KR20070008591A - 일체화된 광자기 기록/판독 헤드 - Google Patents

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프랑크 씨. 페닝
페리 제이프
아우케 에이. 에이. 카스텔리엔
베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

디지털 광자기 신호 기록/판독 헤드에 사용되는 일체화된 광자기 소자의 제조방법과 이 방법에 따라 제조된 일체화된 광자기 소자가 제공된다. 디지털 광자기 신호 판독/기록 헤드에서 사용되는 일체화된 광자기 소자를 제조하는 방법으로서, 박막 코일들의 제조기술이 렌즈 제조 기술과 결합되어, 동작 중에 저장매체(102)의 표면 바로 위에서 "비상"하기 위한 공기 베어링 표면을 갖는 슬라이드에 사용하기 위한 고성능의 신뢰할 수 있으며 비용효율적인 렌즈-MFM 코일 조합을 구현한다. 이 방법은 다음과 같은 2가지 주된 단계들, 즉 박막 기술을 사용하여 MFM 코일(106)을 제조하는 단계 1과, MFM 코일(106)이 내부에 배치된 투명(예를 들어, 유리) 판(109) 위에 대물렌즈(114)를 제조하는 단계 2를 포함한다.
광 기록, 광자기 기록/판독 헤드, 광자기 소자, 자기 코일, 대물렌즈

Description

일체화된 광자기 기록/판독 헤드 {INTEGRATED MAGNETO-OPTICAL WRITE/READ HEAD}
본 발명은, 일반적으로 디지털 광자기 정보 저장 분야에 관한 것으로, 특히 디지털 광자기 신호 기록/판독 헤드에 사용되는 소자의 제조와, 이 방법에 의해 제조된 소자에 관한 것이다.
광 정보 기록이 고밀도 기록방법으로 개발되어 왔다. 고밀도 기록을 구현하는 한가지 방법은 광자기(MO) 기록을 사용하는 것이다. 이와 같은 기록과정에서는, 자기장을 사용하여 기록층에 있는 자기 입자들을 분극시킴으로써, 자기매체, 예를 들면 디스크의 자기 기록층에 데이터가 기록된다. 해당 층에서 반사되는 편광 빛의 커(Kerr) 회전을 광학적으로 검출함으로써 이와 같은 층으로부터 정보를 판독할 수 있다.
대부분의 자기 매체에 대해서는, 매체의 높은 보자력으로 인해 자기 재료의 전체적인 분극을 달성하기 위해서는 비교적 강한 자기장이 요구된다. 자기매체의 가열은 완전한 북극에 필요한 자기장 강도의 임계값을 크게 줄인다.
열지원 자기 기록은 이와 같은 현상을 이용한다. 예를 들어, 레이저 펄스화 자기장 변조(Laser Pulsed Magnetic Field Modulation: LP-MFM)를 사용한 MO 기록 스트래티지에서는, 레이저 펄스를 사용하여 자기매체를 국부적으로 가열하는 한편, 레이저 펄스의 타이밍과 동기된 자기장이 가열된 영역을 분극시킨다. LP-MFM 광자 기 기록에 적합한 자기 헤드는 자기장 변조(MFM) 코일을 가져야 하며, 보통 레이저 빔을 안내하는 투명 가이드를 갖는다. 자기매체를 가열하고 커 효과의 검출을 통해 자기 매체에서 데이터를 판독하기 위해 레이저빔이 사용될 수 있다. 보통, 투명 가이드는 코일과 동축이 되도록 배치되며, 제한된 소비전력으로 충분히 높은 자기장 강도를 얻기 위해서는, 코일의 내부 반경이 가능한한 작아야 한다.
열지원 자기 기록에 의해 MO 매체에 기록될 수 있는 데이터 비트들의 크기는, 초점이 맞추어진 레이저빔의 크기, 스폿의 열적 프로파일과, 매체 그 자체의 열적 프로파일에 의해 제한된다. 스폿의 광학 크기는 사용된 레이저광의 파장(λ)과 광 경로의 개구율(NA)에 의존하여, 0.61λ/NA의 크기의 반경(r)을 갖는 회절제한된(diffraction limited) 스폿을 발생한다. 근접장 기록에서는, 반사 광학부재의 내부 전반사의 표면에서 발생하는 에버네센트(evanescent)파를 사용하여 NA≥1이 가능하다. 이것의 요건은, 자기 헤드, 특히 이 자기 헤드의 광학 부품이 기록매체에 대해 사용된 레이저광의 파장의 분율의 거리에 배치되는 것이다. 근접장 기록 등의 MO 기록에서 더 높은 기록밀도를 실현하기 위해서는, 헤드-매체 거리를 서브미크론 범위를 향해 감소시키는 것이 바람직하다.
저장매체에의 자기 기록을 위한 종래의 시스템에서는, 광학 부품이 슬라이더와 결합되며, 이 슬라이드가 완충장치(suspension)에 의해 지지되어 액추에이터의 대물렌즈 아래에 배치되고, MFM 코일이 슬라이더 내부에 일체화된다. 슬라이더는 동작 중에 조장매체의 표면 바로 위에서 "비상(flying)"하기 위한 공기 베어링 표면(Air Bearing Surface: ABS)을 구비한다.
차세대의 고밀도 광자기 응용분야를 위해, 예를 들어, 일부의 자구 확장 기술, 고(high) NA 광학계 및 빠른 자기장 변조(MFM) 코일의 존재가 필요한데, 이에 대해서는 H.Awano, S.Ohnuki. H.Shirai, N.Ohta "Magnetic Domain Expansion Readout for an Ultra High Density MO Recording", IEEE Transactions on Magnetics 5(1997) p33을 참조하기 바라며, 액추에이터와 슬라이더 구조 모두에 기초하여 이와 같은 다양한 시스템이 시연되었다.
첨부도면의 도 1a 및 1b를 참조하면, 2가지 다른 기본적인 공기 입사 기록시술이 개략적으로 예시되어 있다. 도 1a의 배치에서는, 기록 적층체 위에 14㎛의 아크릴 커버층(104)이 적층된 디스크(102) 위의 ∼1㎛ 위에서 슬라이더(100)가 부상하고 있는 것으로 도시되어 있다. MFM 코일(106)은 유리판(109)의 공기-베어링 표면(108) 내부에 일체화되어 슬라이더(100)의 일부를 구성하여, 기록층(102)에서 대략 15㎛에 놓인다. 레이저빔(112)이 유리판(109)을 통과하여 디스크(102)로 가기 전에 먼저 대물렌즈(114) 상에 입사된다.
첨부도면의 도 1b에 도시된 배치는 다수의 면세서 도 1a에 도시된 배치와 유사하며, 이것의 유사한 구성요소들을 동일한 참조번호로 표시한다. 그러나, 이 경우에는, 유리판(109) 내부에 놓인 MFM 코일(106)과 공기 입사 기록 적층체(102) 사이의 15㎛의 틈을 조절하기 위해 액추에이터(110)가 설치된다.
결국, 본 발명의 목적은, 박막 코일 제조기술과 대물렌즈 제조기술을 결합하여 박막 코일과 대물렌즈의 조합을 포함하는 신뢰성이 높고 비용 효율적인 일체화된 또는 단일의 부품을 제조하는 방법을 제공함에 있다. 또한, 광자기 소자가 제공 되며, 광자기 기록 및/또는 판독 헤드를 제조하는 방법과, 이 방법에 의해 제조된 광자기 기록 및/또는 판독 헤드도 제공된다.
본 발명에 따르면, 광자기 기록 및/또는 판독 헤드에 사용하기 위한 일체화된 광자기 소자를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 투명 기판 내부 또는 위에 박막 평면내(in-plane) 자기 코일을 형성하는 단계와, 그후 상기 기판 상에 대물렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 투명 기판 내부 또는 위에 존재하는 박막 평면내 자기 코일과 대물렌즈를 구비한 일체화된 광자기 소자로서, 상기한 방법에 따라 제조된 일체화된 광자기 소자에 관한 것이다.
더구나, 본 발명은, 광자기 기록 및/또는 판독 헤드의 제조방법에 관한 것으로, 전술한 일체화된 광자기 소자의 제조단계를 포함하는 헤드의 제조방법과, 이 방법에 따라 제조된 광자기 판독 및/또는 기록 헤드에 관한 것이다.
대물렌즈가, 보통 0.85보다 큰 비교적 높은 개구율(NA)을 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.9보다 큰 개구율을 갖는다. 박막 평면내 자기 코일은, 투명 기판 상에 구리 등의 도전성 재료의 층의 적층 또는 갈바니 성장(galvanic growth)에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에서는, 자기 코일이 절연 재료에 의해 분리된 도전성 재료로 제조된 적어도 2개의 층을 구비한다. 이와 달리, 실리콘 기판 위에 2개 이상의 도전성 재료의 층이 설치된 후, 실리콘 온 애니싱(Silicon on Anything: SOA) 기술로 투명 기판에 부착될 수도 있다.
대물렌즈는, 다른 기술보다도, 유리-광고분자 복제기술, 유리 몰딩 또는 플 라스틱 주입 성형에 의해 제조될 수 있다. 일 실시예에서는, 복수의 개별적인 자기 코일이 그 위에 설치된 기판 상에 대물렌즈들의 어레이가 형성 또는 장착된 후, 기판을 복수의 렌즈-코일 조합으로 절단한다. 이와 달리, 한 개의 자기 코일을 갖는 기판 상에 한 개의 렌즈가 장착 또는 형성된다.
본 발명에 따른 광자기 기록 및/또는 판독 헤드에서는, 렌즈-코일 조합 위에 다른 렌즈가 설치될 수도 있다.
본 발명의 상기한 발명내용과 또 다른 발명내용은 이하에서 설명하는 실시예를 참조하여 명백해질 것이다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다:
도 1a는 종래기술에 따른 광자기 기록/판독 헤드에 사용하는 제 1 슬라이더 구조를 예시한 개략도이고,
도 1b는 종래기술에 따른 광자기 기록/판독 헤드에 사용되는 제 2 슬라이더 구조를 예시한 개략도이며,
도 2a는 투명 기판에 박막 코일을 형성하는 실리콘 온 애니싱(SOA) 기술의 중간 단계를 예시한 개략도이고,
도 2b는 도 2a의 SOA 기술의 최종 단계의 개략도이며,.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광자기 소자를 개략적으로 예시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자기 소자를 개략적으로 예시한 것이 다.
배경정보로서, 실제적인 높은 NA의 대물렌즈는 이 렌즈의 제조공차를 확대하기 위해 단일 렌즈 또는 2개의 다른 렌즈의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 유리-2P 기술(J.Braat, A.Smid, M.Wijnakker, Appl. Opt. 24(1985) p1853-1855 참조), 유리 성형기술(S.Hirota, "Progress of Aspheric Glass Lenses", International Workshop on Optics Design and Fabrication ODF'98)(Tokyo, 1998)p29-32 참조), 플라스틱 주입성형(G.Poesch, W.Michaeli. "Injection Moulding"(C. Hanser, 1995))과 심지어 베어 플라스틱(bare plastic)으로부터 직접적인 다이아몬드 세공 등의 다양한 렌즈 제조기술을 적용하여 소형 렌즈를 제조할 수 있다.
더구나, 빠른 MFM 코일이 반드시 작아야 한다는 사실에 비추어, 이와 같은 코일은 박막 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 실제적인 박막 자기 코일 구조는 공지되어 있으며, 국제특허출원 WO01/82299에 더욱 상세히 기재되어 있다. 더구나, 국제특허출원 WO02/13188에 기재된 것과 같이, 유리 기판이의 표준 갈바니 성장, 또는 이와 같은 소형 코일을 제조하기 위해 실리콘 온 애니싱(SoA)을 이용하는 것 등의 이에 대한 다양한 기술이 알려져 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 목적은, 박막 코일의 제조기술을 렌즈 제조기술과 결합하여, 고성능의 신뢰할 수 있으며 비용효율적인 렌즈-MFM 코일 조합을 구현할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 이하의 예시적인 실시예의 방법은, 두가지 주요 단계, 즉 박막 기술을 이용하여 MFM 코일을 제조하는 단계 1과, MFM 코일이 배치된 투명(예를 들어, 유리) 판 위에 대물렌즈를 제조하는 단계 2를 포함한다.
단계 1
본 발명의 한가지 예시적인 실시예에서는, WO01/82299에 기재된 것과 같은 다층 MFM 코일을 사용한 후, 표준 박막기술을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 유리 또는 석영 등의 결정질 재료 등의 투명 재료에서 시작하여, 투명 기판 위에 2개 이상의 코일층을 적층하거나 갈바니 전기로 성장하며, 이때 2개 이상의 코일층은 서로 거의 평행하게 연장된다. 이들 코일은 스퍼터링 기술을 사용하여 적층될 수 있는 SiO2 또는 AlO2 등의 개별적인 절연 재료의 층에 의해 서로 분리된다. 평탄화 단계 후에, 이 제조기술의 결과물은 보통, 일련의 MFM 코일들이 매립된 투명 재료의 평탄한 웨이퍼이다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에서는, 실리콘 온 애니싱(SoA) 기술이 개시된 WO02/13188에 개시된 것과 같은 또 다른 제조기술을 채용할 수도 있다. 이 방법은, SiO2 또는 Al2O3 등의 산화물이, 예를 들어, 열산화, 스퍼터링 또는 증착에 의해 적층된 실리콘 기판(1)에서 개시하여, 박막 상부층(3)을 형성한다. 다음에, 예를 들어, 구리 또는 기타의 적절한 도전성을 갖는 재료의 스퍼터 증착 또는 전기분해에 의해, 1개 이상의 코일 권선부를 갖는 제 1 도전층 또는 금속층(7a)이 기 판(1)의 일면에 형성된다. 그후, 예를 들어, SiO2 또는 Al2O3의 적층 또는 폴리머의 스핀코팅에 의해, 제 1 도전층(7a) 위에 비도전층(7b)이 형성된다. 그후, 절연층(7b) 위에 제 2 도전층(7c)이 형성되고, 예를 들어, 제 2 도전층(7c)을 형성하기 전에 비도전층(7b)을 국부적으로 에칭하여 배선을 제조한다. 따라서, 이와 같은 기술을 사용하면, 기재 기판이 첨부도면의 도 2a에 도시된 것과 같이 투명(예를 들면, 유리) 기판이 아니라 표준 실리콘이라는 것을 제외하고는, 일련의 매립된 코일들을 갖는 웨이퍼가 생성된다. 따라서, 이와 같은 경우에, 기판(1)은 제 2의 투명한(예를 들면, 유리) 기판(9)에 부착되고, 특히 (층 11을 거쳐) 접착된다. 적절한 접착제로는, 예를 들어, 아크릴 수지 바니시 또는 1,6-헥산디오디아크릴레이트를 들 수 있다. 실리콘 기판(1)과 도전층의 1개 이상의 개방된 부분들을, 예를 들면, 가열된 KOH 에쳔트를 사용하여 에칭제거하여, 첨부도면의 도 2b에 나타낸 것과 같이, 공기 베어링 표면(15)을 형성한다. 그러나, 이와 달리, 제조단계의 단계 2 동안에 실리콘 웨이퍼가 제 위치에 잔류될 수도 있다.
단계 2
투명 판에 매립된 MFM 코일의 제조방법에 무관하게, 다수의 다양한 기술을 사용하여 대물렌즈가 투명 판 위에 형성될 수 있다.
예를 들면, 유리-광고분자(유리-2P)공정을 사용하여 코일을 포함하는 유리 판 위에 비구면 렌즈를 직접 복제할 수도 있다. 복제는, 몰드의 도움으로, 기판, 예를 들면, 유리 판 위에 래커의 박막층을 성형하는 기술이다. 바람직한 방법에서는, UV 경화 래커를 사용하고, 이것은 UV 경화 후에, 양호한 화학적 및 기계적 저항을 갖는 적절한 폴리머를 생성한다. 몰드를 이형층(release layer)을 사용하여 처리할 수 있으므로, 재처리를 필요로 하지 않으면서 다수의 렌즈의 복제가 가능하다. 몰드는 UV 투명한 재료(예를 들면, 용융 실리카)로 제조되어, 래커가 몰드를 통해 조사될 수 있다.
간단히 말하면, 제조단계는 래커로 몰드를 채우는 단계와, 몰드 위에 유리 판을 위치시키는 단계를 포함한다. 유리 판은 몰드에 놓이며 적절히 정렬된다. 따라서, 판 위에 비구면 렌즈들의 어레이를 복제한 후, 이 판을 개별 렌즈/코일 유니트들로 절단하는 것이 가능하다. 이것은 매우 비용 효율적인 공정이다. 첨부도면의 도 3을 참조하면, 유리/2P 몰딩공정을 이용하여 본 발명의 예시적인 실시예에 사용되는 매우 고품질의 렌즈를 제조하는 것이 가능한 것으로 예시되어 있다. 동일한 구성요소들에 대해 도 1a 및 도 1b에서 사용된 것과 동일한 참조부호를 사용하면, 기판9109) 상에 설치된 렌즈(112)는 0.85의 NA와, 1.0mm의 입사동과, 405nm의 파장을 갖는다. 자유작업거리(free working distance)는 10 미크론이다.
다른 방법에서는, 주입성형된 렌즈들의 어레이를 제조하여 유리판 위에 실장할 수도 있다. 그후, 웨이퍼를 개별 렌즈/코일 유니트들로 절단한다.
또 다른 실시예에 있어서는, 유리/2P, 유리 몰딩, 또는 플라스틱 주입성형 공정을 사용하여 개별적인 대물렌즈를 제조하고, 그후 (MFM 코일이 내부에 매립된) 개별적인 분리된 유리판 위에 이들 개별적인 렌즈들을 실장한다. 이것은 각각의 렌 즈-MFM 코일 조합에 대해 제조공정에서 별개의 실장단계를 필요로 하지만, 렌즈의 제조공차를 완화시킨다.
또 다른 예시적인 방법에서는, 첨부도면의 도 4를 참조하면, (유리 몰딩공정을 사용하여 제조된) 유리 구, (플라스틱 주입성형 공정에 의해 제조된) 플라스틱 렌즈, 또는 위에서 상세히 설명한 유리/2P법에 의해 제조된 렌즈를 구비할 수도 있는 렌즈(114)가, 이전과 같이, MFM 코일이 매립된 유리 판 위에 설치된다. 그후, 추가 렌즈(116)가 이 유리판/코일/렌즈 유니트 위에 실장된다. 이것은 추가적인 단계를 필요로 하지만, 보통 NA>0.85 또는 심지어는 NA>0.9인 코일을 갖는 매우 높은 NA의 대물렌즈를 허용한다. 한가지 특정한 예에서, 렌즈는 NA=0.95, 1.5mm의 입사동과, 405nm의 파장을 갖는다. 자유작업거리는 10 미크론이다.
따라서, 본 발명은, 모든 광자기(MO) 기록 시스템에서 사용하기 적합한, 매우 고성능의 신뢰할 수 있으며 비용효율적인 렌즈-MFM 코일 조합을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 단지 예시적으로 위에서 설명한 것으로, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 전술한 실시예들에 대해 변형과 변화가 행해질 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 있어서 자명하다. 더구나, 청구범위에서, 괄호 안의 참조부호들은 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 용어 "구비한다" 또는 "포함한다"는 청구항에 나열된 것 이외의 다른 구성요소 또는 단계들의 존재를 배제하는 것이 아니다. 단어 "a" 또는 "an"이 복수의 구성요소를 배제하는 것이 아니다. 본 발명은 다수의 개별 소 자를 구비한 하드웨어를 사용하여, 그리고 적절히 프로그래밍된 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다. 다수의 수단을 열거한 장치 청구항에서, 이들 다수의 수단은 한 개의 동일한 하드웨어 항목으로 구현될 수 있다. 특정한 구성들이 서로 다른 종속항들에서 반복 기재된다는 단순한 사실이 이들 구성들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것도 아니다.

Claims (14)

  1. 광자기 기록 및/또는 판독 헤드에 사용하기 위한 일체화된 광자기 소자를 제조하는 방법으로서, 투명 기판(109) 내부 또는 위에 박막 평면내 자기 코일(106)을 형성하는 단계와, 그후 상기 기판(109) 상에 대물렌즈(114)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈(114)는 비교적 매우 높은 개구율(NA)을 갖는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 대물렌즈(114)는 NA>0.85를 갖는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 대물렌즈(114)는 NA>0.9를 갖는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    박막 평면내 자기 코일(106)은 기판(109) 위에의 도전성 재료의 층의 적층 또는 갈바니 성장에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 재료로 이루어진 2개 이상의 층이 반도체 기판 상에 설치되고, 그후 이것이 투명 기판(109)에 부착되는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 코일(106)은 절연 재료에 의해 분리된 도전성 재료로 이루어진 적어도 2개의 층을 구비한 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    대물렌즈(114)는, 유리-광고분자 복제기술, 율 몰딩 또는 플라스틱 주입성형 중에서 한가지에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    대물렌즈들(114)의 어레이가 복수의 개별적인 자기 코일들(106)이 그 위에 설치된 기판(109) 상에 형성되거나 실장되고, 그후 기판(109)이 복수의 렌즈-코일 조합으로 절단되는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일 자기 코일(106)을 갖는 기판(109) 상에 단일 렌즈(114)가 실장되거나 형성되는 것을 특징으로 하는 광자기 소자의 제조방법.
  11. 투명 기판(109) 내부 또는 위에 존재하는 박막 평면내 자기 코일과 대물렌즈(114)를 구비한 일체화된 광자기 소자로서, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 광자기 소자.
  12. 광자기 기록 및/또는 판독 헤드의 제조방법으로서, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 일체화된 광자기 소자의 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드의 제조방법.
  13. 제 12항에 기재된 방법에 따라 제조된 광자기 판독 및/또는 기록 헤드.
  14. 제 13항에 있어서,
    렌즈-코일 조합 위에 추가 렌즈(116)가 설치된 것을 특징으로 하는 광자기 판독 및/또는 기록 헤드.
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