KR100745756B1

KR100745756B1 - 마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치

Info

Publication number: KR100745756B1
Application number: KR1020060000887A
Authority: KR
Inventors: 박홍식; 홍승범; 민동기; 심종엽
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-04
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2007-08-02
Also published as: JP4430651B2; CN1996470B; KR20070073222A; US7889626B2; JP2007184074A; US20070153430A1; CN1996470A

Abstract

분할된 스테이지를 갖는 마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치가 개시된다. 개시된 마이크로 액츄에이터는 지지부;와 지지부에 의해 탄력적으로 지지되는 것으로, 피구동체가 탑재되는 탑재면을 가지며 상호 이웃하게 배치되는 복수개의 스테이지;와 복수개의 스테이지 사이에 마련되는 것으로, 그 양단이 이웃하는 스테이지 각각에 연결되어 일 스테이지가 이동시 이에 이웃하는 다른 스테이지가 일 스테이지의 이동방향과 반대 방향으로 이동되도록 힘을 가하는 복수개의 레버; 및 스테이지 각각에 구동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치{Micro actuator and data storage apparatus employing the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 스테이지의 평면도이다.

도 3는 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터에서 레버의 작용을 도시한 개략도이다.

도 4는 도 1에 도시된 스테이지의 저면도이다.

도 5은 도 1에 도시된 마이크로 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.

도 6는 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 구동원리를 설명하는 개략도이다.

도 7a 내지 도 7c 각각은 스테이지의 구동을 도시한 평면도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터의 스테이지를 도시한 평면도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정보저장장치의 개략적인 사시도이다.

도 10 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터의 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30... 지지부 310... 베이스

320,1320,75... 프레임 330,71... 스티프너

37X... X-코일 37Y... Y-코일

137,62... 코일 340,1340... 제1탄성빔

350... 제2탄성빔 50,150... 레버

52... 작동부 54... 힌지부

56... 고정부 58... 연결빔

32~35,131,132,232~235,76... 스테이지

240... 미디어

본 발명은 스캐닝 프로브 마이크로스코피(Scanning probe microscopy ; SPM)기술을 응용한 데이터 저장 시스템에 사용되는 전자기 구동 방식의 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지의 면적 효율을 개선하여 정보 저장 용량의 증대와 제조단가의 절감을 가능하게 하는 구조의 마이크로 액츄에이터에 관한 것이다.

SPM기술을 응용한 데이터 저장 시스템은 크게 저장 매체인 미디어, 이를 스테이지 위에 장착하여 X,Y 방향으로 구동하는 마이크로 액츄에이터, 미디어에 정보 를 저장하거나 미디어에 있는 정보를 읽는 탐침(tip)을 가진 하나 이상의 프로브(probe), 그리고 이러한 정보신호를 처리하는 신호처리부로 이루어진다.

상기 마이크로 액츄에이터를 X,Y 방향 등 2축 이상의 구동을 위한 방법으로, X축 구동과 Y축 구동을 담당하는 각 구동부를 스테이지의 두 변 쪽에 분리하여 배치하는 구조가 있다. 이러한 구조는 구동부와 스테이지의 질량을 같게 함으로써 외란에 강한 구조가 되게 할 수 있는 장점이 있다.

그러나 구동부와 스테이지가 분리되어 있으므로 마이크로 액츄에이터의 전체적인 크기가 커지게 된다. 이에 따라 이를 박막제조공정에 의해 제조함에 있어 실리콘 웨이퍼 한 장당 만들어지는 소자의 수가 줄어들게 되어 제조단가가 높아진다. 또한 구동부의 코일을 조립해야 하므로 조립된 코일의 질량 편차가 있을 수 있고 소자간 성능 편차가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 면적 효율을 높게 하면서 또한 외란에 강한 구조가 되는 마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터는 지지부;와 상기 지지부에 의해 탄력적으로 지지되는 것으로, 피구동체가 탑재되는 탑재면을 가지며 상호 이웃하게 배치되는 복수개의 스테이지;와 상기 복수개의 스테이지 사이에 마련되는 것으로, 그 양단이 이웃하는 스테이지 각각에 연결되어 일 스테이지가 이동시 이에 이웃하는 다른 스테이지가 상기 일 스테이지의 이동방향과 반대 방향으로 이동되도록 힘을 가하는 복수개의 레버; 및 상기 스테이지 각각에 구동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치는 정보가 저장되는 미디어;와 상기 미디어가 탑재되는 것으로 지지부와, 상기 지지부에 의해 탄력적으로 지지되고 상호 이웃하게 배치되며 제1방향 및 이와 직교하는 제2방향으로 2×2 형태로 배치된 네 개의 스테이지와, 상기 복수개의 스테이지 사이에 마련되는 것으로 그 양단이 이웃하는 스테이지 각각에 연결되어 일 스테이지가 이동시 이에 이웃하는 다른 스테이지가 상기 일스테이지의 이동방향과 반대 방향으로 이동되도록 힘을 가하는 복수개의 레버와, 상기 스테이지 각각에 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 마이크로 액츄에이터;와 상기 미디어에 정보를 저장하거나 저장된 정보를 읽기 위하여 상기 미디어 상부에 배치된 캔틸레버 팁 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 액츄에이터의 개략적인 사시도 이고, 도 2는 도 1에 도시한 스테이지의 평면도이다.

도면을 참조하면 마이크로 액츄에이터(20)는 지지부(30)와, 상기 지지부(30)에 의해 탄력적으로 지지되는 것으로 피구동체(미도시)가 탑재되는 복수개의 스테이지(32~35)와, 상기 이웃하는 스테이지(32~35)간을 연결하는 레버(50)와, 상기 스테이지(32~35)를 구동하는 구동부로서, 아래 위 네 쌍의 영구자석(23,26) 및 이 영구자석(23,26)에 의한 자로의 폐루프를 구성하기 위한 요크(29)를 포함한다.

지지부(30)는 베이스(310)와, 상기 베이스(310)상에 배치된 것으로 상기 복수개의 스테이지(32~35) 전체의 외측부를 에워싸는 프레임(320)과, 상기 프레임(320)과 상기 각 스테이지(32~35) 사이에 마련되어 후술하는 원리에 따라 X,Y 두 방향 중 한 방향으로만 움직이게 되는 스티프너(330)와, 프레임(320)과 스테이지(32~35)사이 및 스티프너(330)와 스테이지(32~35)사이에 위치하여 스테이지(32~35)를 탄성 지지하는 탄성빔(340,350)을 포함한다.

프레임(320)은 레버(50)로 연결된 네 개의 스테이지(32~35)의 외측부를 둘러 싸는 형태로서 도면에서는 사각 테두리 형상으로 표현되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

베이스(310)는 프레임(320) 및 후술하는 레버(50)의 고정부(56)와 접촉되어 있고 소정 형상의 홈이 형성되어 있어 스테이지(32~35)는 베이스(310)로부터 띄워진 상태로 그 움직임이 지지되게 된다.

제1스테이지(32), 제2스테이지(33), 제3스테이지(34), 및 제4스테이지(35)는 제1방향(X) 및 이와 직교하는 제2방향(Y)으로 2×2 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 도면에는 네 개의 스테이지가 도시되어 있으나 이 개수는 예시적인 것이며 다른 개수도 가능하다.

스티프너(330)는 프레임(320)과 각각의 스테이지(32~35)와의 사이에 배치되어 있다. 프레임(320) 내측면 쪽의 네 모서리 근방에서 X 방향 및 Y 방향으로 스테이지(32~35)의 측면을 따라 연장되어 ㄱ자로 꺾여진 형태로서, 제1방향과 나란한 제1영역(330a)과 제2방향과 나란한 제2영역(330b)을 갖는다.

각 스티프너(330)의 제2영역(330b) 측면에는 중앙부분에 제1연결부(332)가 스테이지(32~35)쪽으로 돌출 형성되어 있다. 또, 이와 마주 보는 위치의 스테이지(32~35) 측면의 양단에는 제2연결부(334)가 각 스티프너(330)의 제2영역(330b)쪽으로 돌출 형성되어 있다. 제1연결부(332)와 제2연결부(334) 사이에는 X 방향 탄성을 갖는 제1탄성빔(340)이 이들을 연결하며 형성되어 있다. 제1탄성빔(340)은 영구자석(23,26), 코일(37X, 37Y)로 이루어지는 후술하는 구동원리에 의해 스테이지(32~35)를 X 방향으로 운동하게 한다.

각 스티프너(38)의 제1영역(330a) 측면 양단에는 제3연결부(336)가 프레임(320)쪽으로 돌출 형성되어 있다. 또, 이와 마주 보는 위치의 프레임(320) 측면 중앙부분에는 제4연결부(338)가 각 스티프너(330)의 제1영역(330a)쪽으로 돌출 형성되어 있다. 제2탄성빔(350)이 제3연결부(336)와 제4연결부(338)사이를 연결하며 형성되어 있다. 제2탄성빔(350)은 영구자석(23,26), 코일(37X, 37Y)로 이루어지는 후술하는 구동원리에 의해 스테이지(32~35)를 Y 방향으로 운동하게 한다.

스테이지(32~35)의 각 대향하는 측면 사이에는 레버(50)가 배치되어 있다. 레버(50)는 베이스(310)에 설치된 고정부(56)와, 인접한 스테이지(32~35)의 마주하는 측면 각각에 양단이 연결된 작동부(52)와, 상기 고정부(56)와 작동부(52)사이에 개재되어 상기 작동부(52)를 회동 지지하는 힌지부(54)로 이루어져 있다.

힌지부(54)는 작동부(52)의 중심에 그 첨점이 연결된 'V'자 형으로 되어 있고 그 양단에 베이스(310)에 설치된 두 개의 고정부가 연결된다. 힌지부(54)는 탄성을 가지고 있고 양단에 고정부(56)가 연결되므로 작동부(52)를 회동 지지하게 된다.

작동부(52)의 일단에는 작동부(52)를 X, Y 방향으로 움직일 수 있도록 탄성을 가진 연결빔(58)이 작동부(52)와 인접한 스테이지(32~35) 측면 쪽으로 연장되어 스테이지(32~35)에 연결되어 있다. 작동부(52)의 타단에도 연결빔(58)이 형성되어 있고 작동부(52)의 인접한 다른 스테이지(32~35) 측면 쪽으로 연장되어 스테이지(32~35)에 연결된다.

즉, 제1스테이지(32)와 제2스테이지(33) 사이 및 제3스테이지(34)와 제4스테이지(35)사이에는 각 스테이지(32~35)를 +X 방향 또는 -X 방향으로 움직이게 하도록 작동부(54)의 길이 방향이 Y축과 나란하게 레버(50)가 연결되어 있다.

또한, 제1스테이지(34A)와 제4스테이지(34D) 사이 및 제2스테이지(34B)와 제3스테이지(34C)사이에는 각 스테이지(32~35)를 +Y 방향 또는 -Y 방향으로 움직이게 하도록 작동부(52)의 길이 방향이 X축과 나란하게 레버(50)가 연결되어 있다.

도면에는 각 스테이지(32~35) 사이에 레버(50)가 두 개 씩 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며 이에 의해 그 개수가 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 레버 (50)에 있어서, 작동부(52)에 대한 고정부(56)의 상대적인 위치나 연결빔(58)의 위치 역시 도면상의 위치에 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다.

도 3는 스테이지(32~35)간을 연결하는 레버(50)의 동작을 개략적으로 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 레버(50)는 작동부(52)의 중심에 'V'자 형으로 된 힌지부(54)의 첨점이 고정되고, 그 양단에 위치하는 고정부(56)에 의해 지지되는 구조이다. 따라서 작동부(52)의 일단이 힘을 받을 때 작동부(52)의 타단은 같은 크기의 힘을 반대 방향으로 받게 된다.

레버(50)에 대해 등가의 탄성계수 k는 일반적으로 알려진 식에 의할 때 수학식 1과 같다.

여기서 L₁, L₂, w는 도시한 바와 같이 각각 구동부(52)의 중심부터 일단까지의 거리, 힌지부(54)의 첨점에서 그 일단까지의 길이 및 힌지부(54)의 폭이고 t, E는 각각 레버(50)의 두께 및 영률이다. 레버의 설계시 L1, L2, w, t 등의 구체적인 수치는 탄성빔(340,350)과의 관계를 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.

도 4는 도 1의 스테이지의 저면도이고, 도 5는 도 1의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.

도면을 참조하면 각 스테이지(32~35)의 저면에 X 방향의 구동력을 제공하는 X-코일(37X)과 Y 방향의 구동력을 제공하는 Y-코일(37Y)이 한 쌍 씩 배치되어 있 다. 상기 코일(37X,37Y)에 전류를 인가하기 위한 전극패드는 미도시 되었으나 프레임(320)쪽으로 연결되어 적절히 배치될 수 있다.

스테이지(32~35)를 X,Y 방향으로 구동시키는 구동장치는 영구자석(23,26), 코일(37X,37Y)로 이루어진다. 코일(37X,37Y)은 영구자석(23,26) 사이에 위치하며, 영구자석(23,26)은 감겨진 코일(37X,37Y)의 반에만 자장이 걸리도록 배치된다.

코일(37X,37Y)은 스테이지(32~35)의 상면에 위치할 수도 있으나, 도면과 같이 스테이지(32~35)의 저면에 형성되는 것이 피구동체가 탑재되는 면적이 보다 넓어질 수 있는 구조이므로 바람직하다.

도 6은 스테이지(32~35)에 구동력을 작용하는 원리를 설명하는 개략도이다. 도면을 참조하면, X-코일(37X)에 전류(i)를 흘리면 스테이지(32~35)의 두께 방향(Z)으로 형성되는 자장(B)에 의하여 전류와 자장에 수직한 방향으로 로렌쯔 힘(F)이 발생한다. 즉, 도면과 같이 -Z 방향의 자장(B)내에 있게 되는 코일에 +Y 방향의 전류가 흐르면 코일은 -X 방향의 힘을 받는다. -Y 방향의 전류가 흐르면 코일은 +X 방향으로 힘을 받는다.

도면은 X-Z 단면의 X-코일(37X)을 예시하여 도시되었으나, Y-Z 단면의 Y-코일(37Y)의 경우 마찬가지로 그 전류방향에 따라 +Y, -Y 방향의 힘을 받으며, 이러한 원리에 의해 스테이지(32~35)가 X, Y 방향으로 움직이게 된다.

이하, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 스테이지의 구동원리를 상세히 살펴보도록 한다.

도 7a는 스테이지의 X 방향 구동을 설명한다. 도면을 참조하면, 제2스테이지 (33)와 제3스테이지(34)가 그 저면의 X-코일(37X)의 구동에 의해 X 방향으로 힘(F)을 받으면 제2스테이지(33) 및 제3스테이지(34) 쪽에 연결된 제1탄성빔(340)이 X 방향으로 변형되면서 제2스테이지(32)와 제3스테이지(33)가 X 방향으로 구동된다.

스티프너(330)는 전술한 바와 같이 프레임(320)에 Y 방향의 탄성을 갖는 제2탄성빔(350)에 의해 연결되어 있다. 제2탄성빔(350)은 Y 방향의 힘에 대해서만 탄성을 가지므로, X 방향의 힘에 대해서는 제2탄성빔(350)이 영향을 받지 않는다. 따라서 X 방향의 힘에 대해서 스티프너(330)는 프레임(320)과 함께 스테이지(32~35)의 움직임을 지지하는 역할을 한다.

제2스테이지(33)와 제3스테이지(34)가 +X 방향으로 구동될 때, 제2스테이지(32) 및 제3스테이지(33)에 연결빔(58)에 의해 연결되어 있는 레버(50)의 작동부(52) 일단이 +X 방향으로 힘을 받게 된다. 이에 따라, 제1스테이지(32) 및 제4스테이지(35)와 연결빔(58)에 의해 연결되게 되는 레버(50)의 작동부(52) 타단은 -X 방향으로 같은 크기의 힘을 받게 된다. 또한 이에 의해 제1스테이지(32)와 제4스테이지(35)에 연결된 X-탄성빔(340)이 -X 방향으로 변형되며 제1스테이지(32)와 제4스테이지(35)가 -X 방향으로 힘(F)을 받아 구동된다.

즉, 제2스테이지(33) 및 제3스테이지(34)가 +X 방향으로 구동될 때 제1스테이지(32) 및 제4스테이지(35)는 -X 방향으로 구동되며, 그 역도 성립한다. 제2스테이지(33) 및 제3스테이지(34)를 X 방향으로 구동시킬 때, 제1스테이지(32) 및 제4스테이지(35)가 -X 방향으로 구동되도록 제1 및 제2스테이지(32,35)내의 X-코일(37X)에 전류를 인가하는 것도 가능하다. 이러한 경우 그 구동력이 두 배가 될 것 이다.

도 7b는 스테이지(32~35)의 Y 방향 구동을 설명한다. Y 방향의 구동도 X 방향의 구동과 그 원리는 대부분 동일하하므로 차이점을 중심으로 기술한다. 스티프너(330)가 Y 방향의 탄성을 갖는 제2탄성빔(350)을 통해 프레임(320)과 연결되어 있으므로, Y 방향의 힘에 대해서는 제2탄성빔(350)이 동 방향으로 탄성변형되므로 스티프너(330)가 프레임(320)에 의해 지지되어 움직이게 된다. 또한 스티프너(330)와 스테이지(32~35)를 연결하는 제1탄성빔(340)은 Y 방향의 힘에 대해서는 탄성변형되지 않으므로 스테이지(32~35)는 Y 방향의 힘에 의해서는 스티프너(330)에 대해 움직이지 않는다. 즉, Y 방향의 힘에 대해서 스테이지(32~35)는 스티프너(330)와 함께 프레임(320)에 의해 지지되어 Y 방향으로 움직이게 되는 것이다.

레버(50)의 작용은 동일하며 따라서, 제3스테이지(33) 및 제4스테이지(34)가 +Y 방향으로 구동될 때 제1스테이지(32) 및 제2스테이지(33)는 -Y 방향으로 구동되고, 그 역도 성립한다. 또한, 제3스테이지(34) 및 제4스테이지(35)를 +Y 방향으로 구동시킬 때, 제1스테이지(32) 및 제2스테이지(33)가 -Y 방향으로 구동되도록 상기 스테이지내의 X-코일에 전류를 인가하는 것도 가능하며 이러한 경우 그 구동력이 두 배가 된다.

도 7c는 스테이지가 이축 구동되는 작용을 도시한 것이다. 제2스테이지(33)및 제3스테이지(34)가 그 저면의 X-코일(37X)에 의해 X 방향의 힘을 받고, 제3스테이지(34) 및 제4스테이지(35)가 그 저면의 Y-코일(37Y)에 의해 Y 방향의 힘(F)을 받는 경우이다. 전술한 바와 같은 제1탄성빔(340), 제2탄성빔(350) 및 레버(50)의 작용에 의해 네 개의 스테이지(32~35)는 중심을 향해 대각선 방향으로 구동된다.

상술한 바와 같은 구조는 스테이지(32~35)가 힘을 받을 때 인접한 스테이지(32~35)는 항상 레버(50)의 작용에 의해 반대 방향의 힘을 받게 되므로 외란에도 안정한 특징을 갖게 된다. 예컨대, +X 방향의 외력이 스테이지(32~35)에 작용할 때, 이 힘은 제1스테이지(32) 내지 제4스테이지(35)에 동일하게 작용하는 것이 된다. 따라서, 제2스테이지(33) 및 제3스테이지(34)는 각각 제1스테이지(32) 및 제4스테이지(35)에 작용하는 +X 방향 힘에 의해 -X 방향의 힘을 받게 된다. 또한 제1스테이지(32) 및 제4스테이지(35)도 마찬가지로 +X 방향의 힘을 받는 제2스테이지(33) 및 제3스테이지(34)에 의해 -X 방향의 힘을 받게 된다. 이렇게 각 스테이지(32~35)에는 반대 방향의 힘이 함께 작용하는 것이 되어 외력의 영향이 최소화 되는 것이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 1축 구동되는 스테이지를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 스테이지(132,133)가 일방향(X)으로 나란하게 배치되어 있고 각 스테이지(132,133)의 저면에는 코일(137)이 배치된다. 각 스테이지(132,133) 사이에는 상술한 구조의 레버(150)가 연결되어 있다. 레버(150)로 연결된 스테이지(132,133) 주위를 에워싸는 사각 테두리 형태의 프레임(1320)과 스테이지(132,133)사이에는 X방향으로 탄성 변형되는 제1탄성빔(1340)이 연결되어 있다. 이러한 1축 구동인 경우 2축 구동시 필요했던 스티프너(도1, 330)와 같은 구조는 필요하지 않다.

또한, 본 발명의 마이크로 액츄에이터는 정보저장장치로 응용될 수 있다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예로서 정보저장장치(200)의 개략적인 사시도이다. 도면을 참조하면 정보저장장치(200)은 정보가 저장되는 미디어(240)와 미디어(240)가 탑재되는 복수개의 스테이지(231~234)를 구비한 마이크로 액츄에이터(220)와, 상기 미디어(240)에 정보를 저장하거나 미디어(240)에 저장된 정보를 읽기 위하여 스테이지(231~234) 상부에 배치된 캔틸레버(210) 팁 어레이를 포함한다. 마이크로 액츄에이터(220)의 구성과 동작은 전술한 실시예에서의 마이크로 액츄에이터(도1, 11)의 구성과 동일하다.

이하, 상술한 바와 같이 분할된 스테이지를 가지며, 코일이 스테이지의 저면에 형성되는 구조의 마이크로 액츄에이터의 제조방법을 설명한다.

도 10을 참조하면, 먼저 글래스기판(10) 상에 제1전극부(12)와 소정깊이와 형상의 홈(14)을 형성한다.

도 11a 내지 도 11e는 실리콘기판(60)상에 코일(62), 제2전극부(64)를 형성하는 스테이지 제조공정이다. 실리콘기판(60)으로는 산화층(66)과 같은 절연층을 구비한 SOI(silicon on insulator)기판이 사용될 수 있다.

도 11a를 참조하면, 실리콘기판(60)상에 코일(62)이 형성될 트렌치 패턴을 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 만든 후, ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching) 기법으로 트렌치(68)를 형성한다.

도 11b를 참조하면, 열산화(thermal oxidation) 공정으로 패시베이션층(passivation layer,70)을 입힌다.

도 11c 및 도 11d를 참조하면, 상기 트렌치(68)를 전기도금(Electroplating) 등의 방법을 이용하여 금속(74)으로 채운 후에, 트렌치(68) 상부로 노출된 도금막을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 폴리싱 공정으로 연마하여 코일(62)을 완성한다.

도 11e를 참조하면, 절연막(76)을 형성한 후 재차 금속증착 공정에 의해 코일(62)에 전류를 인가하는 제 2전극부(64)롤 형성한다.

도 12a 내지 도 12e는 실리콘기판(60)과 글래스기판(10)간을 본딩한 후 스테이지로 가공하는 공정을 설명하는 도면이다.

도 12a를 참조하면 실리콘 기판(60)의 상면(60a)과 글래스 기판(10)의 상면(10a)을 본딩하는데, 이 때 제 1전극부(도10, 12)와 제 2전극부(도11e, 64)가 접촉되어 전극패드(65)를 이루도록 한다. 전극패드(65)는 후술하는 식각 공정에 의해 노출되어 상기 코일(62)에 전류를 인가하는 전극패드(65)가 된다.

본딩은 어노딕 본딩(anodic bonding) 공정에 의한다. 실리콘 기판(60)과 글래스 기판(10)간에 수백 볼트의 전압을 인가한 후 온도를 수백 ℃로 올리는 공정으로서 이에 의해 글래스/실리콘 계면에서의 포텐셜 강하가 급격하게 되며 이 전기장에 의해 두 계면이 본딩된다.

도 12b는 어노딕 본딩 후 실리콘 기판을 전면 식각한 후의 도면이다. 이 때, 그 식각하는 깊이에 따라 스테이지의 두께가 결정된다. SOI 기판을 사용하는 경우, 기판 내부의 산화층(도12a,66)이 드러나는 깊이까지 식각 한 후, 산화층(도12a,66)을 식각하는 순서로 한다. 이 때는 형성하고자 하는 스테이지의 두께에 알맞게 산화층(도12a, 66)까지의 깊이가 형성된 SOI 기판을 준비하면 된다.

도 12c의 공정은 상기 전면 식각 후 스테이지가 움직일 수 있도록 프레임, 탄성빔, 스티프너 및 분할된 스테이지와 이들을 연결하는 레버구조를 형성하고, 코일(62)에 전류를 인가하기 위한 전극패드(65)를 노출시키는 식각 공정이다. 이 때 식각마스크(69)로는 도 2와 같은 평면도를 사용할 수 있다.

도 12d는 식각 후 식각마스크(69)를 제거한 공정 후의 도면이다. 분할된 스테이지(73)와, 프레임(75), 스티프너(71), 및 미도시된 탄성빔, 레버구조가 마련되고, 코일(62)이 스테이지의 저면에 형성되는 마이크로 액츄에이터가 제조되게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터 및 이를 채용한 정보저장장치는 스테이지가 매스 밸런싱(mass balancing)을 이루는 복수개의 스테이지로 구성되어 있고 인접하는 각 스테이지가 레버로 연결되며 구동코일은 스테이지의 저면에 위치하는 구조로서 아래와 같은 장점이 있다.

첫째, 동일한 공정에 의해 동일한 모양으로 제작될 수 있어 더욱 정확한 매스 밸런싱이 가능하다.

둘째, 구동부와 스테이지가 분리되어 있을 필요가 없는 구조이며, 코일이 조립 공정이 아닌 배치 프로세스(batch process)에 의해 제조되므로 제조단가가 낮아진다.

셋째, 구동코일이 스테이지의 저면에 형성되는 구조이므로 면적효율이 높다.

이러한 본원 발명인 마이크로 액츄에이터 및 정보저장장치는 이해를 돕기 위 하여 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

지지부;와

상기 지지부에 의해 탄력적으로 지지되는 것으로, 피구동체가 탑재되는 탑재면을 가지며 상호 이웃하게 배치되는 복수개의 스테이지;와

상기 복수개의 스테이지 사이에 마련되는 것으로, 그 양단이 이웃하는 스테이지 각각에 연결되어 일 스테이지가 이동시 이에 이웃하는 다른 스테이지가 상기 일 스테이지의 이동방향과 반대 방향으로 이동되도록 힘을 가하는 복수개의 레버; 및

상기 스테이지 각각에 구동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제1항에 있어서 상기 레버 각각은,

상기 지지부에 설치된 고정부;와

상기 이웃하는 스테이지의 마주하는 측면 각각에 양단이 연결된 작동부;와

상기 고정부와 상기 작동부 사이에 개재되어 상기 작동부를 회동 지지하는 힌지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제2항에 있어서,

상기 고정부는 상기 지지부에 이격 설치된 두 개로 이루어지고,

상기 힌지부는 그 첨점이 상기 작동부의 중심부에 연결되고 상기 두 개의 고정부에 연결된 'V'자 형 구조로 된 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제2항에 있어서,

상기 작동부의 양단 각각과 상기 스테이지 사이에 배치되어 상기 작동부와 상기 스테이지를 탄성적으로 연결하는 연결빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제1항에 있어서 상기 지지부는,

베이스;와

상기 베이스 상에 배치된 것으로 상기 복수개의 스테이지 전체의 외측부를 에워싸는 프레임;과

상기 프레임과 상기 각 스테이지 사이에 마련되어 상기 스테이지를 탄성지지하는 탄성빔;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서 상기 구동부는,

상기 스테이지 각각에 형성되는 코일과, 상기 코일 각각과 마주하는 위치에 배치된 복수개의 영구자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제6항에 있어서

상기 코일은 상기 스테이지의 탑재면의 이면에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수개의 스테이지는 제1방향 및 이와 직교하는 제2방향으로 2×2 형태로 배치되는 네 개의 스테이지인 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제8항에 있어서 상기 지지부는,

베이스;와

상기 베이스 상에 배치된 것으로 상기 복수개의 스테이지 전체의 외측부를 에워싸는 프레임;과

상기 프레임과 상기 각각의 스테이지 사이에 위치하고 상기 제1방향과 나란한 제1영역과 상기 제2방향과 나란한 제2영역으로 이루어지는 스티프너;와

상기 제2영역과 이와 마주하는 상기 스테이지의 일측면 사이에 연결되고, 상기 제1방향으로 탄성변형되는 제1탄성빔;과

상기 제1영역과 이와 마주하는 상기 프레임의 내측면 사이에 연결되고, 상기 제2방향으로 탄형변형되는 제2탄성빔;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제8항에 있어서 상기 구동부는,

상기 스테이지 각각에 형성되는 코일;과,

상기 코일 각각과 마주하는 위치에 배치된 복수개의 영구자석;을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제10항에 있어서 상기 코일은,

상기 스테이지 각각에 상기 제1방향으로 운동력을 제공할 수 있도록 배치된 제1코일과, 상기 제2방향으로 운동력을 제공할 수 있도록 배치된 제2코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제10항에 있어서,

상기 코일은 상기 스테이지의 탑재면의 이면에 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
정보가 저장되는 미디어;와

상기 미디어가 탑재되는 제8항의 마이크로 액츄에이터;와

상기 미디어에 정보를 저장하거나 저장된 정보를 읽기 위하여 상기 미디어 상부에 배치된 캔틸레버 팁 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보저장장치.
제13항에 있어서 상기 구동부는,

상기 스테이지 각각의 탑재면 이면에 형성되는 코일;과

상기 코일 각각과 마주하는 위치에 배치된 복수개의 영구자석;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보저장장치.