＭＳ（Micro Electro　Mechanical　System）技術の発展に伴って、過去には実現が困難であった微細構造体、超微細駆動機構、各種超微細センサ、微細光学部品、及び微細流体素子などの設計、製造、及び応用技術が開発及び商品化されている。
　多結晶シリコン、単結晶シリコン、アルミニウム、又はニッケルなどの多様な金属を使用する櫛型（comb-type）の微細駆動機構の場合は、櫛形電極（comb finger）の近接する側壁面間に誘起される静電気力を、微細構造体の駆動力として利用するが、静電気力では、その特性上、印加された電圧の差により帯電された二つの電極間に引力のみが作用するため、微細駆動機構の駆動力は単方向である。その結果、従来の微細駆動機構においては、単方向駆動のみを利用し、双方向駆動が必要な場合は両側に微細駆動機構を配置するものであるが、それによって、微細駆動機構を使用したシステムの大きさ及び重量が増大し、応答速度が低下する。従って、微細駆動機構の双方向駆動に関連する技術の開発が切実に要求されている。
　一方、最近のマルチメディア環境の発展によるパーソナルコンピュータの大衆化、データ伝送網及び個人情報端末や画像電話などの移動通信装置の一般化には、これらの装置で処理及び保存すべき情報容量の大幅な増大に対する要求が伴っている。このような状況に対応するために、ＣＤ、ＤＶＤなどの光記録媒体の記録密度を増大させ、光ピックアップ装置の解像力を向上させ、小型の光学部品を実現するための研究が進められている。
　超小型高密度光記録再生装置の要求を満足する光ピックアップ装置の一例として、空気力学的浮揚力を利用して光ディスク上でデータを記録、再生、及び探索し得る滑走型の光ピックアップヘッドを挙げることができる。以下、図１７及び図１８に基づいて光記録再生装置及びその光ピックアップヘッドについて説明する。
　図１７は従来の光記録再生装置を示した平面図、図１８は従来の光記録再生装置の光ピックアップヘッドを示した断面図である。図示されたように、従来の光記録再生装置は、所定角度回転可能に取付けられたスイングアーム１０と、該スイングアーム１０を回転駆動するアクチュエータ１１と、空気圧によりディスク１２上に浮上して該ディスク１２のトラックをスキャンし得るように、前記スイングアーム１０の端部に取付けられたヘッド２０とを含んで構成されている。
　前記ヘッド２０は、対物レンズ３０と、そこから焦点距離だけ離れて取付けられた収束レンズ２１と、該収束レンズ２１を取付けるためのスライダー２２とを含んで構成される。前記スライダー２２の底面には、該スライダー２２を前記ディスク１２上に浮上させるための空気ベアリング面(air-bearing surface)２２ａが設けられている。また、前記ヘッド２０の上側には、反射鏡４１と、記録媒体である前記ディスク１２に情報を記録/再生するために光ビームを送受信する送受光部４０とが設けられている。
　光記録再生装置において、収束レンズの位置と空気ベアリング面との間の位置合わせ誤差は、光ディスクの表面に記録/再生される光情報信号の均一性、信頼性、及び解像力を決定する重要な要素である。
　位置合わせ誤差としては、スライダー表面の平坦性の誤差、焦点距離の誤差、固体液浸レンズ（Solid Immersion Lens：ＳＩＬ）の前後及び左右方向の傾斜の誤差などを挙げることができる。
　然るに、このような従来の光記録再生装置においては、収束レンズ、空気ベアリング面を含むスライダー、及び対物レンズをそれぞれ個別に製造して組立てるため、位置合わせ誤差を避けることができず、このために光記録再生装置の性能が劣化するという不都合な点があった。
　また、各構成部品の加工を研削及び切削加工に依存するため、量産性が低く、構成部品間の均一性が悪く、生産効率が低くなって生産コストが増大するという不都合な点があった。
　また、ディスクの記録層上に形成される保護層の厚さの偏差、ディスクが完全に平滑ではないことによる焦点の歪み、及び焦点の深さの変化により信号の劣化を招くという不都合な点があった。
　本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、低電圧及び低電力の双方向駆動を達成することによって、システムの大きさ及び重量を大幅に減少させ、応答速度を向上させることができる微細駆動機構及びその製造方法を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、位置合わせ誤差を低減して均一性及び生産効率を高めると共に、ディスクの記録層上の保護層の不均一な厚さ及びディスクの不均一な平滑性による誤差を補正することによって、対物レンズの焦点を記録層上に最適に形成し得る微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド、及びその製造方法を提供することにある。
　このような目的を達成するため、本発明に係る微細駆動機構は、一側面に所定の間隔で形成された複数の下部固定電極を有する下部基板と、該下部基板の形状に対応するように一側面に所定の間隔で形成された複数の上部固定電極を有し、前記下部基板上に設けられたる上部基板と、前記下部基板と前記上部基板との間に介在する絶縁層と、前記下部固定電極及び前記上部固定電極の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極を有し、光軸方向に駆動可能に設けられた可動基板と、該可動基板を初期位置に弾性復元させるため、該可動基板に設けられた弾性部材と、前記可動基板を駆動するため、前記下部基板、前記上部基板、及び前記可動基板に電力を供給する電源部とを含んで構成されることを特徴とする。
　前記弾性部材は、バイメタルが付加された梁状又は板状に構成された一つ以上のバネ要素、及び導電性薄膜が付加された梁状又は板状に構成された一つ以上のバネ要素あることを特徴とし、前記可動基板の他方の側に設けられたダンパを更に含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る微細駆動機構の製造方法は、下部素材と、上部素材と、該下部素材と該上部素材との間に介在する絶縁層とを有して形成された母材を準備する第１工程と、前記下部素材の表面にエッチングマスクをパターニングし、該エッチングマスクから露出した該下部素材の一部分を垂直方向に除去して前記絶縁層を露出させ、下部固定電極を形成する第２工程と、前記下部素材にパターニングされた前記エッチングマスクを除去し、前記上部素材の表面にエッチングマスクをパターニングし、該エッチングマスクから露出した該上部素材の一部分を垂直方向に除去して前記絶縁層を露出させ、上部固定電極を形成する第３工程と、前記絶縁層の一部分をエッチングして前記上部固定電極と可動電極とを分離する第４工程と、前記上部素材にパターニングされた前記エッチングマスクを利用して前記上部素材から前記下部素材までエッチングすることによって、前記上部素材と前記下部素材とを揃える第５工程と、前記上部固定電極と前記下部固定電極との間に前記可動電極を配置する第６工程とを順次行うことを特徴とする。
　前記上部素材及び前記下部素材は、シリコン、導体、及び半導体のいずれか一つであることを特徴とする。
　前記上部素材の形状と前記下部素材の形状とを整列させるために両面整列法を用いることを特徴とする。
　前記第６工程において、前記上部固定電極と前記下部固定電極との間に前記可動電極を配置するため、前記可動電極に圧縮応力を加えることもでき、前記可動電極の自重を利用することもできる。
　また、本発明に係る微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッドは、中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲には磁界発生コイルが形成され、下面には空気ベアリング面が形成されたスライダーと、前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ微細駆動機構とを含んで構成されることを特徴とする。
　前記スライダーは、透明材料からなる基板構造を有することを特徴とする。
　前記対物レンズ微細駆動機構は、前記スライダーの上部に配置され、中央部分に取付孔が形成され、該取付孔の内周面に所定間隔で形成された複数の下部固定電極を有する下部基板と、前記下部基板の上部に設けられ、前記下部基板の形状に対応するように中央部分に取付孔が形成され、該取付孔の内周面に所定間隔で形成された複数の上部固定電極を有する上部基板と、前記下部基板と前記上部基板との間に介在する絶縁層と、光軸方向に駆動可能なように前記下部基板の取付孔及び前記上部基板の取付孔に挿入され、前記下部固定電極及び前記上部固定電極の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極を有する可動基板と、該可動基板を駆動するため、前記下部基板、前記上部基板、及び前記可動基板にそれぞれ電力を供給する複数の電極パッドとを含んで構成されることを特徴とする。
　前記可動基板を初期位置に弾性復元させるため、該可動基板に弾性部材が設けられていることを特徴とする。
　前記収束レンズには反射防止コーティングが形成され、前記空気ベアリング面には保護層又は潤滑層が形成されることを特徴とする。
　また、本発明に係る微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法の一例は、マイクロマシニング（micro-machining）技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構とをそれぞれの部品として製造する第１工程と、前記スライダーと前記対物レンズ駆動機構とを位置合わせマークの使用により位置合わせして接合する第２工程と、前記対物レンズを、前記収束レンズと同じ光軸方向に揃える第３工程とを順次行うことを特徴とする。
　また、本発明に係る微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法の他の例は、マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構とをウェーハ状に製造する第１工程と、前記スライダーと前記対物レンズ駆動機構とを、位置合わせマークの使用によりウェーハ状態で位置合わせして接合する第２工程と、前記接合されたウェーハを、個別の光ピックアップヘッドチップに切断する第３工程と、前記対物レンズと前記収束レンズとを、光軸方向に揃うように設ける第４工程とを順次行うことを特徴とする。
　以上のように、本発明に係る微細駆動機構及びその製造方法においては、低電圧、低電力の双方向駆動を実現しているため、この技術を適用した静電容量型センサの場合、差動感知が可能であることによって感度及び分解能を高めることができる。また、この技術を適用したシステムの大きさ及び重量を大幅に減少させ、応答速度を向上することができる。
　また、本発明に係る微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド及びその製造方法においては、光ディスク製造上の加工誤差や組立時に発生する誤差、ディスク記録層上の保護層の不均一な厚さやディスクの表面の平滑性の誤差、及びスピンドルモータの回転軸の偏心や振動による誤差などにより記録層と光ピックアップヘッド間に発生する偏差を補正することによって、ディスクの記録層に最適の焦点を形成し得るという効果を奏する。
　以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明に係る光記録再生装置の微細駆動機構に関する図面であって、図１は本発明に係る微細駆動機構の一部を示した斜視図、図２は図１の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は本発明に係る微細駆動機構の原理を説明するための図面、図６は図５の要部拡大図である。
　図示されたように、本発明に係る微細駆動機構においては、下部基板１１０の一側面に（一定の）所定間隔で複数の下部固定電極１１２が形成されている。上部基板１２０は、下部基板１１０の形状に対応するように下部基板１１０上に設けられ、その一側面に（一定の）所定間隔で形成された複数の上部固定電極１２２を備えている。
　下部基板１１０と上部基板１２０との間には絶縁層１３０が介在している。絶縁層１３０としては、例えば、熱酸化膜、低温酸化(Low Temperature Oxide：ＬＴＯ)膜、低温窒化膜、ポリイミドを用いることができ、優れた電気的絶縁特性を有しかつ上部及び下部基板の表面に容易に堆積、付着、又はコーティングできる限り、任意の他の材料を用いてもよい。
　可動基板１４０は、下部固定電極１１２及び上部固定電極１２２の間に交互に配列されるようにその外周面に形成された可動電極１４２を備え、光軸方向(焦点方向)に駆動可能に設けられている。下部固定電極１１２、上部固定電極１２２、及び可動電極１４２は、電解メッキされた金属により形成される。
　可動基板１４０を初期位置に弾性復元させて光軸方向に駆動するため、可動基板１４０の一方の側には、弾性部材として、一つ以上の梁状又は板状のバネ１５０が懸架されている。この弾性部材としては、バネに加えて、バイメタル又は導電性薄膜を用いることもできる。
　下部基板１１０及び上部基板１２０は第１固定構造体１８１に固定され、梁状又は板状のバネ１５０は第２固定構造体１８２に固定され、可動電極１４２は自由空間により所定間隙ｇだけ隔離されている。この自由空間は真空、空気、又は絶縁流体とすることができる。
　絶縁層１３０の厚さｔは、上部固定電極１２２と下部固定電極１１２との電位差が最大になる場合にも絶縁破壊が発生しないように適切に設定する必要がある。また、可動基板１４０の（上記弾性部材が設けられた一方の側とは異なる）他方の側にダンパ１７０を設けることもできる。
　可動基板１４０を駆動するため、下部基板１１０、上部基板１２０、及び可動基板１４０には、電力を供給する電源部として、それぞれＶd、Ｖu、Ｖmが設けられている。本発明に係る微細駆動機構において、可動電極と上部及び下部固定電極との間に作用する駆動力は、下記式（１）で表される。
Figure 2004079164
　ここで、Ｆは可動電極に作用する力、ｇは可動電極と上部固定電極との間の間隙、及び可動電極と下部固定電極との間の間隙、ｌは可動電極の断面と上部固定電極との重なり部分の長さ、及び可動電極と下部固定電極との垂直方向の重なり部分の長さ、Ｖd、Ｖu、Ｖmはそれぞれ下部固定電極、上部固定電極、及び可動電極の電圧、εは誘電率である。
　前記式（１）から分かるように、可動電極と上部固定電極に印加された電圧の差が可動電極と下部固定電極に印加された電圧の差より大きいと、可動電極は上方に移動し、逆に、可動電極と上部固定電極に印加された電圧の差が可動電極と下部固定電極に印加された電圧の差より小さいと、可動電極は下方に移動する。即ち、可動電極、上部固定電極、及び下部固定電極に印加された電圧の差により決定される双方向の駆動力と、可動電極を懸架支持しているバネの弾性定数“k”により作用する復原力とが平衡をなす地点で可動電極の変位が決定され、それら可動電極、上部固定電極、及び下部固定電極に印加された電圧が除去されると、バネの復原力により可動電極は初期位置に復帰する。
　一方、本発明に係る微細駆動機構を静電容量型センサの電極に適用する場合、静電容量は下記式（２）で表される。
Figure 2004079164
　ここで、Ｃ12は可動電極１４２と下部固定電極１１２による静電容量、Ｃ13は可動電極１４２と上部固定電極１２２による静電容量、ｄu、ｄdは、それぞれ可動基板の上端から上部固定基板の下端までの光軸方向の距離、可動基板の下端から下部固定基板の上端までの光軸方向の距離を示す。
　ここで、二つのキャパシタの静電容量の差動成分Ｃは、下記式（３）で表される。
Figure 2004079164
可動電極１４２が、検出しようとする物理量や化学量により変位Δｄだけ駆動方向に沿って動いた場合、この静電容量の差動成分の変化量ΔＣは下記式（４）で表される。
Figure 2004079164
　即ち、静電容量の差動成分は、従来の単方向の静電容量型センサにおける静電容量の変化量の二倍に当たり、この静電容量の変化量の増加は、静電容量型センサの感度及び分解能の向上を意味する。
　以下、本発明に係る微細駆動機構の製造方法について説明する。図７Ａ〜図7Ｇは、微細駆動機構の製造工程を説明するための図面である。ここで、図７Ａ〜図７Ｇを通して左図（ａ）は図３に対応する図面であり、右図（ｂ）図４に対応する図面である。
　図示されたように、本発明に係る微細駆動機構の製造方法においては、下部素材である下部シリコン（ＬＳ）と、上部素材である上部シリコン（ＵＳ）と、これらの下部シリコン（ＬＳ）と上部シリコン（ＵＳ）との間に介在する絶縁層１３０とを有して形成された母材を準備する第１工程と、下部シリコン（ＬＳ）の表面にエッチングマスク（ＬＭ）をパターニングし、エッチングマスク（ＬＭ）から露出した下部シリコン（ＬＳ）の一部分を垂直方向に除去して絶縁層１３０を露出させ、複数の下部固定電極１１２を形成する第２工程と、下部シリコン（ＬＳ）にパターニングされたエッチングマスク（ＬＭ）を除去し、上部シリコン（ＵＳ）の表面にエッチングマスク（ＵＭ）をパターニングし、そのエッチングマスク（ＵＭ）から露出した上部シリコン（ＵＳ）の一部分を垂直方向に除去して絶縁層１３０を露出させ、複数の上部固定電極１２２を形成する第３工程と、絶縁層１３０の一部分をエッチングして各上部固定電極１２２と各可動電極１４２とを分離する第４工程と、上部シリコン（ＵＳ）にパターニングされたエッチングマスク（ＵＭ）を利用して上部シリコン（ＵＳ）から下部シリコン（ＬＳ）までエッチングすることによって、それら上部シリコン（ＵＳ）と下部シリコン（ＬＳ）とを揃える第５工程と、各上部固定電極１２２と各下部固定電極１１２との間に各可動電極１４２を配置する第６工程とを順次行うものである。
　以下、本発明に係る微細駆動機構の製造方法をより詳細に説明する。まず、母材は、上部シリコン（ＵＳ）と、絶縁層１３０と、下部シリコン（ＬＳ）とからなるウェーハ状のいわゆるＳＯＩ(絶縁体上シリコン：Silicon on Insulator)基板として形成される。引き続く工程を経て、上部シリコン（ＵＳ）は上部固定電極１２２及び可動電極１４２として形成され、下部シリコン（ＬＳ）は下部固定電極１１２として形成される。
　ここで、母材をなす下部素材及び上部素材は、シリコン材料だけでなく、半導体材料又は導体材料であっても良い。絶縁層１３０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリマー薄膜などの多様な材料により形成することができ、微細駆動機構の製造方法に応じて適切な物質を選択することが好ましい。
　図７Ａに示したようにウェーハ状の母材が準備されると、表面の汚染物質を除去する洗浄工程を行い、フォトリソグラフフィ工程、薄膜蒸着工程、エッチング工程などの一連の半導体製造工程を使用して、下部シリコン（ＬＳ）の表面にエッチングマスクをパターニングする。
　次いで、図７Ｂに示したように、エッチングマスクから露出した下部シリコン（ＬＳ）の一部を、異方性エッチング技術の一種であるシリコン深反応性イオンエッチング(silicon deep reactive ion etching)などの方法により、垂直方向に選択的に除去して絶縁層１３０を露出させ、下部基板１１０の下部固定電極１１２を形成する。下部シリコン（ＬＳ）をエッチングすることによって下部固定電極１１２を完成させた後、このエッチングマスク（ＬＭ）を選択的に除去する。
　次いで、図７Ｃに示したように、上部シリコン（ＵＳ）の上面に、前述した半導体製造工程を使用してエッチングマスク（ＵＭ）をパターニングする。このエッチングマスク（ＵＭ）から露出した上部シリコン（ＵＳ）の一部を、前述したシリコン深反応性イオンエッチング技術により、絶縁層１３０が露出するまで垂直方向に選択的に除去する。
　図７Ｄに示したように、上部シリコン（ＵＳ）が選択的に除去されて露出したシリコン酸化膜の絶縁層１３０を、湿式化学エッチング又は乾式エッチングを使用して選択的に除去することによって、可動基板１４０の可動電極１４２と上部基板１２０の上部固定電極１２２とを分離する。
　その後、エッチングマスク（ＵＭ）を使用し、残留シリコンを深反応性イオンエッチング技術により上部シリコン（ＵＳ）から下部シリコン（ＬＳ）まで下側方向に除去すると、図７Ｅに示したように、上部基板１２０の上部固定電極１２２と下部基板１１０の下部固定電極１１２とが自然に揃うものである。次いで、図７Ｆに示したように、可動基板１４０の可動電極１４２の下側に残留する絶縁層１３０、及び上部固定電極１２２の上側に形成されたエッチングマスク（ＵＭ）を除去する。ここで、可動電極１４２の下側に残留する絶縁層１３０は除去せずに、微細電極構造体として利用することもできる。図７Ｃの段階において、上部シリコンのエッチングマスクのパターンを下部シリコンの形状に揃えるためには、マイクロマシニング（micro-machining）技術における両面整列(double side alignment)法を適用する。
　次いで、図7Ｇに示したように、可動基板１４０の可動電極１４２を、上部基板１２０の上部固定電極１２２と下部基板１１０の下部固定電極１１２との中間に位置するように配置又は重ね合わせて微細駆動機構の製造を終了する。
　可動電極１４２を上部固定電極１２２と下部固定電極１１２との中間に位置するように配置又は重ね合わせる方法は様々であるが、一例として、弾性部材を変形する方法でも良い。これは、弾性部材を可動電極に連結してその弾性部材を変形することによって、可動電極を光軸方向に配置又は重ね合わせる方法である。また、他の例として、バイメタルを利用することもできる。これは、相異なる熱膨張率を有するバイメタルを積層し、そのバイメタルに電力を供給して熱変形させることによって、可動電極を配置する方法である。また、更に他の例として、可動電極の自重を利用して可動電極を配置する方法がある。また、電歪効果を利用する方法であって、金属の導電性薄膜の間にＰＺＴやＺｎＯなどの圧電物質が挿入されたキャパシタを積層し、二つの導電性薄膜の間に所定の電圧を印加して変形させることによって、可動電極を配置する方法もある。
　以下、本発明の光記録再生装置の光ピックアップヘッドについて説明する。図８は本発明に係る光ピックアップヘッドを示した分解斜視図、図９は図８の平面図、図１０は図９のＣ−Ｃ線断面図、図１１は図８の微細駆動機構を示した斜視図、図１２は図１１の平面図、図１３は図１２のＤ−Ｄ線断面図である。
　図示されたように、本発明に係る光記録再生装置の光ピックアップヘッドは、中心部分に収束レンズ２０１が一体に形成された透明材料の基板構造を有するスライダー２００と、収束レンズ２０１に送受光部４０(図１８参照)の光ビームを伝達する対物レンズ４００を、光軸方向に微細駆動する対物レンズ微細駆動機構３００とを含んで構成されている。
　スライダー２００の下面には空気ベアリング面２０３が形成され、この空気ベアリング面２０３上には保護層又は潤滑層が形成される。スライダー２００の両面には、微細駆動機構３００とスライダー２００とを光軸方向に位置合わせするための位置合わせマーク２０４が形成されている。
　収束レンズ２０１は、光ビームをディスクの記録層上に収束するためのもので、スライダー２００の上面に一体に形成される。収束レンズ２０１には、反射防止コーティングが形成されることが好ましい。
　収束レンズ２０１の周囲には、光磁気記録方式の直接書換え機能（direct-rewritable function）を行うための磁界発生コイル２０２が形成される。但し、光ピックアップヘッドが、光磁気記録方式ではなく、相変化を利用する光記録装置に適用される場合は、この磁界発生コイル２０２を省略しても良い。磁界発生コイル２０２は、スライダー２００の上面に形成されたエッチング溝２００ａの底面に、光軸と同心に螺旋状の平面型コイルとして形成される。磁界発生コイル２０２は、収束レンズ２０１が形成された面に形成することもできるが、好ましくは、その面の背面に形成されるものである。磁界発生コイル２０２は、外部電源から電流が通電されると、その電流値に比例する磁界を光軸方向に発生させ、ディスクの記録層である光磁気材料の磁気分極を変更することによって、情報の記録及び書換えを可能にするものである。
　対物レンズ微細駆動機構３００は、スライダー２００の上部に配置され、中央部分に取付孔３１１が形成され、この取付孔３１１の内周面に所定間隔で形成された複数の下部固定電極３１２を有する下部基板３１０と、この下部基板３１０の上部に設けられ、下部基板３１０の形状に対応するように中央部分に取付孔３２１が形成され、この取付孔３２１の内周面に所定間隔で形成された複数の上部固定電極３２２を有する上部基板３２０と、これらの下部基板３１０と上部基板３２０との間に介在する絶縁層３３０と、光軸方向に駆動可能なように下部基板３１０の取付孔３１１及び上部記板３２０の取付孔３２１に挿入され、下部固定電極３２１及び上部固定電極３１２の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極３４２を有する可動基板３４０と、この可動基板３４０を駆動するため、下部基板３１０、上部基板３２０、及び可動基板３４０にそれぞれ電源を供給する複数の電極パッドＶd、Ｖu、Ｖmとを含んで構成されている。
　可動基板３４０の端部には、この可動基板３４０を弾性的に支持するための弾性部材３４１が設けられ、可動基板３４０の上面には、対物レンズ４００を取付けるための係止顎部３４１ａが形成されている。また、可動電極３４２と上部及び下部固定電極３１２、３２２との間には空隙ｇ1が形成されている。
　以下、図１４〜図１６に基づき、本発明に係る光ピックアップヘッドの焦点の深さの調節動作について説明する。図１４〜図１６は、焦点の深さの補正原理を説明するための縦断面図であって、図１４はディスクの保護層の厚さが適正であるときの焦点の深さを示した図面、図１５はディスクの保護層の厚さが薄いときの焦点の深さを示した図面、図１６はディスクの保護層の厚さが厚いときの焦点の深さを示した図面である。
　まず、図１４は、ディスク１２の記録層１２ｂ上の保護層１２ａの厚さが、光学設計における理想値と一致して厚さの誤差がなく、外部から入射される光ビームもやはり理想的な平行光の場合の図面である。図中において、Ｇはディスク１２の保護層１２ａの上面とスライダー２００の底面との距離、ｔ0は光学設計における公差内にある保護層の厚さの理想値、Ｉ0は対物レンズ４００と収束レンズ２０１との距離である。
　この状態では、対物レンズ４００を駆動せずに基準位置(null position)で光信号を記録及び再生しても、光ビームの焦点が、回転するディスク１２の記録層１２ｂ上に正確に形成されるため、光信号の劣化が発生せずに安定した動作が実施される。
　図１５は、ディスク１２の保護層１２ａの厚さｔ1が、光学設計における理想値よりも薄く形成された場合の図面である。図中において、Ｇはディスク１２の保護層１２ａの上面とスライダー２００の底面との距離、ｔ1は光学設計における理想値よりも薄く形成された保護層の厚さ、Ｉ1は対物レンズ４００と収束レンズ２０１との距離である。
　このような正常でない状態では、微細駆動機構３００により対物レンズ４００を上方に移動して間隔Ｉ1を増加させ、焦点の深さをスライダー２００の底面から遠くすることによって、ディスク１２の薄い保護層１２ａの厚さが補正される。ここで、ディスクの時間当り回転数、即ち回転角速度が一定である場合には、保護層の厚さが薄くても、光ピックアップヘッドがディスクの表面から浮上する間隙は、理想的な保護層の厚さを有するディスク上を滑走する場合の浮上高さＧから変わることなく、対物レンズ微細駆動機構により補正すべき焦点距離の変化は、ディスクの保護層の厚さの変化部分を相殺する程度であれば十分である。
　最後に、図１６は、ディスク１２の記録層１２ｂ上の保護層１２ａの厚さｔ2が、理想的な設計値よりも厚い場合の図面である。図中において、Ｇはディスク１２の保護層１２ａの上面とスライダー２００の底面との距離、ｔ2は光学設計における理想値よりも厚く形成された保護層の厚さ、Ｉ2は対物レンズ４００と収束レンズ２０１との距離である。
　このような正常でない状態では、微細駆動機構３００により対物レンズ４００を下方に移動して間隔Ｉ2を減少させ、焦点の深さをスライダー２００の底面から近くすることによって、ディスク１２の厚い保護層１２ａの厚さが補正される。
　また、個別の光学系を組立る際の誤差、及び各光学要素の形状誤差や性能誤差に起因する入射光の誤差に対しても、ディスクの記録層上に光ビームが最適状態に維持されるように、微細駆動機構による焦点の深さの補正が行われる。
　以下、本発明に係る光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法の一例について説明する。本発明に係る光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法の一例においては、マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、この収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構とをそれぞれの部品として製造する第１工程と、スライダーと対物レンズ駆動機構とを位置合わせマークの使用により位置合わせして接合する第２工程と、対物レンズを、収束レンズと同じ光軸方向に揃える第３工程とを順次行うものである。
　本発明に係る光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法の他の例においては、　マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、この収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構とをウェーハ状に製造する第１工程と、スライダーと対物レンズ駆動機構が複数配列された各ウェーハを、位置合わせマークの使用により位置合わせして接合する第２工程と、接合されたウェーハを、個別の光ピックアップヘッドチップに切断する第３工程と、対物レンズと収束レンズとを、光軸方向に揃うように設ける第４工程とを順次行うものである。
　この例では、第２工程における位置合わせ及び接合技術は、収束レンズを構成する基板がナトリウムなどの不純物を含有するガラス基板、例えば、Ｐｙｒｅｘ　＃７７４０などの場合、シリコン基板に微細駆動機構を構成し、陽極接合(anodic bonding)技術を使用することができる。
本発明に係る微細駆動機構の一部を示した斜視図である。 図１の平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る微細駆動機構の原理を説明するための図面である。 図５の要部拡大図である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る微細駆動機構の製造工程方法を説明するための図面である。 本発明に係る光ピックアップヘッドを示した分解斜視図である。 図８の平面図である。 図９のＣ−Ｃ線断面図である。 図８の微細駆動機を示した斜視図である。 図１１の平面図である。 図１２のＤ−Ｄ線断面図である。 ディスクの保護層の厚さが適正であるときの焦点の深さを示した縦断面図である。 ディスクの保護層の厚さが薄いときの焦点の深さを示した縦断面図である。 ディスクの保護層の厚さが厚いときの焦点の深さを示した縦断面図である。 従来の光記録再生装置を示した平面図である。 従来の光記録再生装置の光ピックアップヘッドを示した断面図である。
符号の説明
　１１０，３１０　下部基板
　１１２，３１２　下部固定電極
　１２０，３２０　上部基板
　１３０　絶縁層
　１２２，３２２　上部固定電極
　１４０，３４０　可動基板
　１４２，３４２　可動電極
　１５０　バネ
　１７０　ダンパ
　２００　スライダー
　２０１　収束レンズ
　２０２　磁界発生コイル
　２０３　空気ベアリング面
　３００　対物レンズ微細駆動機構
　３１１　取付孔
　４００　対物レンズ

Claims (21)

  1. 　一側面に所定の間隔で形成された複数の下部固定電極を有する下部基板と、
    　該下部基板の形状に対応するように一側面に所定の間隔で形成された複数の上部固定電極を有し、前記下部基板上に設けられた上部基板と、
    　前記下部基板と前記上部基板との間に介在する絶縁層と、
    　前記下部固定電極及び前記上部固定電極の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極を有し、光軸方向に駆動可能に設けられた可動基板と、
    　該可動基板を初期位置に弾性復元させるため、該可動基板に設けられた弾性部材と、
    　前記可動基板を駆動するため、前記下部基板、前記上部基板、及び前記可動基板に電力を供給する電源部と、
    　を含んで構成されることを特徴とする微細駆動機構。
  2. 　前記弾性部材は、梁状又は板状に構成された一つ以上のバネ要素であることを特徴とする請求項1に記載の微細駆動機構。
  3. 　前記弾性部材は、バイメタルが付加された梁状又は板状のバネ要素であることを特徴とする請求項1に記載の微細駆動機構。
  4. 　前記弾性部材は、導電性薄膜が付加された梁状又は板状のバネ要素であることを特徴とする請求項1に記載の微細駆動機構。
  5. 　前記可動基板の他方の側に設けられたダンパを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の微細駆動機構。
  6. 　下部素材と、上部素材と、該下部素材と該上部素材との間に介在する絶縁層とを有して形成された母材を準備する第１工程と、
    　前記下部素材の表面にエッチングマスクをパターニングし、該エッチングマスクから露出した該下部素材の一部分を垂直方向に除去して前記絶縁層を露出させ、下部固定電極を形成する第２工程と、
    　前記下部素材にパターニングされた前記エッチングマスクを除去し、前記上部素材の表面にエッチングマスクをパターニングし、該エッチングマスクから露出した該上部素材の一部分を垂直方向に除去して前記絶縁層を露出させ、上部固定電極を形成する第３工程と、
    　前記絶縁層の一部分をエッチングして前記上部固定電極と可動電極とを分離する第４工程と、
    　前記上部素材にパターニングされた前記エッチングマスクを利用して前記上部素材から前記下部素材までエッチングすることによって、前記上部素材と前記下部素材とを揃える第５工程と、
    　前記上部固定電極と前記下部固定電極との間に前記可動電極を配置する第６工程と、
    　を順次行うことを特徴とする微細駆動機構の製造方法。
  7. 　前記上部素材及び前記下部素材は、シリコン、導体、及び半導体のいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  8. 　前記第１工程における前記母材は、絶縁体上シリコン（SOI）であることを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  9. 　前記上部素材と前記下部素材とを揃えるために両面整列法を用いることを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  10. 　前記第５工程において、反応性イオンエッチング法を用いることを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  11. 　前記第６工程において、前記上部固定電極と前記下部固定電極との間に前記可動電極を配置するため、弾性部材であるバネ要素の表面に圧縮残留応力を有する薄膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  12. 　前記第６工程において、前記上部固定電極と前記下部固定電極との間に前記可動電極を配置するため、前記可動電極の自重を利用することを特徴とする請求項６に記載の微細駆動機構の製造方法。
  13. 　中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲には磁界発生コイルが形成され、下面には空気ベアリング面が形成されたスライダーと、
    　前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ微細駆動機構と、
    　を含んで構成されることを特徴とする微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  14. 　前記スライダーは、透明材料からなる基板構造を有することを特徴とする請求項１３に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  15. 　前記対物レンズ微細駆動機構は、
    　前記スライダーの上部に配置され、中央部分に取付孔が形成され、該取付孔の内周面に所定間隔で形成された複数の下部固定電極を有する下部基板と、
    　前記下部基板の上部に設けられ、前記下部基板の形状に対応するように中央部分に取付孔が形成され、該取付孔の内周面に所定間隔で形成された複数の上部固定電極を有する上部基板と、
    　前記下部基板と前記上部基板との間に介在する絶縁層と、
    　光軸方向に駆動可能なように前記下部基板の取付孔及び前記上部基板の取付孔に挿入され、前記下部固定電極及び前記上部固定電極の間に交互に配列されるように外周面に形成された可動電極を有する可動基板と、
    　該可動基板を駆動するため、前記下部基板、前記上部基板、及び前記可動基板にそれぞれ電力を供給する複数の電極パッドと、
    　を含んで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  16. 　前記可動基板を初期位置に弾性復元させるため、該可動基板に設けられた弾性部材を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  17. 　前記弾性部材は、バネ要素であることを特徴とする請求項１６に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  18. 　前記収束レンズには、反射防止コーティングが形成されることを特徴とする請求項１３に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  19. 　前記空気ベアリング面には、保護層又は潤滑層が形成されることを特徴とする請求項13に記載の微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッド。
  20. 　マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構と、をそれぞれの部品として製造する第１工程と、
    　前記スライダーと前記対物レンズ駆動機構とを位置合わせマークの使用により位置合わせして接合する第２工程と、
    　前記対物レンズを、前記収束レンズと同じ光軸方向に揃える第３工程と、
    　を順次行うことを特徴とする微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法。
  21. 　マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を使用して、中央部分に収束レンズが一体に形成され、該収束レンズの周囲に磁界発生コイルが形成され、下面に空気ベアリング面が形成されたスライダーと、前記収束レンズに送受光部の光ビームを伝達する対物レンズを、光軸方向に微細駆動する対物レンズ駆動機構と、をウェーハ状に製造する第１工程と、
    　前記スライダーと前記対物レンズ駆動機構とを、位置合わせマークの使用によりウェーハ状態で位置合わせして接合する第２工程と、
    　前記接合されたウェーハを、個別の光ピックアップヘッドチップに切断する第３工程と、
    　前記対物レンズと前記収束レンズとを、光軸方向に揃うように設ける第４工程と、
    　を順次行うことを特徴とする微細駆動機構を有する光記録再生装置の光ピックアップヘッドの製造方法。
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