KR100682957B1

KR100682957B1 - Ｘｙ스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및ｘｙ스테이지 모듈의 제조방법

Info

Publication number: KR100682957B1
Application number: KR1020060002371A
Authority: KR
Inventors: 박홍식; 정주환; 홍승범; 민동기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2006-01-09
Publication date: 2007-02-15
Also published as: CN101000800A; US7316072B2; US20070157479A1; CN101000800B; JP2007184078A

Abstract

XY스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기와 XY스테이지 모듈의 제조방법이 개시되어 있다.

개시된 XY스테이지 모듈은 베이스와; 베이스 상에서 제1방향과 이에 직교하는 제2방향으로 수평운동하는 XY스테이지와; 베이스에 설치되어 XY스테이지를 탄성 지지하는 지지부와; XY스테이지의 회전이 저지되도록 하는 스티프너와; 스티프너의 일 측면에 마련되는 것으로, 적어도 하나 이상의 이동빗살을 가지는 이동빗살구조체와, 베이스 상에 고정되어 이동빗살과 소정 간극을 가지고 맞물리는 적어도 하나 이상의 고정빗살을 가지는 고정빗살구조체를 구비하여, 이동빗살과 고정빗살이 상호 맞물리는 정도에 따라 XY스테이지의 제1 및 제2방향으로의 변위를 측정하는 위치 센서;를 포함한다.

상기 구조에 의하여 XY스테이지의 위치를 보다 정확히 측정할 수 있으며, XY스테이지의 제조공정에 별도의 공정을 추가하지 않으면서 위치 센서를 구비한 XY스테이지 모듈을 제조할 수 있다.

Description

ＸＹ스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및 ＸＹ스테이지 모듈의 제조방법{XY stage module, storage system employing the same and method for fabricating the XY stage module}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보저장기기의 개략적인 분리 사시도이다.

도 2a는 도 1의 정보저장기기의 개략적인 사시도이다.

도 2b는 도 1의 정보저장기기의 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 1의 정보저장기기에 적용되는 XY스테이지 모듈의 개략적인 사시도이다.

도 4는 도 1의 정보저장기기에 적용되는 XY스테이지의 구동원리를 설명하는 도면이다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 XY스테이지의 구동에 따른 빗살구조체의 변화를 도시한다.

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 XY스테이지 모듈용 위치 센서의 원리를 개략적으로 나타낸다.

도 7은 본 발명에 사용되는 XY스테이지의 몸체가 될 제1기판의 부분별 영역을 도시한 평면도이다.

도 8a 내지 도 8k는 본 발명의 XY스테이지 모듈용 위치 센서의 제조공정도이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...XY스테이지 모듈 15...베이스

20...XY스테이지 21...미디어

30...지지부 31,31X,31Y...탄성빔

38...지지대 40,41X,41Y...스티프너

50...위치 센서 52,52X,52Y...이동빗살구조체

53,53X,53Y...고정빗살구조체 521,531...빗살

54,54X,54Y...고정부 58,58X,58Y...센서전극패드

80...전자기 구동부 81,81X,81Y...코일

87,88...자석 90...탐침어레이

본 발명은 XY스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및 XY스테이지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수평운동하는 XY스테이지의 위치를 측정하는 위치 센서를 구비한 XY스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및 XY스테이지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 기술을 이용한 수많은 자기 소 자(magnetic device)가 개발되어져 왔다. 이러한 자기 소자들로는, 예를 들면, 자기 컴퍼스(magnetic compass), 전자기 스캐너(electromagnetic scanner) 및 전자기 밸브(electromagnetic valve) 등이 있다. 특히, 주사형 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)기술을 이용한 MEMS 타입의 데이타 스토리지(data storage)의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

이러한 데이터 스토리지는 다수의 탐침 어레이를 고정하고, 미디어가 탑재된 XY스테이지를 2차원 평면에서 움직임으로써 미디어에 정보를 기록하거나 독취한다. 이때, 고밀도의 정보를 기록하거나 독취하기 위해서는 탐침에 대하여 미디어가 탑재된 XY스테이지의 위치를 정밀하게 제어할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 그 위치를 정밀하게 측정하는 위치 센서가 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서, XY스테이지의 위치를 정밀하게 측정하는 위치 센서를 구비한 XY스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및 별도의 공정을 추가하지 않고 XY스테이지 모듈의 구조물을 형성할 때 동시에 위치 센서를 제조할 수 있는 XY스테이지 모듈의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 XY스테이지 모듈은 베이스와; 상기 베이스 상에서 제1방향과 이에 직교하는 제2방향으로 수평운동하는 XY스테이지와; 상기 베이스에 설치되어 상기 XY스테이지를 탄성 지지하는 지지부와; 상 기 XY스테이지의 회전이 저지되도록 하는 스티프너와; 상기 스티프너의 일 측면에 마련되는 것으로, 적어도 하나 이상의 이동빗살을 가지는 이동빗살구조체와, 상기 베이스 상에 고정되어 상기 이동빗살과 소정 간극을 가지고 맞물리는 적어도 하나 이상의 고정빗살을 가지는 고정빗살구조체를 구비하여, 상기 이동빗살과 상기 고정빗살이 상호 맞물리는 정도에 따라 상기 XY스테이지의 제1 및 제2방향으로의 변위를 측정하는 위치 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정보저장기기는 상술한 XY스테이지 모듈과; 상기 XY스테이지에 탑재된 미디어의 각 셀에 정보를 기록하거나 읽기 위하여 상기 미디어 상부에 고정 배치되는 탐침어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정보저장기기용 위치 센서의 제조방법은 XY스테이지가 되는 중앙영역과, 각각 고정빗살구조체 및 지지대가 되는 제1 및 제2 주변영역과, 상기 중앙영역과 상기 제2주변영역을 연결하는 지지구조가 되는 연결영역으로 구분되는 제1기판과, 베이스가 되는 제2기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판의 중앙영역과 연결영역에 홈을 형성하는 단계; 상기 제1기판의 홈이 형성된 면을 상기 제2기판에 접합하는 단계; 상기 제1기판의 상기 제2기판과 접합된 면의 이면의 제1주변영역에 센서전극패드를 형성하는 단계; 및 상기 제1기판을 식각하여 상기 중앙영역과 상기 제2주변영역 사이의 지지구조를 형성함과 동시에, 상기 중앙영역과 상기 제1주변영역 사이에 서로 맞물리는 빗살을 가지는 빗살구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 XY스테이지 모듈과 이를 채용한 정보저장기기 및 XY스테이지 모듈의 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보저장기기의 개략적인 분리 사시도이며, 도 2a 및 도 2b 각각은 도 1의 정보저장기기의 개략적인 사시도와 단면도이다.

도면들을 참조하면, 정보저장기기는 정보를 기록하는 미디어(21)가 탑재된 XY스테이지 모듈(10)과, 미디어(21) 상부에 고정 배치되는 탐침어레이(90)를 포함한다. 도 2a와 도 2b에서는 도면을 간략하게 표시하기 위하여 탐침어레이(90)를 생략하였다.

상기 XY스테이지 모듈(10)은 베이스(15)와, 정보를 기록하는 미디어(21)가 탑재되는 XY스테이지(20)와, XY스테이지(20)를 베이스(15)와 소정 간격으로 유지하며 탄성 지지하는 지지부(30)와, XY스테이지(20)의 회전을 방지하기 위한 스티프너(40)와, 상기 탐침어레이(90)에 대한 미디어(21)의 상대적 위치를 측정하는 위치 센서(50)를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 XY스테이지(20)에 정보가 기록된 미디어(21)가 탑재되어 있는 정보저장기기를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 가령, XY스테이지(20)에 시료를 놓고 탐침 어레이(90)를 통해 시료를 분석하는데 XY스테이지 모듈(10)이 이용될 수 있다.

탐침어레이(90)는 적어도 하나 이상의 마이크로 팁(미도시)을 구비하여, 미 디어(21)의 각 셀(정보 저장 단위)에 저장된 정보를 기록하거나 읽는다.

XY스테이지(20)가 수평이동됨에 따라, xy평면에 놓인 미디어(21)의 각 셀들의 상대적인 위치가 바뀌면서 탐침어레이(90)의 팁을 통하여 정보를 기록하거나 읽는다. 이를 위하여, XY스테이지(20)를 베이스(15) 상에서 제1방향(x방향)과 이에 직교하는 제2방향(y방향)으로 2차원 수평이동시키는 전자기 구동장치(80)가 마련된다.

전자기 구동장치(80)는 XY스테이지(20)에 마련되는 복수개의 평판 코일(81)과, 상기 코일(81)에 대응되어 XY스테이지(20)의 상하에 배치되는 복수개의 영구자석(87,88)과, 이 영구자석(87,88)과 함께 폐루프의 자기회로를 구성하기 위한 요크(89)를 구비한다. 참조번호 85는 코일(81)에 전류를 공급하기 위한 구동전극패드를 나타낸다.

코일(81)은 도면에 도시된 바와 같이 XY스테이지(20)의 상측에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 코일(81)은 XY스테이지(20)의 하측에 형성될 수도 있고, XY스테이지(20)를 관통하여 형성될 수도 있다.

본 실시예에서 XY스테이지(20)는 사각형으로, 각 변 근방에 4개의 코일(81)이 마련된다. 4개의 코일(81) 각각의 상하에는 서로 극을 달리하는 한 쌍의 영구자석(87,88)이 설치된다. XY스테이지(20)는 코일(81)에 전류가 흐름에 따라 전자기력을 받아 xy평면상에서 움직이게 된다. 그러나, 코일(81) 및 영구자석(87,88)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 전자기 구동장치(80)는 XY스테이지(20)의 x방향 및 y방향의 구동을 위해 적어도 두 개의 코일(81) 및 이에 대응되는 두 쌍의 영구자석 (87,88)을 포함한다. 그러나 필요에 따라 단일 영구자석 두 개를 조립하여 그 누설자장을 이용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 정보저장기기에 적용되는 XY스테이지(20)와 이를 지지하는 베이스(15)가 포함된 XY스테이지 모듈(10)의 개략적인 사시도이다. 도면을 참고하면, 지지부(30)는 XY스테이지(20)의 모서리부분에 마련되는 복수개의 탄성빔(31)과, 탄성빔(31)들이 각각 연결되며 베이스(15)의 모서리부분에 설치되는 4개의 지지대(38)를 구비한다.

탄성빔(31)은 x방향으로 변형되는 제1탄성빔(31X)과, y방향으로 변형되는 제2탄성빔(31Y)을 포함한다. 제1탄성빔(31X)에는 XY스테이지(20)의 모서리부분에 결합된 제1내측탄성빔(311X)과 지지대(38)에 결합된 제1외측탄성빔(312X)이 있으며, 제2탄성빔(31Y)에는 XY스테이지(20)의 모서리부분에 결합된 제2내측탄성빔(311Y)과 지지대(38)에 결합된 제2외측탄성빔(312Y)이 있다. 제1내측탄성빔(311X)은 제2외측탄성빔(312Y)과 연결되며, 제2내측탄성빔(311Y)은 제1외측탄성빔(312X)과 연결된다. 탄성빔(31)이 휘어짐에 따라 XY스테이지(20)가 xy 방향으로 움직일 수 있다.

상기 스티프너(40)는 XY스테이지(20)의 각 변에 나란하게 소정 간격을 두고 배치되며 그 양단에 탄성빔(31)이 연결되어 XY스테이지(20)의 수평운동시 회전을 방지한다. 이를 위해 스티프너(40)는 도시된 바와 같이 y방향에 나란한 제1스티프너(40X)와 x방향에 나란한 제2스티프너(40Y)를 구비한다. 제1스티프너(40X)는 x방향으로 움직일 수 있도록 제1외측탄성빔(312X)에 의해 탄성지지되며, 제2내측탄성빔(311Y)을 연결한다. 또한, 제2스티프너(40Y)는 y방향으로 움직일 수 있도록 제2 외측탄성빔(312Y)에 의해 탄성지지되며, 제1내측탄성빔(311X)을 연결한다.

위치 센서(도 1의 50)는 이동빗살구조체(52)와, 고정빗살구조체(53)를 포함하여 이동빗살구조체(52)와 고정빗살구조체(53)가 상호 맞물리는 정도에 따라 XY스테이지(20)의 제1 및 제2방향으로의 변위를 측정한다.

이동빗살구조체(52)는 제1스티프너(40X)에 마련되어 x방향으로 움직이는 제1이동빗살구조체(52X)와 제2스티프너(40Y)에 마련되어 y방향으로 움직이는 제2이동빗살구조체(52Y)를 포함하며, 고정빗살구조체(53)는 베이스(15)에 설치되어 고정되며 상기 제1 및 제2이동빗살구조체(52X,52Y) 각각과 맞물리는 제1 및 제2고정빗살구조체(53X,53Y)를 포함한다.

제1방향으로 움직이는 제1이동빗살구조체(52X)와 제1고정빗살구조체(53X)는 x방향의 변위를 측정하는데 사용되며, 제2방향으로 움직이는 제2이동빗살구조체(52Y)와 제2고정빗살구조체(53Y)는 y방향의 변위를 측정하는데 사용된다.

도 3의 확대도를 참조하면, 제1이동빗살구조체(52X)는 제1스티프너(40X)의 일 측면에서 연장되어 형성되는 적어도 하나 이상의 이동빗살(521)을 가지며, 제1고정빗살구조체(53X)는 베이스(10)상에 설치된 제1고정부(54X)와, 상기 제1고정부(54X)에서 연장되어 형성되며 이동빗살(521)과 소정 간격(G)의 간극을 가지고 맞물리는 적어도 하나 이상의 고정빗살(531)을 가진다.

이와 유사하게 제2이동빗살구조체(52Y)는 제2스티프너(40Y)의 일 측면에서 연장되어 형성되는 적어도 하나 이상의 이동빗살(521)을 가지며, 제2고정빗살구조체(53Y)는 베이스(10)상에 설치된 제2고정부(54Y)와, 상기 제2고정부(54Y)에서 연 장되어 형성되며 이동빗살(521)과 소정 간격(G)의 간극을 가지고 맞물리는 적어도 하나 이상의 고정빗살(531)을 가진다.

고정빗살(521)과 이동빗살(531)은 그의 폭(w), 길이(L), 두께(t) 중 적어도 어느 하나가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

나아가, 고정빗살(521)과 이동빗살(531)은 서로 등간격으로 떨어져 있는 것이 바람직하다.

고정빗살(521)과 이동빗살(531)의 두께(t)는 도시된 바와 같이 스티프너의 두께와 실질적으로 동일한 것이 제조공정상 바람직하다.

이동빗살구조체(52X,52Y)는 XY스테이지(20)의 움직임에 따라 x방향 또는 y방향으로 움직이며, 고정빗살구조체(53X,53Y)는 XY스테이지(20)의 움직임에 대하여 상대적으로 고정되어 있다.

이동빗살구조체(52X,52Y)와 고정빗살구조체(53X,53Y) 각각은 예를 들어 실리콘과 같은 전도성이 있는 물질로 되는 것이 바람직하다. 이동빗살구조체(52X,52Y)와 고정빗살구조체(53X,53Y) 각각은 전도성이 좋은 단결정(single crystalline)실리콘으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

이동빗살구조체(52X,52Y)와 고정빗살구조체(53X,53Y)는 상호 전기적으로 절연되어 있다. 예를 들어, 베이스(15)로 전기적 절연성이 좋은 글래스 기판을 사용하는 경우, 베이스(15)상에 설치된 고정빗살구조체(53X,53Y)가 이동빗살구조체(52X,52Y)에 전기적으로 절연될 수 있다.

제1 및 제2고정부(54X,54Y)의 상측면에는 각기 제1 및 제2센서전극패드 (58X,58Y)가 마련되며 와이어 본딩 등을 이용하여 외부와 전기적으로 연결된다.

본 실시예에서는 고정 및 이동빗살구조체(52,53)가 4각 XY스테이지의 4개 변에 마련되어 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 고정 및 이동빗살구조체(52,53)는 x방향과 y방향의 변위를 모두 측정하기 위해 x방향에 나란한 변과 y방향에 나란한 변에 적어도 하나씩 마련된다.

이하에서, 본 실시예에 도시된 XY스테이지 모듈용 위치 센서(50)의 작동을 개략적으로 설명한다.

도 4는 전자기 구동의 원리를 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이한 쌍의 영구자석(87,88)은 서로 다른 극성을 가지고 마주보게 설치되며, 그 사이에는 XY스테이지(20)에 형성된 코일(81)의 일부가 놓이게 된다. 두 개의 영구자석(87,88) 사이의 공간에는 자기장(B)이 형성되며, 이 공간에 같은 방향의 전류(i)가 흐르는 코일(81)의 일부가 놓이게 되면, 그 코일(81)이 형성된 XY스테이지(20)는 자기장의 방향 및 전류의 방향 모두에 수직한 방향으로 힘(F)을 받게 된다.

코일(81)은 서로 독립적으로 전류가 흐르는 적어도 두 개의 둘 이상으로 되어 있어, xy평면상에서 구동될 수 있도록 한다. 본 실시예에서는 각 x방향 및 y방향의 구동을 위한 제1 및 제2코일(도 3의 81X,81Y)이 2개씩 마련되어 있다.

도 5a는 XY스테이지(20)가 x방향으로 이동한 모습을 보여 준다. 탄성빔(31)은 그 종방향으로 신축하지 않지만, 횡방향으로는 쉽게 탄성변형될 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이 XY스테이지(20)가 x방향으로 이동될 때, x방향에 수직한 제1탄성빔(31X)은 횡방향으로 휘게 되며, 제1스티프너(40X)는 XY스테이지(20)와 함께 x방향으로 움직인다. 반면에 제2스티프너(40Y)는 제2탄성빔(31Y)에 의해 지지되어 움직이지 않는다. 이와 유사하게 XY스테이지(20)가 y방향으로 이동될 때, 제2스티프너(40Y)는 y방향으로 움직이며, 제1스티프너(40X)는 움직이지 않는다.

도 5b는 XY스테이지(20)가 x방향 및 y방향으로 동시에 이동한 모습을 보여준다. 이 경우 제1 및 제2탄성빔(31X,31Y) 모두가 휘게 되지만, 제1 및 제2스티프너(40X,40Y)는 각기 x방향 및 y방향으로만 이동한다. 즉, 제1스티프너(40X)는 XY스테이지(20)의 x방향 움직임만을 따라서 움직이며, 제2스티프너(40Y)는 XY스테이지(20)의 y방향 움직임만을 따라서 움직이다. 따라서, 상기 제1스티프너(40X)의 x방향 변위와 상기 제2스티프너(40Y)의 y방향 변위의 벡터합은 XY스테이지(20)의 xy변위를 나타낸다.

도 6a와 도 6b는 XY스테이지(20)의 위치를 측정하는 원리를 도시한다. 도 6a는 XY스테이지(도 1의 20)에 외력이 가해지지 않은 상태의 빗살구조체(52,53)를 나타내고, 도 6b는 XY스테이지(20)가 한쪽 방향으로 움직여 그 간극이 좁혀진 상태의 빗살구조체(52,53)를 나타낸다. G₀는 외력이 작용하지 않은 상태에서의 이동빗살구조체(52)와 고정빗살구조체(53) 사이의 간격이다.

이동빗살구조체(52)가 고정빗살구조체(53)에 대해 전기적으로 절연됨에 따라, 이동빗살구조체(52)와 고정빗살구조체(53) 사이에 전위차를 줄 때 상기 빗살구조체(52,53)는 일종의 평행판 축전기가 된다. 따라서, 고정빗살구조체(53)에 부착된 센서전극패드(58)를 통하여 상기 고정빗살구조체(53)의 전하량의 변화를 측정함 으로써 빗살구조체(52,53)의 커패시턴스의 변화량 ΔC를 알 수 있다.

도 6b에 도시된 빗살구조체(52,53)의 간극이 외력이 가해지지 않은 상태보다 Δx만큼 좁아졌다고 하자. 이 경우 2개의 이동빗살(52)과 그 사이에 배치된 1개의 고정빗살(53)만을 고려할 때, 빗살구조체(52,53)의 커패시턴스의 변화량 ΔC는 하기의 식으로 표현된다.

[식 1]

여기서, ε은 유전율이며, t는 이동빗살(52)과 고정빗살(53)의 두께(도 3에 도시)를 나타내며, d는 이동빗살(52)과 고정빗살(53) 사이의 간격을 나타낸다.

커패시턴스의 변화량 ΔC는 센서전극패드(58)를 통해 측정되는 전하량의 변화를 통해 측정할 수 있으며, 상기 커패시턴스의 변화량 ΔC는 식 1의 관계를 통하여 빗살구조체(52,53)의 간격변화량 Δx로 환산될 수 있다. 가령, 제1이동빗살구조체(도 3의 52X)와 제1고정빗살구조체(도 3의 53X) 사이의 간격변화량 Δx는 XY스테이지(도 3의 20)의 x방향의 변위차를 의미하므로, 제1이동빗살구조체(52X)와 제1고정빗살구조체(53X)의 커패시턴스의 변화량을 측정함으로써 XY스테이지(20)의 x방향의 위치를 결정할 수 있다. 이와 동일한 원리로 제2이동빗살구조체(도 3의 52Y)와 제2고정빗살구조체(도 3의 53Y)의 커패시턴스의 변화량을 측정함으로써 XY스테이지(20)의 y방향의 위치를 결정할 수 있다.

이와 같이 빗살구조체(52,53)의 커패시턴스 변화량 ΔC를 이용하여 위치를 측정함으로써 보다 정밀하게 위치를 측정할 수 있으며, 온도, 습도 등의 외부 환경 변화에 영향을 적게 받는 장점이 있다.

상기 식에서 빗살구조체의 간격변화 Δx에 대한 커패시턴스의 변화량 ΔC의 비례계수 2는 이동빗살(521)과 고정빗살(531) 사이의 갭이 두 개인 것을 의미한다. 따라서, 이동빗살(521)과 고정빗살(531)을 충분히 많이 형성하면, 이에 비례하여 비례계수가 커진다. 이는 이동빗살(521)과 고정빗살(531)을 충분히 많이 형성함으로써 요구되는 위치 측정의 해상도를 구현할 수 있음을 의미한다. 가령, t=100μm이고, d=10μm이며, Δx=50μm이며, 이동빗살과 고정빗살의 총 개수가 155개라고 할 때, 공기중에서 ΔC=0.68pF 정도가 된다. 이에 따라, 본 발명의 위치 센서는 고밀도의 정보를 기록할 때 요구되는 정밀한 위치 제어를 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 위치 센서를 구비한 XY스테이지 모듈의 제조방법의 실시예를 설명한다. 공지 관용화되어 있는 에칭법이나 박막형성법 등의 여러 방법에 대해서는 구체적으로 설명되지 않는다.

먼저 XY스테이지(도 3의 20)가 될 제1기판과, 베이스(도3의 15)가 될 제2기판을 준비한다.

도 7은 제1기판의 부분별 영역을 도시한다. 도면을 참조하면, 제1기판(100)은 중앙부분에 위치하는 중앙영역(Rc)과, 중앙영역(Rc)을 일정 거리를 두고 에워싸는 제1 및 제2주변영역(Rb1, Rb2)과, 중앙영역(Rc)과 제2주변영역(Rb2)을 연결하는 연결영역(Rm)으로 구분될 수 있다. 제1기판(100)의 중앙 영역(Rc)과, 제1주변영역(Rb1) 및 제2주변영역(Rb2) 각각은 도 3을 참조하면 XY스테이지(20)와, 고정부 (54X,54Y) 및 지지대(38)에 대응된다. 연결영역(Rm)은 탄성빔(31)과 스티프너(40)에 대응된다. 제1기판(100)으로는 실리콘 기판이 사용된다.

도 8a 내지 도 8k는 본 발명의 XY스테이지 모듈의 제조공정을 도시한다.

먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1기판(100) 전면의 중앙영역(도 7의 Rc)에 나선형의 마스크를 패터닝한 후 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)등을 이용하여 나선형의 트렌치(110)를 형성한다. 트렌치(110)를 형성한 후, 도 8b에 도시된 바와 같이 열산화(thermal oxidation)공정으로 제1기판의 표면에 패시베이션층(passivation layer,120)을 입히는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 8c에 도시된 바와 같이 제1기판(100)의 후면의 중앙영역(도 7의 Rc)과 연결영역(도 7의 Rm)을 식각하여 소정 깊이의 홈(130)을 형성한다.

다음으로, 도 8d에 도시된 바와 같이 제1기판(100)의 후면을 제2기판(200)에 접합한다. 제2기판(200)으로는 글래스 기판을 사용된다. 상기 접합에는 양극 접합(anodic bonding)이 적용될 수 있다. 제2기판(200)은 도 3의 베이스(15)에 해당된다.

다음으로, 도 8e와 도 8f에 도시된 바와 같이 제1기판(100)의 전면에 종자층(seed layer,140)을 증착하고, 그 위에 금속물질로 채워 금속층(150)을 형성한다. 상기 종자층(140)은 Cr/Au을 스퍼터(sputter)법에 의해 증착하여 형성된다. 상기 종자층(140)을 전극으로 하여 전기도금법으로 금속층(150)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 8g에 도시된 바와 같이 트렌치(110) 상부로 노출된 금속층을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 폴리싱 공정으로 연마하여 코일(160)을 형성한다.

다음으로, 도 8h에 도시된 바와 같이 코일(160)의 상부에 절연막(170)을 입히고, 도 8i에 도시된 바와 같이 상기 제1기판(100)의 전면에 상기 코일(160)과 전기적으로 연결되는 구동전극패드(190)를 형성할 때, 이와 함께 센서전극패드(180)를 형성한다. 상기 절연막(170)은 예를 들어 폴리이미드(polyimide)로 패터닝되어 형성될 수 있으며, 상기 전극패드(180,190)는 Au/Cr으로 패터닝되어 형성될 수 있다.

다음으로, 도 8j 및 9k에 도시된 바와 같이 제1기판(100)의 전면에 중앙영역(도 7의 Rc)과 상기 제2주변영역(도 7의 Rb2) 사이의 지지구조와, 상기 중앙영역(Rc)과 상기 제1주변영역(도 7의 Rb1) 사이에 서로 맞물리는 빗살을 가지는 빗살구조체(220)의 마스크 층(210)을 패터닝하고, 제1기판을 식각하여 상기 지지구조와 함께 빗살구조체를 형성한다.

상술한 바와 같이 별도의 다른 공정을 추가하지 않고, XY스테이지 모듈의 제조공정 중에 센서전극패드(도 8i의 160)과 빗살구조체(도 8k의 220)를 형성하여 위치 센서가 구비한 XY스테이지 모듈을 완성한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 XY스테이지 모듈의 위치 센서는 커패시턴스 변화량을 이용하여 위치를 측정함으로써 보다 정밀하게 위치를 측정할 수 있으며, 온도, 습도 등의 외부 환경 변화에 영향을 적게 받는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 정보저장기기는 이러한 XY스테이지 모듈을 구비함으로써 XY스테이지의 위치를 보다 정밀하게 제어할 수 있어 고밀도의 정보를 기록하거나 저장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 XY스테이지 모듈의 제조방법에 의하면, 종래의 XY스테이지의 제조공정에 별도의 공정을 추가하지 않고 위치 센서를 제작할 수 있다.

이러한 본원 발명인 XY스테이지 모듈용 위치 센서와 이를 구비한 정보저장기기 및 위치 센서의 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

베이스와;

상기 베이스 상에서 제1방향과 이에 직교하는 제2방향으로 수평운동하는 XY스테이지와;

상기 베이스에 설치되어 상기 XY스테이지를 탄성 지지하는 지지부와;

상기 XY스테이지의 회전이 저지되도록 하는 스티프너와;

상기 스티프너의 일 측면에 마련되는 것으로, 적어도 하나 이상의 이동빗살을 가지는 이동빗살구조체와, 상기 베이스 상에 고정되어 상기 이동빗살과 소정 간극을 가지고 맞물리는 적어도 하나 이상의 고정빗살을 가지는 고정빗살구조체를 구비하여, 상기 이동빗살과 상기 고정빗살이 상호 맞물리는 정도에 따라 상기 XY스테이지의 제1 및 제2방향으로의 변위를 측정하는 위치 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항에 있어서,

상기 지지부는 상기 베이스에 부착되는 복수개의 지지대와, 상기 제1방향으로 연장되는 제1내측 및 제1외측탄성빔과 상기 제2방향으로 길게 연장되는 제2내측 및 제2외측탄성빔을 구비하여 상기 XY스테이지와 상기 지지대를 연결하는 탄성빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제2항에 있어서,

상기 스티프너는 상기 지지대에 결합된 제2외측탄성빔에 의해 탄성지지되며 상기 XY스테이지에 결합된 제1내측탄성빔을 연결하여 상기 XY스테이지의 움직임에 따라 제1방향으로만 움직이는 제1스티프너와, 상기 지지대에 결합된 제1외측탄성빔에 의해 탄성지지되며 상기 XY스테이지에 결합된 제2내측탄성빔을 연결하여 상기 XY스테이지의 움직임에 따라 제2방향으로만 움직이는 제2스티프너를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제3항에 있어서,

상기 이동빗살구조체는 상기 제1스티프너에 마련되어 제1방향으로 움직이는 제1이동빗살구조체와 상기 제2스티프너에 마련되어 제2방향으로 움직이는 제2이동빗살구조체를 포함하며,

상기 고정빗살구조체는 상기 제1 및 제2이동빗살구조체 각각과 맞물리는 제1 및 제2고정빗살구조체를 포함하여,

상기 제1이동 및 제1고정빗살구조체가 상호 맞물리는 정도에 따라 상기 XY스테이지의 제1방향으로의 변위를 측정하며, 상기 제2이동 및 제2고정빗살구조체가 상호 맞물리는 정도에 따라 상기 XY스테이지의 제2방향으로의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항에 있어서,

상기 고정빗살구조체의 일 측면에 마련된 센서전극패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항에 있어서,

상기 이동빗살과 상기 고정빗살의 두께는 스티프너의 두께와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항에 있어서,

상기 이동빗살구조체와 상기 고정빗살구조체 각각은 전도성 물질인 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항에 있어서,

상기 이동빗살구조체와 상기 고정빗살구조체는 상호 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 XY스테이지 모듈;과

상기 XY스테이지에 탑재된 미디어의 각 셀에 정보를 기록하거나 읽기 위하여 상기 미디어 상부에 고정 배치되는 탐침어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보저장기기.
XY스테이지가 되는 중앙영역과, 각각 고정빗살구조체 및 지지대가 되는 제1 및 제2 주변영역과, 상기 중앙영역과 상기 제2주변영역을 연결하는 지지구조가 되는 연결영역으로 구분되는 제1기판과, 베이스가 되는 제2기판을 준비하는 단계;

상기 제1기판 후면의 중앙영역과 연결영역에 홈을 형성하는 단계;

상기 제1기판의 후면을 상기 제2기판에 접합하는 단계;

상기 제1기판의 전면의 제1주변영역에 센서전극패드를 형성하는 단계; 및

상기 제1기판을 식각하여 상기 중앙영역과 상기 제2주변영역 사이의 지지구조를 형성함과 동시에, 상기 중앙영역과 상기 제1주변영역 사이에 서로 맞물리는 빗살을 가지는 빗살구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 센서전극패드를 형성하기 전에 상기 제1기판의 전면의 중앙영역에 코일을 형성하고, 상기 센서전극패드를 형성할 때 상기 코일과 전기적으로 연결되는 구동전극패드를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 코일을 형성하는 단계는,

상기 제1기판에 홈이 형성되기 전에 상기 제1기판에 트렌치를 파는 단계;

상기 제1기판과 상기 제2기판이 접합한 후, 종자층을 증착하고, 상기 종자층 을 기반으로 상기 트렌치에 금속을 채우는 단계; 및

상기 트렌치 상부로 노출된 금속을 폴리싱하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 모듈의 제조방법.