JPH07312880A

JPH07312880A - マイクロアクチュエータとマイクロピックアップと情報記憶装置

Info

Publication number: JPH07312880A
Application number: JP10107594A
Authority: JP
Inventors: Michihito Ueda; 路人上田; Tatsuo Ito; 達男伊藤; Kazuo Yokoyama; 和夫横山; Shinichi Mizuguchi; 信一水口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度記録に使用される情報記憶装置のマイ
クロピックアップの探針の位置決めを行うマイクロアク
チュエータにおいて、印加電圧の制御が容易で、さらに
位置決めに要する時間も短縮化したマイクロアクチュエ
ータを提供することを目的とする。【構成】多角形の移動板２と、移動板２を弾性支持し
かつ移動板２の内側で基板上に固定端を有する梁７ａ〜
７ｃと、移動板２の各辺に平行またはある角度をもたせ
て配置され、移動板２が静電力で吸着する電極８ａ〜８
ｇと、電極８ａ〜８ｇに選択的に電圧を印加する電圧印
加手段（図示せず）とからなる。【効果】容易な印加電圧制御で、高速に所定の回転角
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチングやリソグラ
フィなどのＩＣ製造方法によって作製されるマイクロア
クチュエータと、マイクロポジショナとして走査プロー
ブ顕微鏡のマルチプローブヘッドや情報記憶装置のピッ
クアップヘッドに用いることのできるピックアップ装置
と、そのピックアップ装置を用いた超高密度記録可能な
情報記憶装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロアクチュエータは単なる
研究としての興味の対象から、現存する装置及びその部
品の代替として、さらにはその微小領域で微小距離動作
できるという利点を積極的に生かす目的で、種々の製品
に応用する研究が為されてきている。中でも、走査プロ
ーブ顕微鏡により超高密度の記録を行う際のピックアッ
プとしての応用は、情報記憶装置が大容量化の一途をた
どる一方で装置の小型化が要求される中、その実現は一
段と切望されてきている。

【０００３】以下に従来のマイクロアクチュエータにつ
いて説明する。従来例としては、特開平６ー３８５６１
号公報（特願平４−１８３３４９号）に示されているマ
イクロアクチュエータが挙げられる。図６はこのマイク
ロアクチュエータを模式的に表す平面図を示すものであ
る。

【０００４】図６において、１０１はアンカーである。
１０２ａ〜１０２ｃは螺旋状の梁である。１０３は移動
板であり、移動板１０３はリング部１０７と、アーム部
１１０からなっている。１０４ａ〜１０４ｉは移動板１
０３の周囲に円周状に設けられた９個の電極であり、こ
れらの電極１０４ａ〜１０４ｉには図示しない電圧印加
手段によりそれぞれ配線が為されており、任意に選択し
て電圧を印加することができる。移動板１０３は、その
周囲に約１２０度間隔で配置された同一形状の３本の梁
１０２ａ〜１０２ｃにより、電極１０４ａ〜１０４ｉと
同芯に設けたアンカー１０１に支持されている。これら
の梁１０２ａ〜１０２ｃは幅数μｍ程度の螺旋形状をな
し、円周状の電極１０４ａ〜１０４ｉの中心に対して点
対称に配置されている。

【０００５】電極１０４ａ〜１０４ｉの内径は移動板１
０３の外径よりも数μｍ程度大きく設定されている。１
０５は基板である。なお、移動板１０３は梁１０２ａ〜
１０２ｃ及びアンカー１０１を介し、リング部１０７と
基板１０５の間の基板１０５表面に設けられた図示しな
い円形のシールド層に対して、常に電気的な導通を得る
ように構成され、さらにシールド層は図示しない配線に
より接地されている。また、電極１０４ａ〜１０４ｉの
内周には絶縁膜１０６が設けられ、移動板１０３と直接
電気的な接触をしないように構成されている。１１１は
探針であり、図示しない記録媒体上への記録ピットの形
成及びその読み出しを行なう。

【０００６】以上のように構成されたマイクロアクチュ
エータについて、以下、その動作について説明する。図
７は従来のマイクロアクチュエータの動作を説明する図
である。図７において、まず、電極１０４ａ及び１０４
ｂに同電圧を印加し励起すると、移動板１０３のリング
部１０７はこれらの電極に静電気的に吸引され、図７に
示すようにＯＡ方向に絶縁膜１０６に接触するまで移動
する。この時移動板１０３の位置規制部１０８が電極１
０６の案内部１０９と当接し、また、リング部１０７外
周が電極１０４ａ及び１０４ｂと密着することにより、
移動板１０３は所定の位置に案内され、確実に初期化さ
れる。同時に、アーム部１１０先端に設けた探針１１１
は図に示した１１２ａの位置に案内される。

【０００７】次に、励起する電極の組を１電極分だけず
らすと、リング部１０７は励起された２つの電極に吸引
されながら矢印Ｘ方向に公転する。この時、リング部１
０７は電極１０４ａ〜１０４ｉに対して転がり接触しな
がら移動するため、その外周と電極１０４ａ〜１０４ｉ
の内周との長さの差の分だけ自転することになる。そし
て、自転方向は公転方向とは逆の、矢印Ｙ方向となっ
て、探針１１１は１１２ｂの位置へ移動する。

【０００８】同様にして、励起する電極の組を１電極分
だけ順次ずらしていくことにより、リング部１０７をス
テップ状に回転駆動させ、探針の位置を１１２ａ〜１１
２ｈに位置決めすることができる。さらにこの従来例に
おいては、電極１０４ａ〜１０４ｉのピッチ角を所定の
角度に設定しておくことで、探針１１１の位置決めを等
ピッチで行えるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、移動板を回転させるために電圧を印加する
電極を順次切り替える必要があったため、電圧制御が複
雑となり、回転速度も制御速度に律速されてしまうとい
う問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、制御が容易で、且つ高速位置決めが可能なマイクロ
アクチュエータとマイクロピックアップと情報記憶装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第１の発明のマイクロアクチュエータは、基板上に
設けられた外周が多角形の移動板と、前記移動板を前記
移動板の内周の内側で弾性支持しかつ前記移動板の内周
の内側で基板上に固定端を有する梁と、前記移動板の外
側に前記移動板の各辺毎に配置された電極と、前記電極
に選択的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた構成
を有している。

【００１２】また、第２の発明のマイクロピックアップ
は基板上に設けられた外周が多角形の移動板と、前記移
動板の少なくとも１つ以上の辺に一体的に備えられたア
ームと、前記移動板を前記移動板の内周の内側で弾性支
持しかつ前記移動板の内周の内側で基板上に固定端を有
する梁と、前記移動板の外側に前記移動板の各辺毎に配
置された電極と、前記電極に選択的に電圧を印加する電
圧印加手段と、前記アーム先端に備えられた探針とから
成る構成を有している。

【００１３】さらに、第３の発明の情報記憶装置は、基
板上に設けられた外周が多角形の移動板と、前記移動板
の少なくとも１つ以上の辺に一体的に備えられたアーム
と、前記移動板を前記移動板の内周の内側で弾性支持し
かつ前記移動板の内周の内側で基板上に固定端を有する
梁と、前記移動板の外側に前記移動板の各辺毎に配置さ
れた電極と、前記電極に選択的に電圧を印加する電圧印
加手段と、前記アーム先端に配置された探針とを備えた
ことを特徴とするマイクロピックアップと、前記探針に
近接して配置されたディスク状回転記録媒体と、前記デ
ィスク状回転記録媒体を回転させる回転手段とからなる
構成を有している。

【００１４】

【作用】この構成によって第１の発明のマイクロアクチ
ュエータは、電圧を印加する電極を選択することで移動
板の回転角度を決定することができる。また、第２の発
明のマイクロピックアップは、電圧を印加する電極を選
択することでアーム部先端の探針の位置を決定すること
ができる。

【００１５】また、第３の発明の情報記憶装置は、ディ
スク状回転記録媒体上の第２の発明のマイクロピックア
ップにより位置決めされた位置に、円周状のピット列と
して情報の記録・再生を行うことができるようになる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１、図２は本発明の一実施
例におけるマイクロピックアップのそれぞれ上面図及び
断面図であり、それぞれの図において同一部には同一番
号を賦してある。

【００１８】図１、図２において、１は基板であり、本
実施例では、シリコンウェハーを１μｍ熱酸化し、シリ
コン窒化膜を１μｍ積層したものであり、サイズは縦２
００μｍ、横１０００μｍである。２は移動板であって
２．５μｍ厚の多結晶シリコンからなっている。移動板
２は多角形部３及びアーム部４からなっている。多角形
部３は、本実施例では正八角形の形状にしており、その
対辺の距離は１３０μｍである。５はシールド電極であ
り、図示しない配線により接地されている。６はアンカ
ーであり、下のシールド電極５上に形成され、これと電
気的に導通している。

【００１９】７ａ〜７ｃは移動板支持梁であり、本実施
例では螺旋状をしており、アンカー６を固定端とし移動
板２を弾性支持する一方、移動板２とアンカー６を接続
する配線としての機能を兼ねている。８ａ〜８ｇは、電
極であり、図示しない配線を通じて図示しない電圧制御
回路へ接続されている。電極８ａ〜８ｇと多角形部３と
の最短距離は３μｍである。９は多角形部３の各辺に設
けられた突起であり、１０は突起９に対応する溝であ
る。これらの突起９と溝１０は移動板多角形部３と電極
８ａ〜８ｇが静電力で吸着するときのずれを防ぐもので
ある。１１は探針であり、記録ピットの形成及び読み出
しを行う。本実施例の場合、探針１１とアンカー６の中
心との距離は８８２μｍとしている。

【００２０】１２は信号電極であり、探針１１と記録・
再生の信号を伝達する。１３ａ、１３ｂ、１４ａは電極
であり、電極１４ａのアーム部４基板１側側面にも同様
に電極１４ｂが配置されている。１５ａ，１５ｂは圧電
薄膜であり、その間にアーム部４を挟んだバイモルフ構
造としている。周知の如くピエゾ素子は電界の方向に応
じて伸長または収縮する性質を持つため、アーム部４を
接地した状態に保持しておき、電極１３ａ、１３ｂ、１
４ａ、１４ｂに正負の電圧を適当に印加することによ
り、圧電薄膜１５ａおよび１５ｂに与えられる電界を制
御してアーム部４のバイモルフ形成部を自由に伸縮、変
形させ、しかも圧電薄膜がきわめて高い分解能を持つこ
とから、その先端の探針１１を精密に駆動して、試料の
走査をすることができる。１６は絶縁層であり本実施例
では多結晶シリコン熱酸化膜とシリコン窒化膜から構成
されており、移動板２の多角形部３が電極８ａ〜８ｇに
静電力により吸着した時に電気的に導通してしまわない
ようにしている。本実施例では、絶縁層の厚みは０．５
μｍとしている。

【００２１】以上のように構成されたマイクロアクチュ
エータについて、図３を用いてその動作を説明する。図
３は電極８ｅに電圧を印加したときのマイクロピックア
ップの動作時の様子を示したものであり、図３におい
て、図１、図２と同一物には同一の番号を賦記し説明を
省略する。１７ａ〜１７ｇは、電極８ａ〜８ｇに電圧を
印加したときの探針位置である。

【００２２】電極８ｅに電圧を印加すると、多角形部３
は静電力により電極側８ｅへ引き付けられ、最終的には
図３に示すような電極８ｅに吸着された状態となる。こ
の時のアーム部４先端の探針１１の位置は、吸着される
多角形部３の辺の、電圧を印加していないときの位置
（以下原点位置と記述）と電極８ａ〜８ｇに吸着してい
るときの位置の最短距離及び電極８ａ〜８ｇと多角形部
３が原点位置にあるときの辺とがなす角度により決定さ
れる。

【００２３】そこで、本実施例では１４．３μｍおきに
探針１１を位置決めさせるために電極８ａ〜８ｇは多角
形部各辺に対して、それぞれ反時計回りを正として−
２．１度、−１．４度、−０．７度、０．０度、０．９
度、２．６度、３．１度の角度をつけてある。結局、探
針１１は電極８ａ〜８ｇに電圧を印加すると、それぞれ
探針位置１７ａ〜１７ｇへ１４．３μｍおきに位置決め
される。その後、アーム部４の電極１３ａ、１３ｂ、１
４ａ、１４ｂに電圧を印加することで探針位置を、さら
に位置決めされた位置から±７．１５μｍの微小距離ス
キャンさせる。本発明ではこの１４．３μｍ幅を１９０
分割し約７５ｎｍごとに記録ピット列を形成している。

【００２４】この様な構造にすることで、探針位置は電
圧を印加する電極を選択することで一義的に決定するこ
とができ、しかも従来のように電圧を切り替えて移動板
を回転させる必要がなくなるためその制御は極めて容易
となり、また探針の位置決めに必要とされる時間も短縮
される。

【００２５】以上のように本実施例によれば、アンカー
と、そこに固定端を有する螺旋状の梁に支持された八角
形の移動板と、移動板の７つの辺に対して所定の角度を
つけて配置された電極を設けることにより、電圧を印加
する電極を選択するだけで、アーム部先端の探針の位置
を１４．３μｍおきに正確に位置決めすることができる
ため、電極を順次切り替える必要がなくなり、電圧印加
の制御が容易となり、しかも位置決めに要する時間も短
縮され高速位置決めが実現される。

【００２６】（実施例２）以下本発明の一実施例の情報
記憶装置について図面を参照しながら説明する。図４は
本発明の一実施例の情報記憶装置の斜視図である。

【００２７】図４において、１８はディスク状の記録媒
体であり、例えば導電性支持体上に二硫化モリブデンの
薄膜を形成した構成になっている。本実施例では、導電
性支持体として単結晶Ｓｉを用い、その直径は約１０ｍ
ｍである。１９は回転機構であり、記録媒体１８は、例
えばサーボモータ等で構成された回転機構１９のシャフ
トに連結されており、所定速度で回転される。

【００２８】２０はピックアップ装置であり、ピックア
ップ装置２０は記録媒体１８と回転機構１９の間におい
て、記録媒体１８の記録面に対して所定距離を隔てて設
けられている。２１は筐体であり、記録媒体１８、回転
機構１９、ピックアップ装置２０等は筐体２１の内部に
設けられており、回転機構１９は筐体２１の底面に固定
されている。２２はピクアップ装置支持部であり、筐体
２１の壁面に固定されている。

【００２９】次に、図５にピックアップ装置２０の構成
の概略を示す。図５において、２３は第１の実施例で記
述した、マイクロピックアップである。図５に示すよう
に、マイクロピックアップ２３を複数個並べた列を２列
に配置している。なお、本実施例ではマイクロピックア
ップを５０個並べたものを２列に配置しているが、図に
はその一部のみを示している。各マイクロピックアップ
２３の探針移動可能距離が１００μｍで、各マイクロピ
ックアップの縦の長さが２００μｍであることから、こ
のような配置にすることで隙間なく記録媒体１８に記録
を行なうことができる。２４は回路であり、各マイクロ
ピックアップの動作の制御、及びマイクロピックアップ
から得られる信号の処理を実行する。２５は基板であ
り、本実施例では単結晶シリコンである。

【００３０】以上のように構成された情報記憶装置の動
作を以下説明する。まず、回転機構１９により記録媒体
１８が回転される。次に、回路２４に接続された図示し
ない配線を通じて、情報の読み出しまたは書き込みの命
令が入力されると、命令に応じて回路２４によりマイク
ロピックアップ２３が駆動される。まず、動作させるマ
イクロピックアップ２３のいずれかが選択され、次に選
択されたマイクロピックアップ２３の探針１１の位置が
電極８ａ〜８ｇのいずれかに電圧を印加することで決定
される。このように、探針を１４．３μｍおきに位置決
めした後、回路２４により、電極１３ａ，１３ｂ，１４
ａ，１４ｂに適宜電圧が印加され、アーム部４は記録媒
体１８側へ湾曲し、探針１１は記録媒体１８に接触また
は接近する。

【００３１】本実施例の場合、探針１１と記録媒体１８
間に流れるトンネル電流を検出し、これを一定とするよ
うに電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂに印加する電
圧を回路２４により適当に制御させることで、常に回転
記録媒体１８と探針１１の距離が一定になるようにして
いる。さらに、電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂに
印加する電圧を変化させ、アーム部４を記録媒体１８の
直径と平行な方向に探針を微小距離スキャンさせ、記録
媒体１８の希望する場所へ探針１１が移動され、情報の
読み出しまたは書き込みが行なわれる。

【００３２】情報の読み出しは、本実施例では表面の凹
凸の検出により行なわれ、読み出された信号は信号電極
１２を通して再び回路２４へ送り返され、２値化処理さ
れた後、図示しない配線から外部へ出力される。また、
情報の書き込みは、本実施例では探針に電圧を印加する
ことで記録媒体１８上に円周状のピット列として微小な
穴を形成させることで行なっている。

【００３３】以上のように実施例１に示したマイクロピ
ックアップを複数個並列に配置し、さらに駆動制御及び
信号処理を行う回路を同一基板上に形成したピックアッ
プ装置をディスク状の回転記録媒体に接近させて配置す
ることにより、小型・大容量の記憶装置を実現できる。
特に、マイクロピックアップの探針の位置決めが簡略化
されたことで、高速な位置決めが可能となり、さらにマ
イクロピックアップの動作を制御する回路も簡略化する
ことができる。

【００３４】なお、実施例１において、多角形部３に突
起９を、電極８ａ〜８ｇに溝１０を設けたが、これを逆
にして、多角形部に溝、電極に突起を設ける構成にして
もよい。また、突起９、溝１０の形状は、本実施例では
三角形形状をなしているが、これを、例えば半円形状や
半楕円形状や長方形形状としてもよい。また、多角形部
３を正多角形としたが、電極８ａ〜８ｇの配置を正多角
形状にし、多角形部３の各辺に必要な傾斜をつける構成
にしてもよい。

【００３５】また、実施例２において、記録・再生時に
１つのマイクロピックアップのみを動作させたが、同時
に複数のマイクロピックアップを動作させてもよい。ま
た、記録媒体として二硫化モリブデンの薄膜を用いた
が、これをエピタキシャル成長させた金や、二セレン化
タンブステン、ＨＯＰＧ（高配向性グラファイト）等の
薄膜を用いてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように第１の発明のマイクロアク
チュエータは、電圧を印加する電極を選択することで移
動板の回転角度を正確に決定することができる。

【００３７】また、第２の発明のマイクロピックアップ
は、電圧を印加する電極を選択することでアーム部先端
の探針の位置を決定することができ、電圧の印加制御が
容易で、しかも高速に位置決めが可能となる。

【００３８】また、第３の発明の情報記憶装置は、ディ
スク状回転記録媒体上の第２の発明のマイクロピックア
ップにより位置決めされた位置に、円周状のピット列と
して情報の記録・再生を行うことができるようになり、
制御が容易で、小型で大容量の記憶装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるマイクロピック
アップの平面図

【図２】同実施例における断面図

【図３】同実施例の動作を示す図

【図４】本発明の第２の実施例における情報記憶装置の
斜視図

【図５】同実施例におけるピックアップ装置の平面図

【図６】従来のマイクロアクチュエータの平面図

【図７】同従来例の動作を示す図

【符号の説明】

１基板２移動板３多角形部４アーム部５シールド層６アンカー７ａ〜７ｃ梁８ａ〜８ｇ電極９突起１０溝１１探針１２信号電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ電極１５ａ，１５ｂ圧電薄膜１６絶縁層１７ａ〜１７ｇ探針位置１８ディスク状の記録媒体１９回転機構２０ピックアップ装置２１筐体２２ピックアップ装置支持部２３マイクロピックアップ２４回路２５基板

フロントページの続き (72)発明者水口信一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた外周が多角形の移動板
と、前記移動板を前記移動板の内周の内側で弾性支持し
かつ前記移動板の内周の内側で前記基板上に固定端を有
する梁と、前記移動板の外側に前記移動板の各辺毎に配
置された電極と、前記電極に選択的に電圧を印加する電
圧印加手段とを備えたことを特徴とするマイクロアクチ
ュエータ。
【請求項２】電極と多角形の移動板の各辺の、どちらか
一方に設けられた突起と、他方に前記突起が嵌入される
溝とを備えた請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】外周が多角形の移動板の少なくとも１つ以
上の辺にアームを一体的に備えた請求項１記載のマイク
ロアクチュエータ。
【請求項４】基板上に設けられた外周が多角形の移動板
と、前記移動板の少なくとも１つ以上の辺に一体的に備
えられたアームと、前記移動板を前記移動板の内周の内
側で弾性支持しかつ前記移動板の内周の内側で前記基板
上に固定端を有する梁と、前記移動板の外側に前記移動
板の各辺毎に配置された電極と、前記電極に選択的に電
圧を印加する電圧印加手段と、前記アーム先端に配置さ
れた探針とを備えたことを特徴とするマイクロピックア
ップ。
【請求項５】基板上に設けられた外周が多角形の移動板
と、前記移動板の少なくとも１つ以上の辺に一体的に備
えられたアームと、前記移動板を前記移動板の内周の内
側で弾性支持しかつ前記移動板の内周の内側で基板上に
固定端を有する梁と、前記移動板の外側に前記移動板の
各辺毎に配置された電極と、前記電極に選択的に電圧を
印加する電圧印加手段と、前記アーム先端に配置された
探針とを備えたことを特徴とするマイクロピックアップ
と、前記探針に近接して配置されたディスク状回転記録
媒体と、前記ディスク状回転記録媒体を回転させる回転
手段とを備えたことを特徴とする情報記憶装置。