KR20030041288A

KR20030041288A - 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030041288A
Application number: KR1020010071929A
Authority: KR
Inventors: 김영식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-27

Abstract

본 발명은 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 데이터 저장장치용 캔틸레버는 캔틸레버의 휨정도를 검출하기 위하여 압전센서 또는 압저항센서를 사용하여 검출되는 전압의 차가 너무 작아 이를 정확하게 증폭하기 위해서는 고성능의 잡음제거장치 및 증폭장치를 사용해야 함으로써, 장치의 단가가 증가함과 아울러 그 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 엔형 실리콘 암(ARM)과, 그 엔형 실리콘 암의 일측단 끝에 첨점부를 가지는 탐침을 포함하여, 데이터 값에 따라 그 엔형 실리콘 암이 휘어지는 데이터 저장장치용 캔틸레버에 있어서, 상기 엔형 실리콘 암의 하부측에 구비되며, 그 엔형 실리콘 암과는 전기적으로 절연되고, 상기 탐침의 하측에 위치하는 엔형 실리콘 암과의 접촉저항 변화를 감지하여 엔형 실리콘 암의 휘어짐을 감지하는 접촉형 데이터 독출수단을 더 포함하여 구성하여, 데이터를 검출하는 전압차를 크게 하여 이를 감지하기 위한 별도의 부가장치의 수를 줄임과 아울러 저가의 장치를 사용하여 데이터를 검출할 수 있게 됨에 따라 데이터 저장장치의 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법{CANTILEVER FOR DATA STORAGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 접촉식 감지장치와 강유전체 액튜에이터를 구비하여 신호처리를 위해 사용되는 부가 장치를 줄일 수 있는데 적당하도록 한 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 마이크로 머시닝(MEMS) 기술을 이용한 데이터 저장장치에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 대표적인 데이터 저장장치로는 아이비엠(IBM)의 밀리페드(MILIPEDE)를 예로 들수 있으며, 캔틸레버(CANTILEVER)라는 작은 막대를 이용하여 읽기 및 쓰기를 하고 있다. 이와 같은 데이터 저장장치용 캔틸레버를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 일반적인 캔틸레버의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 지지대(1)의 상부측으로 부터 일정 길이로 외부로 돌출된 형태의 엔(n)형 실리콘 암(2)과; 상기 실리콘 지지대(1)의 위치와는 반대측의 엔형 실리콘 암(2) 상부에 위치하는 탐침(3)으로 구성된다.

상기 캔틸레버는 미세한 힘에 의해서도 상하방향으로 쉽게 휘어지며, 끝부분에는 원자 몇 개 정도 크기의 첨점을 가지는 탐침(3)을 가지고 있다. 이 탐침(3)을 시료의 표면에 인접하도록 하면 탐침 끝의 원자와 시료표면의 원자사이에 인력 또는 척력이 장용하며, 이 인력 또는 척력에 의해 상기 캔틸레버는 휘어짐이 발생하며, 이를 감지하여 데이터를 읽게 된다.

상기 도1에 도시한 구조는 가장 단순한 형태이며, 상기 구조를 사용하는 경우에는 캔틸레버의 외측에서 캔틸레버의 휘어짐 방향 및 정도를 감지할 수 있는 별도의 부가 장치가 필요하게 되며, 그 동작속도가 매우느려 원하는 기능을 충분히 사용할 수 없게 된다.

상기 문제점을 감안한 또 다른 종래 캔틸레버는 캔틸레버 자체에 휘어짐 정도를 용이하게 검출하기 위한 센서를 구비하고 있다. 이때의 센서는 레이저, 포토다이오드 등 광학적인 기술을 사용하는 센서가 부가될 수 있으나, 이는 복잡하고 정교한 장치를 필요로 함으로써 고가의 장치이며, 이는 데이터 저장용으로 사용하기에는 부적합하다.

또한, 압전센서 또는 압저항센서를 이용하여 캔틸레버의 휘어짐을 검출하는 방법이 제안되었으며, 이와 같은 종래 캔틸레버의 다른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 종래 데이터 저장용 캔틸레버의 다른 실시 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 압전 액튜에이터와 함께 압저항형 센서를 캔틸레버에 부가한 것으로, 실리콘 지지대(1)의 상부에 위치하는 절연막(8)과; 상기 절연막(1)의 상부측에 일부가 위치하며 일측방향으로 돌출된 엔형 실리콘 암(2)과; 상기 엔형 실리콘 암(2)의 일측 상부에 위치하는 탐침(3)과; 상기 절연막(8)의 상부측과 그 주변일부에 대향하는 엔형 실리콘 암(2)의 상부측에 매립형으로 형성된 고농도 피형 실리콘층(9)과; 상기 고농도 피형 실리콘층(9)에 접하도록 상기 엔형 실리콘 암(2)의 상부측에매립형으로 형성된 압저항(10)과; 상기 고농도 피형 실리콘층(9)의 상부에 위치하는 산화막(4)과; 상기 산화막(4)의 상부일부에 적층된 하부전극(5), 유전막(6), 상부전극(7)으로 구성된다.

이와 같이 압저항(10)을 사용하여 캔틸레버의 변형을 측정함으로써, 레이저를 사용하는 광학시스템을 사용하지 않고, 상기 탐침(3)과 시료 사이의 인력 또는 척력으로 나타나는 원자력을 측정할 수 있게 된다.

상기 구조는 압전 액튜에이터를 사용하여 동작속도를 향상시키며, 압저항(10) 센서를 이용하여 탐침과 시편 사이의 척력 강도의 척도인 캔틸레버의 변형정도를 측정하여 원자력을 측정할 수 있게 되지만, 상기 압저항(10) 센서에서 감지되는 전압은 그 크기가 수㎶이며, 이를 사용하여 정확한 신호를 획득하기 위해서는 매우 정교한 잡음 제거장치 및 전기적 증폭장치를 사용해야 하며, 교류신호를 사용할 때는 록인 증폭기(LOCK-IN AMPLIFIER)를 사용해야 함으로써, 대량의 저장용량을 가지는 데이터 저장장치의 개발에 한계점으로 지적되고 있다.

상기의 회로구성은 비용이 증가하게 되며, 부가 장치의 증가로 인해 집적도가 저하되는 문제점을 가지고 있다.

상기한 바와 같이 종래 데이터 저장장치용 캔틸레버는 캔틸레버의 휨정도를 검출하기 위하여 광학장치를 사용하거나, 압저항센서 또는 압전센서를 사용하였으나, 광학장치를 사용하는 경우 고가의 부가장치가 필요하며, 압전센서 또는 압저항센서를 사용하는 경우 검출되는 전압의 차가 너무 작아 이를 정확하게 증폭하기 위해서는 고성능의 잡음제거장치 및 증폭장치를 사용해야 함으로써, 장치의 단가가 증가함과 아울러 그 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 캔틸레버의 휨정도를 센싱하는 과정에서 검출전압을 상대적으로 증가시키는 센서를 캔틸레버에 구비시켜, 고가의 부가 장치를 사용하지 않고 용이하게 캔틸레버의 휨정도를 센싱할 수 있는 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 데이터 저장장치용 캔틸레버의 일실시예도.

도2는 종래 데이터 저장장치용 캔틸레버의 다른 실시예도.

도3은 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 구성도.

도4a는 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 평면도.

도4b는 도4a의 A-A'방향의 단면도.

도5는 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 데이터 검출 기준값을 설정하는 과정의 모식도.

도6은 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 동작모식도.

도7a 내지 도7f는 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 제조공정 수순단면도.

도8은 도7b의 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

31:실리콘 기판(실리콘 지지대)32:신호전달부

32':접촉부33,36:절연층

34:엔형 실리콘 암(고농도 엔형 실리콘층)35:탐침

37:하부전극38:유전막

39:상부전극40:전류전압 변환부

41:액튜에이터 전압제어부42:절연막

상기와 같은 목적은 엔형 실리콘 암과, 그 엔형 실리콘 암의 일측단 끝에 첨점부를 가지는 탐침을 포함하여, 데이터 값에 따라 그 엔형 실리콘 암이 휘어지는 데이터 저장장치용 캔틸레버에 있어서, 상기 엔형 실리콘 암의 하부측에 구비되며, 그 엔형 실리콘 암과는 전기적으로 절연되고, 상기 탐침의 하측에 위치하는 엔형 실리콘 암과의 접촉저항 변화를 감지하여 엔형 실리콘 암의 휘어짐을 감지하는 접촉형 데이터 독출수단과 상기 엔형 실리콘 암의 상부측에 구비되며, 그 엔형 실리콘 암과는 전기적으로 절연됨과 아울러 전압의 인가에 따라 상기 엔형 실리콘 암의 휘어짐 정도를 조절하는 데이터 독출 기준 설정수단을 더 포함하여 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명 데이터 저장용 캔틸레버의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 중앙부가 식각되어 요철형 구조를 가지는 실리콘 지지대(31)와; 상기 실리콘 지지대(31)의 상부일부에 형성된 도전층인 신호전달부(32)와; 상기 신호전달부(32)가 형성된 실리콘 지지대(31)의 단차가 높은 두 영역중 일측영역상에 위치하는 절연층(33)과; 상기 절연층(33) 상에 일부가 접하며, 상기 실리콘 지지대(31)와 소정거리 이격되어 대향하도록 길게 위치하는 엔형 실리콘 암(ARM, 34)과; 상기 절연층(33)이 형성되지 않은 실리콘 지지대(31)의 단차가 높은 영역에 대향하는 위치의 엔형 실리콘 암(34)의 상부에 위치하는 탐침(35)과; 상기 탐침(35)과는 소정거리 이격되며, 상기 엔형 실리콘 암(34)의 상부측에 위치하는 절연층(36)과; 상기 절연층(36)의 상부일부에 위치하는 하부전극(37), 유전막(38), 상부전극(39)이 적층된 압전 액튜에이터로 구성된다.

상기 액튜에이터의 하부전극(37)과 상부전극(39)에는 액튜에이터 전압제어부(41)가 연결되며, 상기 엔형 실리콘 암(34)은 접지되고, 직류전압원(VDC)의 출력전류를 전압으로 변환시켜 상기 엔형 실리콘 암(34)의 상태를 검출하게 된다. 즉, 본 발명에서 사용하는 센서는 접촉센서이며, 이와 같은 센싱과정은 아래에 기재하는 실시예를 통해 좀더 상세히 설명하기로 한다.

또한, 상기 탐침(35)과 대향하는 위치의 상기 신호전달부(32)의 일부를 접촉부(32')라고 칭하기로 한다.

상기와 같은 구조에서 탐침(35)과 시료와의 사이에서 작용하는 원자력에 의하여 상기 엔형 실리콘 암(34)이 휘어지는 경우 그 도전체인 엔형 실리콘 암(34)이 상기 명명한 접촉부(32')에 접촉하게 되면, 상기 직류전압원(VDC)에 의한 전류가 상기 신호전달부(32), 접촉부(32'), 엔형 실리콘 암(34)을 차례로 통해 접지로 흐르게 되며, 이때의 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환부(40)의 출력에 의해 엔형 실리콘 암(34)의 휘어짐 상태, 즉 데이터의 상태가 0 또는 1임을 감지해 낼 수 있게 된다.

또한, 상기 상부전극(39), 유전막(38), 하부전극(37)으로 구성되는 액튜에이터에 의해 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 거리를 조절할 수 있다.

도4a는 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버의 평면도이고, 도4b는 도4a에서 A-A'방향의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 지지대(31)가 가장 큰 면적으로 최하층에 위치하며, 그 평면상의 상하측의 일부를 제외한 전 영역에 신호전달부(32)가 위치한다.

그리고, 엔형 실리콘 암(34)은 탐침(35)이 위치하는 영역측이 중앙부에 첨점이 위치하는 형태로 위치하며, 그 엔형 실리콘 암(34)의 상부측에 절연층(36)이 상기 탐침(35)과는 소정거리 이격되도록 위치하며, 그 절연층(36)의 상부일부에 하부전극(37), 유전층(38), 상부전극(39)이 순차적으로 적층된 액튜에이터가 위치하게 된다.

도5는 상기 액튜에이터에 의해 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 이격거리를 제어하는 과정의 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 액튜에이터의 상부전극(39)과 하부전극(37)에 전압을 인가하여 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 이격거리(d)를 조절하게 된다.

이때의 이격거리(d)는 본 발명의 캔틸레버를 사용하여 데이터를 읽을 때, 엔형 실리콘 암(34)에 형성된 탐침(35)에 인가되는 부하의 크기에 따라 조절하여야 하며, 그 부하의 크기에 따라 접촉부(32')와 상기 엔형 실리콘 암(34)이 충분히 닿을 수 있는 거리로 설정한다.

도6은 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 이격거리를 조정한 후, 실제 데이터를 읽는 과정의 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 데이터 저장장치에 기록된 데이터가 그 데이터 저장장치의 표면의 거칠기에 따른 데이터로 가정한다. 즉 특정한 기준값 보다 거칠기가 거칠면 데이터 1, 거칠지 않으면 데이터 0으로 판단할 수 있는 데이터 저장장치를 사용한 경우의 예에 한정하여 본 발명 캔틸레버의 동작을 설명한다.

상기 도6에서 제 1구간(A)에서는 데이터 저장장치의 표면 거칠기가 완만하고 단차가 낮은 구간이며, 이에 따라 상기 탐침(35)이 그 제1구간(A)을 지나는 경우에는 상기 탐침(35)에 인가되는 부하가 없기 때문에 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)은 접촉되지 않는다. 이와 같은 상태를 디지털 데이터의 한 값인 0으로 판단하며, 설정에 따라 이 상태의 데이터를 1로 판단할 수도 있다.

그 다음, 거칠기가 심하고 단차가 높은 영역인 제2구간(B)을 지나는 경우에는 상기 탐침(35)에 부하가 작용하여 그 탐침(35)의 눌림에 의해 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)이 서로 접하게 된다.

이와 같이 특정한 부하에 대하여 접하는 정도는 상기 액튜에이터를 사용하여 조절함이 가능하다는 것은 위에서 설명하였다. 즉, 데이터의 판별 기준을 상기 액튜에이터를 사용한 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 이격거리(d)에 의해 설정한다.

상기와 같이 접촉부(32')와 엔형 시리콘 암(34)이 서로 접하게 되면, 상기직류전원(VDC)에 의한 전류가 신호전달부(32), 접촉부(32')를 통해 엔형 실리콘 암(34)을 통해 접지로 흐르게 된다.

이때의 전류는 전류전압 변환부(40)에 의해 전압으로 변환되어 검출되며, 전류전압 변환부(40)의 출력은 아래의 수학식1의 관계를 가진다.

I=V/(R1+R2+R3)

이때의 R1은 엔형 실리콘 암(34)의 저항이며, R2는 접촉부(32')를 포함하는 신호전달부(32)의 저항이고, 상기 R3는 엔형 실리콘 암(34)과 접촉부(32')의 접촉저항이다.

본 발명의 캔틸레버는 접촉저항의 변화에 의한 데이터의 센싱이 가능하도록 하는 것으로, 그 센싱의 정밀도를 향상시키기 위해서는 상기 엔형 실리콘 암(34)의 저항인 R1과 신호전달부(32)의 저항인 R2는 그 값을 무시할 정도로 작게 하여야 하며, 이를 위해 엔형 실리콘 암(34)과 신호전달부(32)의 도핑농도를 높게 한다.

상기 V는 직류전압원(VDC)의 출력전압으로 그 전압값은 고정된 값이며, 상기 직류전압원(VDC)에의해 상기 신호전달부(32), 접촉부(32'), 엔형 실리콘 암(34)을 통해 접지로 흐르는 직류전류(I)의 크기는 상기 접촉저항인 R3에 의해 결정된다.

상기 접촉저항(R3)은 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)의 접촉면에 반비례하게 되며, 센싱되는 전압값을 크게 하려면, 흐르는 직류전류(I)를 크게 하기 위해 상기 신호전달부(32)와 접촉부(32')의 접촉면을 가능한 크게 되도록 한다.

상기 제1구간(A)에 캔틸레버가 위치하여 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘암(34)이 서로 이격되어 있는 경우에는 상기 접촉저항인 R3는 무한대가 되며, 이에 따라 흐르는 전류는 0이되고, 이를 전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환부(40)의 출력 또한 0이 된다.

상기 제2구간(B)에 캔틸레버가 위치하여 상기 접촉부(32')와 엔형 실리콘 암(34)이 접촉되는 경우에는 상기 접촉저항 R3은 그 접촉정도에 따라 특정한 저항값을 가지게 되며, 이에 따라 상기 신호전달부(32), 접촉부(32'), 엔형 실리콘 암(34)을 지나는 직류전압원(VDC)에 의한 전류가 흐르게 된다.

이때의 전류는 상기 전류전압 검출부(40)에서 검출되어 전압으로 변환된 후, 출력되며, 이때의 전압은 0이 아닌 전압값을 가지며, 회로의 구성에 따라 그 값을 크게 조절할 수 있으며, 이에 따라 저가의 회로를 사용하여 용이하게 데이터를 검출할 수 있게 된다.

도7a 내지 도7f는 본 발명 데이터 저장장치의 캔틸레버 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(31)의 상부에 열산화막을 성장시켜 절연층(33)을 형성하고, 그 절연층(33) 상에 포토레지스트(PR1)를 도포하고 노광 및 현상하여 상기 절연층(33)의 중앙상부를 노출시키는 포토레지스트(PR1) 패턴을 형성하는 단계(도7a)와; 상기 포토레지스트(PR1) 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정으로 상기 노출된 절연층(33)을 식각하여 그 하부의 기판(31)을 노출시킨 후, 그 노출된 기판(31)을 습식식각하여 그 측면이 경사지며, 중앙부가 평탄한 식각영역을 형성하고, 상기 기판(31)에 붕소이온을 고농도로 주입하여 상기 기판(31)의 표면과 그 표면으로 부터 소정의 깊이를 가지는 신호전송부(32) 및 접촉부(32')를 형성하는 단계(도7b)와; 상기 절연층(33)의 상부에 고농도 엔형 실리콘층(34)을 접합하고, 상기 고농도 엔형 실리콘층(34)의 상부에 절연막(42)을 증착하고, 그 절연막(42)을 포토레지스트(PR2) 패턴을 이용한 식각공정으로 식각하여, 상기 실리콘 기판(31)의 식각되지 않은 일측영역 상에 절연막(42) 패턴을 형성하는 단계(도7c)와; 상기 절연막(42)을 식각마스크로 하는 식각공정으로 상기 고농도 엔형 실리콘층(34)의 상부일부를 식각하여 상기 절연막(42)이 위치하던 영역에 탐침(35)을 형성함과 아울러 고농도 엔형 실리콘 암(34)을 형성하는 단계(도7d)와; 상기 고농도 엔형 실리콘 암(34)의 상부에 절연막을 증착하고 패터닝하여 절연층(36)을 형성한 후, 상기 구조의 상부에 금속, 강유전체, 금속을 순차적으로 증착한 후, 패터닝하여 하부전극(37), 유전층(38), 상부전극(39)으로 이루어지는 액튜에이터를 형성하는 단계(도7e)와; 상기 탐침(35)의 하부측에 위치하는 절연층(33)을 선택적으로 제거하는 단계(도7f)로 이루어진다.

이하, 상기와 같은 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버 제조방법을 좀더 상세히 설명한다.

먼저, 실리콘 기판(31)의 상부에 열산화막을 성장시켜 절연층(33)을 형성한다.

이때 상기 실리콘 기판은 N형이며, 방향은 (100) 방향의 것을 사용하며, 열산화막의 성장은 1,100℃의 온도에서 2시간 가량 습식 성장시켜 100nm 정도의 두께로 1차적으로 성장시키고, 그 상부에 스퍼터링법으로 Pyrex7740 보론실리케이트 글라스(boronsilicate glass)를 1~5㎛의 두께로 형성하여 절연층(33)을 형성한다.

그 다음, 상기 절연층(33) 상에 포토레지스트(PR1)를 도포하고 노광 및 현상하여 상기 절연층(33)의 중앙상부를 노출시키는 포토레지스트(PR1) 패턴을 형성한다.

그 다음, 도7b에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR1) 패턴을 식각마스크로 하는 습식식각공정으로 상기 노출된 절연층(33)을 식각하여 그 하부의 기판(31)을 노출시킨다.

이때, 상기 절연층(33)을 식각하는 공정은 HF(6:1)용액에 10분정도 담궈 식각한다.

그 다음, 상기 절연층(33)의 식각으로 노출되는 기판(31)을 TMAH(tetramethyl ammonoium hydroxide)에 담궈 식각한다. 이때의 식각으로 형서되는 기판(31)의 형상은 그 측면부가 경사지게 형성되며, 중앙부는 대체로 평탄한 면을 가지도록 형성된다.

상기 기판(31)을 식각하는 방법은 상기 TMAH외에 EDP(ethylene diamine pyrocatechol) 또는 hydrazine을 사용할 수 있다.

그 다음, 상기 구조의 상부전면에 보론을 고농도로 주입하는 이온주입공정으로 상기 기판(31)의 표면으로 부터 소정의 깊이를 가지는 신호전달부(32)를 형성하며, 상기 도3의 구조의 설명에서 명명한 바와 같이 식각되지 않은 기판(31)의 표면영역에 접촉부(32')를 형성한다.

도8은 상기 도7b까지의 제조공정을 수행한 시료의 평면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(31)의 중앙부는 절연층(33)에 의해 노출되어 있으며, 그 절연층(33)의 일측 하부영역에는 접촉부(32')가 형성되고, 나머지 영역에는 전류가 흐를 수 있는 신호전달부(32)가 형성되어 진다.

그 다음, 도7c에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부에 고농도 엔형 실리콘층(34)을 상기 절연층(33) 상에 접합시킨다. 이때의 접합공정은 400℃의 온도에서 상기 기판(31)에 음전압, 상기 고농도 엔형 실리콘층(34)에 양전압을 인가하여 그 전압차가 50~200V가 되도록 함으로써, 상기 두 기판을 접합시킨다.

이와 같은 에노딕(ANODIC) 접합방법외에 실리콘기판을 접합시키는 방법으로 알려진 silicon fusion bonding, adhensive bonding, eutectic bonding을 사용할 수 있다.

이와 같이 두 기판을 접합시킨 후, 상기 고농도 엔형 실리콘층(34)을 폴리슁(polishing)하여 그 두께가 10㎛정도가 되도록 한다.

그 다음, 상기 폴리슁된 고농도 엔형 실리콘층(34)의 상부에 절연막(42)을 증착하고, 그 절연막(42)의 상부전면에 포토레지스트(PR2)를 도포한 후, 노광 및 현상하여 패턴을 형성하고, 그 패턴이 형성된 포토레지스트(PR2)를 식각마스크로 사용하는 식각공정으로 상기 노출된 절연막(42)를 습식식각하여 절연막(42) 하드마스크를 형성한다.

그 다음, 도7d에 도시한 바와 같이, 상기 절연막(42) 하드마스크를 이용한 식각공정으로 상기 노출된 고농도 엔형 실리콘층(34)의 상부일부를 식각한다. 이때의 식각은 습식식각이며, 그 식각에 의해 상기 절연막(42) 하드마스크의 하부측에 위치하는 고농도 엔형 실리콘층(34)의 측면부가 식각되어, 절연막(42) 하드마스크측이 뾰족한 형태를 가지는 탐침(35)을 형성하며, 그 탐침(35)을 제외한 고농도 엔형 실리콘층(34)인 고농도 엔형 실리콘 암(34)을 형성한다.

그 다음, 도7e에 도시한 바와 같이 상기 고농도 엔형 실리콘 암(34)의 상부전면에 절연층(36)을 증착하고, 사진식각공정을 통해 패터닝하여 상기 고농도 엔형 실리콘 암(34)의 상부측에 위치함과 아울러 상기 탐침(35)으로 부터 소정거리 이격되는 영역에 절연층(36) 패턴을 형성한다.

그 다음, 상기 구조의 상부전면에 금속, 강유전체, 금속을 순차적으로 증착하고, 사진식각공정을 통해 패터닝하여 하부전극(37), 유전막(38), 상부전극(39)로 이루어지는 액튜에이터를 형성한다.

그 다음, 도7f에 도시한 바와 같이 상기 탐침(35)의 하부측 고농도 엔형 실리콘 암(34)과 접촉부(32')의 사이에 위치하는 절연층(33)을 제거한다.

이때 절연층(33)을 제거하는 방법으로는 건식 또는 습식식각이 모두 가능하며, EDP용액을 사용하여 식각하는 경우에, 그 주변부는 보론으로 고농도 도핑되어 있기 때문에 식각되지 않고, 상기 절연층(33) 만을 선택적으로 제거할 수 있게 된다.

상기와 같은 공정을 통해 데이터를 검출할 수 있는 접촉형 센서와 그 접촉형 센서의 데이터 센싱의 기준을 설정할 수 있는 액튜에이터를 가지는 캔틸레버를 형성할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명 데이터 저장장치용 캔틸레버 및 그 제조방법은 기본적인 캔틸레버의 하부측에 접촉형 데이터 검출센서를 구비하고, 그 데이터 검출센서의 데이터 검출 기준을 설정할 수 있는 액튜에이터를 상부측에 구비하도록 함으로써, 그 접촉형 데이터 검출센서와 캔틸레버 암의 접촉저항 변화에 따른 전압의 변화를 검출하여 보다 큰 출력신호를 얻게 되어, 이를 감지하기 위한 별도의 부가장치의 수를 줄임과 아울러 저가의 장치를 사용하여 데이터를 검출할 수 있게 됨에 따라 데이터 저장장치의 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

엔형 실리콘 암(ARM)과, 그 엔형 실리콘 암의 일측단 끝에 첨점부를 가지는 탐침을 포함하여, 데이터 값에 따라 그 엔형 실리콘 암이 휘어지는 데이터 저장장치용 캔틸레버에 있어서, 상기 엔형 실리콘 암의 하부측에 구비되며, 그 엔형 실리콘 암과는 전기적으로 절연되고, 상기 탐침의 하측에 위치하는 엔형 실리콘 암과의 접촉저항 변화를 감지하여 엔형 실리콘 암의 휘어짐을 감지하는 접촉형 데이터 독출수단을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 1항에 있어서, 상기 엔형 실리콘 암의 상부측에 구비되며, 그 엔형 실리콘 암과는 전기적으로 절연됨과 아울러 전압의 인가에 따라 상기 엔형 실리콘 암의 휘어짐 정도를 조절하는 데이터 독출 기준 설정수단을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 1항에 있어서, 상기 접촉형 데이터 독출수단은 상기 탐침이 형성되지 않은 엔형 실리콘 암의 타측단 하부측에 접하는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 하부측에 일측단이 접하며, 중앙부의 단차가 양측단보다 낮은 형상을 가지는 실리콘 지지대와; 상기 실리콘 지지대의 표면으로 부터 소정깊이에 이르는 영역에 위치하는 도전층으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 접촉형 데이터 독출수단의 도전층은 일측단이 상기 제1절연층과 접함과 아울러 타측단이 검출되는 데이터에 따라 상기 탐침의 하부측 엔형 실리콘 암과 접촉되거나 이격되며, 그 도전층에는 직류전압원이 연결되며, 상기 엔형 실리콘 암은 접지되어 상기 엔형 실리콘 암과 도전층의 접촉저항에 따른 전류가 도전층과 엔형 실리콘 암을 통해 접지로 흐르는 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 4항에 있어서, 상기 전원전압원에 의해 발생되는 전류를 전압으로 변경하여 검출되는 데이터에 따라 서로 다른 전압을 출력하는 전류전압 변환부를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 4항에 있어서, 상기 엔형 실리콘 암과 도전층의 내부 저항은 그 엔형 실리콘 암과 도전층의 접촉저항에 비하여 무시할 만큼 작아지도록 그 도핑농도가 높은 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
제 2항에 있어서, 상기 데이터 독출 기준 설정수단은 상기 엔형 실리콘 암의 상부측에 위치함과 아울러 상기 탐침과는 소정거리 이격되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 상부일부에 순차적으로 적층된 하부전극, 강유전막, 상부전극으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버.
실리콘 기판의 상부에 제1절연층을 형성하고, 그 제1절연층을 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 중앙부를 노출시키는 단계와; 상기 노출된 기판의 상부일부를 식각하는 단계와; 상기 노출된 기판에 도전층을 형성하는 단계와; 상기 제1절연층의 상부에 고농도 엔형 실리콘층을 접합하고, 상기 고농도 엔형 실리콘층의 상부일부를 식각하여 상기 하드마스크의 하부측에 탐침을 형성함과 아울러 고농도 엔형 실리콘 암을 형성하는 단계와; 상기 고농도 엔형 실리콘 암의 상부에 제2절연층을 형성한 후, 하부전극, 유전층, 상부전극으로 이루어지는 액튜에이터를 형성하는 단계와; 상기 탐침의 하부측에 위치하는 제1절연층을 선택적으로 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버 제조방법.
제 8항에 있어서, 상기 제1절연층은 실리콘 기판의 상부에 1,100℃의 온도에서 2시간 동안 산화막을 습식 성장시켜 100nm 1차 절연층을 형성하는 단계와; 상기 1차 절연층상에 스퍼터링법으로 Pyrex7740 보론실리케이트 글라스(boronsilicate glass)를 1~5㎛의 두께로 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버 제조방법.
제 8항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부일부에 위치하는 제1절연층과 고농도 엔형 실리콘층을 접합하는 단계는 400℃의 온도에서 상기 실리콘 기판에 음의 전압, 상기 고농도 엔형 실리콘층에 양의 전압을 인가하여 그 전압차가 50~200V가 되도록 하여 접합하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버 제조방법.
제 8항 또는 제 10항에 있어서, 상기 제1절연층과 고농도 엔형 실리콘층을 접합한 후, 그 고농도 엔형 실리콘층의 두께를 10㎛가 되도록 연마하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장장치용 캔틸레버 제조방법.