JP4898705B2 - 周辺の支持薄膜を含むデータ記録装置及び当該装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、記憶媒体に面して設けられたナノメータ規模のマイクロドットの２次元アレイと、その平面の感応領域の移動を可能にする外部フレーム上に記憶媒体の感応領域を固定する可撓性固定手段と、を含むデータ記録装置に関する。

本発明は、そのような装置の製造方法にも関する。

データ記録分野では、極めて大きな記憶容量が、ナノメータサイズの頂点を有するマイクロドットのアレイを改良することによって近年達成されてきた。電気機械であり得るアクチュエータは、記憶媒体を構成する媒体の面に対してマイクロドット全体のアレイの完全に統制される相対的な移動を可能にする。

頂点効果（ｔｉｐ ｅｆｆｅｃｔ）を伴うそのようなデータ記録装置では、全てのマイクロドットと記憶媒体の感応領域（記録領域）の完全なコンタクトが保証されなければならない。各マイクロドットの位置を個別に制御することは、システムの複雑性から予想不可能である。しかしながら、マイクロドットは、マイクロエレクトロニクスの技術から導き出される技術によって集合的な方法で製造され、製造に起因してマイクロドットの高さのばらつきが常に残る。このばらつきは極めて小さく、典型的には約１００ｎｍであるが、格子のマイクロドットの最も長いものは、他のものよりも記憶媒体を圧迫する。

この問題を克服するために、各マイクロドットは、近視野の顕微鏡を操作するのに用いられるマイクロドットアレイと同じように、カンチレバーの一端が張り出すことで支持される。そのとき、カンチレバーの可撓性は、押圧の応力を吸収可能にする。

文献「“Ｆｉｌｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｇａｐ： Ａ Ｃａｓｅ ｆｏｒ Ｏｎ−Ｃｈｉｐ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｏｒａｇｅ”、Ｓｔｅｖｅｎ Ｗ． Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ著、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＣＭＵ−ＣＳ−９９−１７４， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、１９９９年１１月出版」は、可撓性固定部によってマイクロドットを支持する基板に対するフレーム全体に接続される記憶媒体を伴うカンチレバーとマイクロドットのアレイの連携について説明する。記憶媒体の感応領域は、その結果、２つの垂直方向に動作するアクチュエータによってそれぞれ自身の平面に移動される。例えば、記憶媒体の移動は、各方向に約１００μｍであっても良い。数ｎＮ単位の接触力を制御するのと同時に、ミリメータ規模の素子（記憶媒体及びマイクロドットアレイ）は、ナノメータ精度で整列されなければならない。しかしながら、接面の平面性及び並列性は、それぞれ５０ｎｍ以下及び１μラジアン以下の許容値を暗示する。上記文献では、カンチレバー及び高価な動的整列プロセスを用いることによって、このことが可能になる。さらに、この文献に示される関節でつながった平行四辺形型の複雑な可撓性固定部は、多数の技術的ステップを必要とするので、高価である。そのような構造は、表現の程度で影響が与えられる高い機械的応力に起因するほど強くなくても良い。

他の解決手段は、補償されるマイクロドットの高さ方向のばらつきを可能にする可撓性薄膜を含む記憶媒体の利用に基づいて出願人によって提案されてきた。そのとき、マイクロドットは、カンチレバーなしに、集積もされるアドレッシング回路及び制御回路内の１つのベース基板上に直接的に形成される。マイクロドットのアドレッシング回路及び制御回路のこの完全に統制された製造は、装置のコストを低減することを可能にする。

このように、文献ＷＯ−Ａ−２００４／０３２１３２は、各リセスが少なくとも１つのマイクロドットに関連付けられるような複数のリセスを形成するフレームによって支持される可撓性薄膜を含む記憶媒体について説明する。占有率を低減するエッジ効果を取り除くために、記憶媒体は、瓦状に重なったフレームを伴う二重薄膜を含んでも良い。

文献ＷＯ−Ａ−２００５／０１３２７０では、記憶媒体は、例えば、ポリマーの可撓性層によって形成され、マイクロドットの高さ方向のばらつきを吸収する変形可能な記憶層を含む。

このアプローチは、マイクロドットの局部的な高さ方向のばらつきを吸収するには効果的であるが、接触力を克服するのと同時に、全てのマイクロドットを記憶媒体に接触させることを常に保証することはできない。このタイプの問題は、装置を組み立てる間又は熱的ドリフトに起因する変形の後に、マイクロドットを支持する基板の前面が部分的にくぼんでいる場合に特に生じる。

本発明の目的は、これらの欠点を示さないデータ記録装置、とりわけ、マイクロドットと記憶媒体の間の良好なコンタクトを保証できるより安価な装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、添付の特許請求の範囲に記載の装置、とりわけ、可撓性固定手段がその周辺で感応領域を広げ、その平面に対して垂直な感応領域の移動を可能にする可撓性固定薄膜によって形成されるという事実によって達成される。

記憶媒体の感応領域は、好ましくは、可撓性固定薄膜によってその周辺に広がる可撓性薄膜を含む。

本発明は、そのようなデータ記録装置の製造方法、とりわけ、可撓性薄膜を含み、可撓性薄膜及び固定薄膜が１つの部分に同時に形成される記憶媒体の感応領域の製造方法に関する。

その他の利点及び特徴は、非限定的な例示のみを目的として与えられた以下の本発明の特定の実施例の記述及び添付の図面からより明らかになるであろう。

データ記録装置は、マイクロドット２のアレイと共に記憶媒体１を慣習的に含む。上記文献では、記憶媒体１の感応領域は、その平面内で感応領域が移動できるように外部フレーム３上に可撓的に固定される。

図１〜３及び５では、文献ＷＯ−Ａ−２００４／０３２１３２のように、記憶媒体の感応領域は、内部フレーム５によって輪郭が描かれ、少なくとも１つのセルを形成する可撓性薄膜４を含む。明確化のために、図１及び２は、内部フレーム５によってその周辺で輪郭が描かれた単一セルを示す。実際には、セルはいくつでも良く、各セルは、好ましくは、正方形、長方形又は六角形形状を有し、薄膜は、瓦状に重なった二重薄膜でも良い。

図１〜５に図示されるように、記憶媒体の感応領域は、感応領域を広げる可撓性固定薄膜６、とりわけ、可撓性薄膜４によって外部フレーム３上に可撓的にその周辺に固定される。記憶媒体（マイクロドットを伴うコンタクトになるように設けられた）の前面の可撓性薄膜４、場合によっては固定薄膜６（図３）も覆う記憶層９が記憶媒体を完成させる。図１〜３及び５では、薄膜４は、単に内部フレーム５によって輪郭が描かれ、マイクロドット２は、基板８上に直接的に形成される。図４では、一方、薄膜４は、記憶媒体の背面上の支持領域１０によって覆われる。後者の場合には、感応領域は、例えば、カンチレバー１１を形成する基板８上への各マイクロドットの可撓性支持素子を固定することを必要とする半剛体である。媒体を構成する記憶層９とその読み出し回路の間の最小限のスペーサを保証するためには、基板８上にスペーシングパッド１２を形成することが望ましい。

薄膜４及び６は、任意の適切な方法によって１つの部分に同時に形成されても良い。従って、記憶媒体の背面を構成するシリコンウェハ上のスピンコーティングによって、遠心力によって広がるプラスチック材料を堆積することができる。用いられるプラスチック材料は、好ましくは、ポリマー、とりわけ、ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ^TMのようなベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂である。

薄膜４及び６を形成するプラスチック材料、場合によっては記憶層９の堆積の後に、外部フレーム３及び内部フレーム５又は支持領域１０が従来の方法（フォトリソグラフィ、ドライエッチング又はケミカルエッチング…）で得られる。例えば、フレーム３及び５は、シリコンウェハ内において、薄膜４及び６を形成する層を貫いて記憶媒体の背面から異方性ケミカルエッチングすることによって得られる。これらのステップ（薄膜の生成、記憶層の生成及びフレームの生成）の順番は、用いられる材料に関するプロセス制約に依存して必要に応じて反転されても良い。

プラスチック材料の層上に形成される記憶層９は、任意の型式、とりわけ、文献ＦＲ−Ａ−２８５６１８４に記載される型式であっても良い。

図２〜４に示されるように、感応領域がマイクロドット２に圧迫されることを保証し且つ内部フレーム５又は支持領域１０と連動して処理するアクチュエータ７（１つのアクチュエータ７は図２〜４に示される）の動作に起因するそれ自身の平面内の感応領域の可撓的移動を可能にするための移動の自由度を後者に与えるのと同時に、固定薄膜６は、このように可撓性薄膜４を含む記憶媒体の感応領域のための支持構造としての役割を果たす外薄膜の一種を構成する。周辺の固定薄膜６の寸法は、その剛性を確定する。その厚さは、好ましくは、約数μであり、その幅は約数ｍｍである。

固定薄膜６は、その可撓性を増加させるように軽量化されても良い。特定の場合によっては、エッチングステップにおいて、穿孔した又は可撓性ストライプが形成され、例えば図５のように湾曲した固定薄膜６を得るようにこの薄膜の面を縮小する。固定薄膜６のエッチングは、任意の従来の方法、とりわけ、マスクを用いた局部的なプラズマエッチング又はステンシルによって行われても良い。

上記文献では、カンチレバーの有無によらず、平面基板の前面上にマイクロドット２が形成される。しかしながら、基板の前面の変形は、とりわけ、装置を組み立てる間又は熱的ドリフトに起因して発生する傾向がある。そのような基板の前面をくぼませ又は鞍状にする変形は、記憶媒体１の感応領域といくつかのマイクロドット２の間のコンタクトの欠如を導く可能性がある。

図２〜７に示されるように、この問題は、凸状の前面８ａを有するマイクロドット２の支持基板８を用いることによって解決される。そのとき、全てのマイクロドット２の自由端は、実際には、記憶媒体１の感応領域に接触した状態になり、その可撓性は、少なくともマイクロドットの高さの変化の大部分を吸収するのに十分である。基板８の前面８ａのキャンバーは、極めて小さいままであるが、装置を組み立てる間又は熱的ドリフトに起因して反対方向に発生する傾向がある変形を考慮するのに十分である。実際には、凸状の面の曲線半径は、１ｍ〜５ｍの間に含まれても良い。好ましくは、約１０ｎｍ〜１００μｍのキャンバーに対応して約２ｍである。

そのような基板８の前面のキャンバーは、とりわけ、マイクロドットの形成前の前面８ａの化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって得られる。この場合には、図２〜４及び６に図示されるように、基板８の背面８ｂは、ほぼ平坦のままである。

前面８ａのキャンバーは、基板８上の機械的応力を適用することによっても得られる。この機械的応力は、例えば、前面８ａ上に圧縮的に圧迫される薄い層（図示されていない）の堆積又は背面８ｂ上に伸張的に圧迫される薄い層（図示されていない）の堆積によって達成される。いずれの場合にも、そのような機械的に圧縮的又は伸張的に圧迫される薄い層を適用することは、図７に示されるように、基板８の前面８ａ及び背面８ｂのほぼ平行な変形を引き起こす。特定の実施例では、薄い層は、圧迫されるシリコン窒化薄膜の層又はいかなる不利な効果もなく１ＧＰａの応力を支持することができる数百ｎｍの厚さを有する圧迫されるシリコンの層である。

圧迫される層は、とりわけ、イオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）堆積によって得られる。原型基板と呼ばれる別の基板によって予め圧迫され、任意の適切な移動技術、例えば、原型基板の接着及び薄型化によって上反りされる基板８に対して移動されても良い。基板８の厚さは、キャンバリングステップを促すように有利に選択されても良い。例えば、基板８は、例えば約１００μｍに低減される厚さを有しても良い。

記憶媒体の感応領域が十分な可撓性であるときには、マイクロドット２は、アドレッシング回路及び制御回路が集積されても良好なベース基板８上に、カンチレバーなしに直接形成されても良い。

上記に示されるように、薄膜４を含む記憶媒体１の感応領域の可撓性は、マイクロドット２と感応領域の間のコンタクトを確保し、マイクロドットの高さの変化のほとんどを吸収するために、凸状の面の基板と協同する。マイクロドット２を支持する前面８ａが凸状である基板８と図１〜５に係る記憶媒体の組み合わせは、全てのマイクロドット間の組立力の良好な再分配を保証する。実際には、組み立てが行われるときには、その平面内の感応領域の移動の自由度を失わない間に、外部フレーム３は、基板８に安全に取り付けられても良い。外部基板３は、とりわけ、ボンディング、熱溶融又は壁の間の接着を達成するための任意の他の方法のような従来の方法によって、基板８に固定されても良い。そのとき、組立力は、記憶媒体、とりわけ、マイクロドット２のアレイ上に可撓性薄膜４を含むその感応領域を圧迫する。各マイクロドット２によって加えられる基本的な力は約０．１ｎＮ〜１０ｎＮであっても良い。曲線半径の関数が選択される。例えば、そのとき、組立力は、１ｍＮより大きくても良い。

データ記録装置は、一般的には、記憶媒体１の感応領域及び感応領域のほぼ水平な面内のマイクロドット２の相対的な移動を可能にする手段（とりわけ、アクチュエータ７）を含む。マイクロドットを感応領域に接触させるためのマイクロドットの支持基板８に対してほぼ垂直（すなわち、縦横）方向への移動手段を含んでも良い。

例えば、図１に示された異なる素子の各寸法は以下の通りである。
−記憶媒体１の寸法ｃ１は約１５ｍｍ
−薄膜４の寸法ｃ２は約９．５ｍｍ
−内部フレーム５の幅ｌ１は約０．２５ｍｍ
−外部フレーム３の幅ｌ２は約０．５ｍｍ
−固定薄膜６の幅ｌ３は約２ｍｍ

本発明に係る装置の記憶媒体の詳細な実施例を図示する上面図である。 本発明に係る装置を関連付けられたアクチュエータと共に図示するＡ−Ａに沿った断面図である。 図２に係る装置の代替的な実施例を図示する断面図である。 図２に係る装置の代替的な実施例を図示する断面図である。 図１に係る記憶媒体の代替的な実施例を図示する上面図である。 本発明に係る凸状の面上にマイクロドットが形成されるデータ記録装置の代替的な実施例を図示する断面図である。 本発明に係る凸状の面上にマイクロドットが形成されるデータ記録装置の代替的な実施例を図示する断面図である。

Claims (11)

1. 基板（８）と、
   前記基板（８）上に配置されるナノメータ規模のマイクロドット（２）の２次元アレイと、
   前記マイクロドット（２）に面する記憶層（９）と、
   前記記憶層（９）を覆う可撓性薄膜（４）と、
   前記可撓性薄膜（４）を外部フレーム（３）上へ固定し、且つ、前記基板（８）に沿った面で前記可撓性薄膜（４）の移動を可能にする可撓性固定手段を備え、
   前記可撓性固定手段は、前記可撓性薄膜（４）の周辺に広がる固定薄膜（６）によって形成され、且つ、前記基板（８）に対して垂直に前記可撓性薄膜（４）の移動を可能にする、ことを特徴とするデータ記録装置。
2. 前記可撓性薄膜（４）及び前記固定薄膜（６）は、プラスチック材料から作られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記プラスチック材料は、ベンゾシクロブテンベース樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記マイクロドット（２）は、前記基板（８）の凸状の前面（８ａ）に直接形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置。
5. 前記凸状の前面（８ａ）は、１ｍ〜５ｍに含まれる曲線半径を有する請求項４に記載の装置。
6. 前記マイクロドット（２）をアドレッシングし、且つ、制御する、電気的手段（５）が、前記基板（８）に集積されることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記可撓性薄膜（４）及び前記固定薄膜（６）は、同時に形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置の製造方法。
8. 前記可撓性薄膜（４）及び前記固定薄膜（６）は、シリコンウェハ上のプラスチック材料のスピンコーティングによって形成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記固定薄膜（６）の表面の一部を除去するエッチングステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記外部フレーム（３）と、前記固定薄膜（６）の輪郭を描く内部フレーム（５）と、を形成するシリコンウェハのエッチングステップを含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記外部フレーム（３）と、前記可撓性薄膜（４）の支持領域（１０）と、を形成するシリコンウェハのエッチングステップを含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。

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