KR100400761B1 - 부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

근접장 광학계에 사용되는 부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 하나의 개구부와 슬라이더 헤드의 중량을 최소화하는 다수개의 트랜치를 갖는 기판에서, 기판의 개구부에 SIL(solid immersion lens)이 장착되고, 기판의 하부면에 SIL을 지지하는 지지 패드와 기판을 부양시키는 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface)가 구성된다. 여기서, 트랜치는 정육각형 모양이고, 지지 패드의 중심영역에는 SIL을 지지하는 투명 박막이 형성되며, 에어-베어링 서페이스의 앞부분은 소정 각도로 경사진 테이퍼드 에지(tapered edge)로 이루어진다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 마이크로머시닝 기법으로 미세한 트랜치들을 형성하여 슬라이더 헤드의 무게를 경량화하여 고속 탐색이 가능하고, 에어-베어링 서페이스가 집적화되어 있어 공기 부양 방식에 의한 근접장 미소 간극을 미세하게 조절할 수 있어 고밀도 광 저장 장치에 적합하다.

Description

부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법{flying slider head and method for fabricating the same}
본 발명은 근접장 광학계에 사용되는 부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 보다 선명한 화상 정보에 대한 요구와 개인 정보 단말기에서 필수적인 소형, 경량화된 대용량의 정보 저장 장치의 요구를 충족시키기 위해서는 정보 기록 밀도의 획기적인 증가가 요구되고 있다.
이에 대한 기술적인 대응으로 컴퓨터의 보조 기억 장치로 이용되는 하드 디스크(hard disk) 등의 자기 정보 기록 장치의 기록 밀도 향상이 계속되고 있으며, CD, DVD 등의 광 기록 장치의 기록 밀도를 증가시키기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
그런데, 대용량의 정보 저장 장치의 요구 성능에는 높은 기록 밀도뿐만 아니라 정보의 기록 및 재생을 위한 데이터 탐색 속도(access speed) 역시 고속화되어야 한다.
또한, 데이터 기록 밀도의 증가는 데이터 단위 비트(bit) 크기의 축소를 의미하며, 이에 상응하여 데이터 트랙 피치가 줄어들게 된다.
따라서, 기록/재생을 위한 픽업 헤드의 트래킹(tracking) 정밀도 역시 기록 밀도의 증가에 대응하여 높아져야 한다.
이와 같이 트래킹 속도 및 정밀도를 향상시키기 위해서는 픽업 장치의 소형화 및 경량화가 필수적이다.
픽업 장치의 응답 특성(transient characteristics)을 결정하는 변수로는 현가된(suspended) 픽업 장치의 탄성 계수(spring constant) 및 픽업 장치의 유효 질량(effective mass) 및 감쇄 상수(damping constant) 등이 있다.
일반적으로 기계적 시스템의 응답 속도는 이 시스템의 공진 주파수(resonant frequency)에 비례하게 되며, 구조물의 공진 주파수는 다음 식과 같이 표현된다.
이 식에서 fr은 구조물의 공진 주파수, k는 진동 방향에 대한 구조물의 탄성 계수, M은 구조물의 질량을 각각 나타낸다.
이와 같이, 근접장 광 또는 자기 정보 저장 장치 등에 사용되는 구조물의 경우, 탄성 계수인 스프링 상수 k는 일정하므로 구조물의 질량 M을 줄이게 되면 고속 트래킹에 적합한 응답 속도를 얻을 수 있을 것이다.
따라서, 앞으로는 픽업 장치의 질량 및 탄성 계수 등과 같이 응답 특성을 결정하는 변수들을 제어하여 픽업 장치의 트래킹 응답 속도를 높일 수 있는 연구가 진행되어야 할 것이다.
본 발명의 목적은 픽업 장치의 슬라이더 헤드를 소형, 경량화하여 픽업 장치의 트래킹 응답 속도를 높일 수 있는 부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface) 구조를 집적화하여 위치 제어의 정밀도를 높일 수 있는 부상형 슬라이더 헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 에어-베어링 서페이스가 집적된 본 발명의 부상형 슬라이더 헤드를 보여주는 전면 사시도 및 후면 사시도
도 2는 본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드를 적용한 고밀도 광 정보 저장 장치의 시스템을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드를 보여주는 평면도
도 4a 내지 도 4h는 본 발명 도 3b의 A-B 선상에 따른 부상형 슬라이더 헤드의 제작하는 공정을 보여주는 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 트랜치
3 : 개구부 4,11 : 바닥 박막
5 : 테이퍼 에지 6 : 레일
7 : SIL 8 :지지 패드
9,12 : 투명 박막 11 : SIL
13 : 마스크막 21 : 광원
22 : 시준렌즈 23 : 광 분할기
24 : 미러 25,27 : 집속렌즈
26 : 광 분석기 28 : 광 검출기
30 : 슬라이더 서스펜션 50 : 광 디스크
100 : 슬라이더 헤드
본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드는 하나의 개구부와 슬라이더 헤드의 중량을 최소화하는 다수개의 트랜치를 갖는 기판과, 기판의 개구부에 장착되는 SIL(solid immersion lens)과, 기판의 하부면에 형성되어 상기 SIL을 지지하는 지지 패드와, 기판의 하부면에 형성되어 기판을 부양시키는 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface)를 포함하여 구성된다.
여기서, 트랜치는 정육각형 모양이고, 지지 패드의 중심영역에는 상기 SIL을 지지하는 투명 박막이 형성된다.
그리고, 에어-베어링 서페이스는 기판의 가장자리에 형성되고 앞부분은 소정 각도로 경사진 테이퍼드 에지(tapered edge)로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드의 제조방법은 기판 상/하부면에 각각 에어-베어링 서페이스 바닥박막 및 투명 박막을 순차적으로 형성하는 제 1 단계와, 기판 하부면의 투명 박막을 패터닝하여 에어-베어링 서페이스와 지지 패드를형성하는 제 2 단계와, 기판 상부면의 투명 박막 위에 마스크막을 형성하고 패터닝하여 소정영역의 투명 박막을 노출시키는 제 3 단계와, 노출된 투명 박막 및 그 하부의 기판을 소정 깊이로 식각하여 다수개의 트랜치들을 형성함과 동시에 지지 패드가 형성된 영역의 투명 박막 및 기판을 식각하여 지지 패드가 노출되도록 개구부를 형성하는 제 4 단계와, 남아 있는 마스크막을 제거하고 에어-베어링 서페이스의 에지(edge)를 소정 각도의 경사를 갖도록 절삭한 후 개구부의 지지 패드 위에 SIL을 장착하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 트랜치 및 개구부는 이방성 건식 식각으로 식각한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 마이크로머시닝 기법으로 미세한 트랜치들을 형성하여 슬라이더 헤드의 무게를 경량화하여 고속 탐색이 가능하고, 에어-베어링 서페이스가 집적화되어 있어 공기 부양 방식에 의한 근접장 미소 간극을 미세하게 조절할 수 있어 고밀도 광 저장 장치에 적합하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 개념은 에어-베어링 서페이스를 집적화하고 실리콘 마이크로머시닝 기법으로 기능적으로 불필요한 일부분을 제거하여 슬라이더 헤드의 질량을 줄여 픽업 장치의 응답 속도를 개선하고 위치 제어 정밀도를 향상시키는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 에어-베어링 서페이스가 집적된 본 발명의 부상형 슬라이더 헤드를 보여주는 전면 사시도 및 후면 사시도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 슬라이더 헤드(100)는 기판(1)에는 SIL(solid immersion lens)(7)이 장착되는 개구부(3)가 형성되어 있고, 그 주변에는 벌집 모양의 미세 트랜치(2)들이 형성되어 있다.
여기서, 벌집 구조(honeycomb shape)의 트랜치(2)들을 형성하는 이유는 기판(1)의 기계적 강성은 유지하면서도 슬라이더 헤드(100)의 중량을 상당히 줄일 수 있게 되어 슬라이더 헤드가 장착된 트래킹 장치의 응답 속도를 증가시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 트랜치 형태를 정육각형인 벌집 모양으로 하는 이유는 트랜치의 밀도 또는 필 팩터(fill factor)를 가장 높게 할 수 있어 슬라이더 헤드의 중량을 최소화할 수 있기 때문이다.
여기서는 일 예로서, 트랜치(2)를 정육각형의 벌집 모양으로 식각하였지만, 다각형, 원형, 타원형 등의 다른 모양으로 식각하여도 중량을 많이 줄일 수 있다.
그리고, 기판(1)의 하부면에는 에어-베어링 서페이스 바닥박막(4)이 형성되고, 개구부(3)가 형성된 영역에는 바닥박막(4)으로부터 돌출되어 지지 패드(8)가 형성되며, 지지 패드(8)의 중심부에는 SIL(7)을 지지하는 투명 박막(9)이 형성되어 있다.
또한, 기판(1)의 하부면에는 기판(1)을 유체 역학적인 부양에 의해 정보 저장 디스크와의 근접장 간극을 유지시켜주는 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface)가 형성되는데, 에어-베어링 서페이스는 앞부분이 소정 각도로 경사진 테이퍼 에지(tapered edge)(5) 및 레일(rail)(6) 부분으로 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드를 적용한 고밀도 광 정보 저장 장치의 시스템을 보여주는 도면이다.
이 광 정보 저장 장치용 픽업의 동작을 광로에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저, 레이저 다이오드 등의 레이저 광원(21)으로부터 방사되는 입력 레이저 빔이 시준 렌즈(collimator)(22)에 의해 평행광으로 바뀌고, 미러(24)에 반사되어 광로를 변경하여 근접장 광학계의 일차 집속 렌즈(25)를 투과하며, 본 발명에 의한 초경량 소형 슬라이더 헤드(100)의 SIL에 조사된다.
이어, 입력광은 슬라이더 헤드(100)의 하부면에 일체화된 트라이 패드 형태의 에어-베어링 서페이스 형상에 의해 광 디스크(50) 표면으로부터 근접장 영역의 초미세 간극으로 부양된 SIL을 투과하여 근접장 광이 광 디스크(50)에 조사되고, 광 디스크(50)로부터 반사되는 입력광의 일부가 광로를 역행하여 SIL, 일차 집속 렌즈(25)를 거쳐, 미러(24), 광 분할기(23)를 거쳐 광 분석기(26)에 입사되며, 집속 렌즈(27)를 통하여 광 검출기(28)에 도달한다.
만일, 광 디스크(50)가 광자기(magneto-optical) 방식의 기판인 경우에는 커 로테이션 앵글(Kerr rotation angle) 형태의 광 신호를 검출하고 상 변화(phase change) 기판인 경우에는 반사되는 광의 세기 형태의 광 신호를 검출함으로써 기록된 정보를 획득할 수 있게 된다.
이러한 과정은 광 디스크에 기록된 광 정보를 재생하거나 트래킹 신호를 판별하는 과정에 관한 것이며, 광 디스크에 임의의 광 정보를 기록하고자 할 때에는상기 과정 이외에도 광 디스크의 광 자기 또는 상 변화 기록 방식에 적합하게 광 정보의 "0" 또는 "1"에 해당하는 디지털 정보를 기록하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 부상형 슬라이더 헤드를 보여주는 평면도로서, 도 3a는 슬라이더 헤드의 상부를 보여주는 평면도이고, 도 3b는 슬라이더 헤드의 하부를 보여주는 평면도이다.
각 구성 요소는 앞서 설명한 바와 같고, 슬라이더의 상부면 무게 중심 위치에 서스펜션의 김블(gimbal) 부분과 접합 조립을 위한 김블 조립용 정렬 패턴(10)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명 도 3b의 A-B 선상에 따른 부상형 슬라이더 헤드의 제작하는 공정을 보여주는 도면으로서, 먼저 도 4a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1) 상/하부면에 각각 에어-베어링 서페이스 바닥박막(11)을 산화, 증착 등의 방법으로 형성한다.
여기서, 바닥박막(11)은 후 공정에서 SIL 장착을 위한 투명 박막 및 트라이 패드 에어-베어링 서페이스 형상을 구성하게 될 박막의 기판 부착력(adhesion)을 강화하고, 잔류 응력을 상쇄(compensation)시키기 위함이다.
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이 바닥박막(11) 위에 저응력의 투명 박막(12)을 형성하고, 도 4c에 도시된 바와 같이 기판(1) 하부면의 투명 박막(12)을 패터닝하여 트라이 패드 에어-베어링 서페이스를 형성한다.
트라이 패드 에어-베어링 서페이스는 기판(1)을 부양시키는 에어-베어링 서페이스의 레일(6)과 SIL을 지지하는 지지 패드(8)로 구성된다.
그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이 기판(1) 상부면의 투명 박막(12) 위에 감광막 또는 금속 등의 하드 마스크막(13)을 형성하고 패터닝하여 소정영역의 투명 박막을 노출시킨 다음, 도 4e에 도시된 바와 같이 노출된 투명 박막(12) 및 그 하부의 기판(1)을 소정 깊이로 식각하여 벌집 모양의 다수개의 트랜치(2)들을 형성함과 동시에 광 인입부이면서 SIL 조립 가이드인 개구부(3)를 형성한다.
여기서, 식각 방법은 플라즈마 이온 식각 등의 이방성 건식 식각(anisotropic dry etching) 방법을 이용한다.
또한, 경우에 따라서는 건식 식각 이외에도 습식 식각 등 적당한 가공 방법을 활용할 수 있다.
이어, 도 4f에 도시된 바와 같이 개구부(3)의 바닥박막(12)을 제거하여 지지 패드(8)인 투명 박막(12)을 노출시키고, 남아있는 마스크막(13)을 제거한 다음, 웨이퍼 형태의 기판(1)에 다수 개가 형성되어 있는 슬라이더(100) 소자들을 개별 슬라이더 단위로 잘라내어 칩 형태의 슬라이더 소자로 분리해 낸다.
즉, 반도체 일괄 공정에서 널리 쓰이는 다이싱(dicing) 등의 방법으로 개별 슬라이더 소자로의 분리를 용이하게 할 수 있다.
그리고, 도 4g에 도시된 바와 같이 개별 소자 단위로 분리된 슬라이더의 에어-베어링 서페이스의 에지(edge)를 소정 각도의 경사를 갖도록 절삭하여 슬라이더의 부양력을 제공하는 테이퍼 에지(tapered edge)(5)를 가공한다.
마지막으로, 도 4h에 도시된 바와 같이 SIL(7)을 광 인입부 및 SIL 조립 가이드인 개구부에 정렬하여 SIL을 지지하는 투명 박막(9) 위에 접합 조립하여 소형초경량 근접장 SIL 광학계 슬라이더 헤드(100)를 완성한다.
이 때, SIL(7)과 SIL지지 투명 박막(9)의 정합은 굴절률을 접합시킨 투명 에폭시 등을 이용한다.
본 발명은 고밀도 근접장 SIL 광학계의 픽업 슬라이더 헤드 부품의 소형화, 경량화를 통하여 고밀도 정보 저장 장치에 요구되는 응답 속도의 개선 및 위치 제어 정밀도를 높일 수 있으며, 고밀도 광 정보 저장 장치 및 고밀도 자기 기록 장치의 픽업 장치에도 벌집 모양의 트랜치 구조를 활용한 경량화 슬라이더의 응용이 가능하다.
또한, 제조 공정을 반도체 소자 제조 공정 및 마이크로머시닝 기술을 이용함으로써, 가공 정밀도를 높일 수 있으며 양산성을 제고할 수 있으리라 기대된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 하나의 개구부와 슬라이더 헤드의 중량을 최소화하는 다수개의 트랜치를 갖는 기판;
    상기 기판의 개구부에 장착되는 SIL(solid immersion lens);
    상기 기판의 하부면에 형성되어 상기 SIL을 지지하는 지지 패드; 그리고,
    상기 기판의 하부면에 형성되어 상기 기판을 부양시키는 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 패드의 중심영역에는 상기 SIL을 지지하는 투명 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 에어-베어링 서페이스는 기판의 가장자리에 형성되고, 앞부분은 소정 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드.
  5. 지지 패드에 지지되는 SIL(solid immersion lens)과 에어-베어링 서페이스(air-bearing surface)를 갖는 부상형 슬라이더 헤드 제조방법에 있어서,
    기판 상/하부면에 각각 상기 에어-베어링 서페이스 바닥박막 및 투명 박막을 순차적으로 형성하는 제 1 단계;
    상기 기판 하부면의 투명 박막을 패터닝하여 상기 에어-베어링 서페이스와 지지 패드를 형성하는 제 2 단계;
    상기 기판 상부면의 투명 박막 위에 마스크막을 형성하고 패터닝하여 소정영역의 투명 박막을 노출시키는 제 3 단계;
    상기 노출된 투명 박막 및 그 하부의 기판을 소정 깊이로 식각하여 다수개의 트랜치들을 형성함과 동시에 상기 지지 패드가 형성된 영역의 투명 박막 및 기판을 식각하여 상기 지지 패드가 노출되도록 개구부를 형성하는 제 4 단계; 그리고,
    상기 남아 있는 마스크막을 제거하고, 에어-베어링 서페이스의 에지(edge)를 소정 각도의 경사를 갖도록 절삭하고, 상기 개구부의 지지 패드 위에 상기 SIL을 장착하는 제 5 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 4 단계에서,
    상기 트랜치 및 개구부는 이방성 건식 식각으로 식각하는 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 4 단계에서,
    상기 트랜치는 정육각형 모양으로 식각되는 것을 특징으로 하는 부상형 슬라이더 헤드 제조방법.
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