KR100387243B1 - Electromagnetic x-y stage driver for the nano data storage system and method for fabricating the coils of the same - Google Patents

Abstract

초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치 및 그 코일 제작 방법에 관해 개시된다. 전자 구동 장치는: 미디어가 탑재되는 x-y 스테이지의 코너부분에 다수의 구동빔을 포함하는 지지수단이 마련되고; x-y 스테이지에 형성되는 복수의 코일과 고정된 위치에서 상기 코일에 자계를 형성하는 복수의 영구자석을 구비하는 전자(電磁)구동부; 미디어의 각 셀에 저장된 정보를 기록하거나 독취하기 위하여 상기 미디어 상부에 고정 배치된 캔틸레버 팁 어레이; x-y 스테이지의 회전을 방지하기 위하여 상기 구동빔들을 상호 연결하도록 상기 x-y 스테이지의 주변에 마련되는구조를 가진다.Disclosed are an x-y stage electronic driving apparatus for a micro information storage device and a method of manufacturing the coil thereof. The electronic driving apparatus includes: supporting means including a plurality of driving beams at a corner of an x-y stage on which media is mounted; an electromagnetic driving unit having a plurality of coils formed in the x-y stage and a plurality of permanent magnets forming magnetic fields in the coils at fixed positions; A cantilever tip array fixedly disposed above the media for recording or reading information stored in each cell of the media; In order to prevent the rotation of the x-y stage has a structure provided around the x-y stage to interconnect the drive beams.

Description

초소형 정보저장기기용 ｘ-ｙ 스테이지 전자 구동 장치 및 그 코일 제작 방법{Electromagnetic x-y stage driver for the nano data storage system and method for fabricating the coils of the same}Electromagnetic x-y stage driver for the nano data storage system and method for fabricating the coils of the same}

본 발명은 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치 및 그 코일 제작 방법(Electromagnetic x-y stage driver for the nano data storage system and Method for fabricating the coils of the same)에 관한 것이다.The present invention relates to an x-y stage electronic drive device for an ultra-small information storage device and a method for fabricating the coil (electromagnetic x-y stage driver for the nano data storage system and method for fabricating the coils of the same).

최근 원자현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)을 이용한 여러 원자 레벨의 새로운 현상의 발견이나 혹은 이를 이용한 데이타 스토리지(data storage)의 개발이 활발히 이루어지고 있다.Recently, the discovery of new phenomena at the atomic level using atomic force microscopy (SPM) or the development of data storage using the same has been actively conducted.

특히, MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 기술을 이용한 수많은 자기 소자(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.In particular, a number of magnetic devices have been developed using MEMS (Micro Electro-Mechanical System) technology. Such magnetic elements include, for example, magnetic compasses, electromagnetic scanners, electromagnetic valves, and the like.

도 1은 미국 특허 5,808,302호에 개시된 원자 해상도(atomic resolution)를 갖는 정밀 위치제어 장치의 개략적 구성을 보인다. 도 1을 참조하면, 종래 정밀 위치제어 장치는 샘플(416)을 Z 방향으로 움직이는 보이스 코일 모터(417), 팁(413)을 각각 X 방향 및 Y 방향으로 움직이는 보이스 코일 모터(415), DC 전원(421), 데이타 및 제어 신호 버스(424) 및 중앙 제어 장치(420)을 구비한다.1 shows a schematic configuration of a precision positioning device having atomic resolution disclosed in US Pat. No. 5,808,302. Referring to FIG. 1, the conventional precision position control apparatus includes a voice coil motor 417 for moving the sample 416 in the Z direction, a voice coil motor 415 for moving the tip 413 in the X and Y directions, respectively, and a DC power supply. 421, data and control signal bus 424, and central control unit 420.

이러한 정밀 위치제어 장치를 적용하는 상기와 같은 장치들의 가장 큰 문제는 전력 손실(power loss)이 크다는 것이다. 일반적으로 전자기형(electromagnetic type)의 장치는 큰 변위(變位)를 가지는 반면에 이를 위한 높은 전류가 요구된다. 반도체 공정 기술을 이용한 장치의 경우 대부분이 박막의 코일(수~수십micron)을 이용하므로 코일의 높은 저항에 의해 실질적으로 대변위 구동이 어렵고 소모 전력도 크다.The biggest problem of such devices employing such a precise positioning device is that the power loss is large. In general, electromagnetic type devices have large displacements, while high currents are required for this purpose. In the case of devices using semiconductor process technology, most of them use thin-film coils (several to several tens of microns), so the large resistance of the coils makes it difficult to drive large displacement and power consumption is high.

본 발명은 SPM 기술을 이용한 나노 스토리지 장치(Nano storage device) 개발에 필수적이며, 코일의 두께를 수십에서 수백 미크론(micron) 단위 까지 제작하여 대변위 구동이 가능한 동시에 전력 손실을 줄일 수 있는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치 및 그 코일 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is essential for the development of nano storage devices using SPM technology, and the ultra-small information storage that enables large displacement driving and reduces power loss by producing coil thicknesses from tens to hundreds of microns. An object of the present invention is to provide an xy stage electronic drive device for a device and a method of manufacturing the coil thereof.

도 1은 미국 특허 5,808,302호에 개시된 원자 해상도를 갖는 정밀 위치제어 장치의 개략적 구성도를 보인다.1 shows a schematic diagram of a precision positioning device having atomic resolution disclosed in US Pat. No. 5,808,302.

도 2는 x-y 스테이지(stage)를 갖는 본 발명에 따른 초소형 정보 저장기기의 개략적 구성을 보인 사시도이다.2 is a perspective view showing a schematic configuration of a micro information storage device according to the present invention having an x-y stage.

도 3a는 도 2의 초소형 정보 저장기기에서 정보를 기록하거나 읽기 위하여 위치 이동시에 필요한 x-y 스테이지를 구동하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 정보 저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 개략적 분해 사시도이다.FIG. 3A is a schematic exploded perspective view of an xy stage electronic driving apparatus for a micro information storage device according to a first embodiment of the present invention for driving an xy stage required for moving a position to record or read information in the micro information storage device of FIG. to be.

도 3b는 도 3a 에 도시된 정보 저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치에 적용되는 x-y 스테이지의 개략적 사시도이다.FIG. 3B is a schematic perspective view of the x-y stage applied to the x-y stage electronic driving apparatus for the information storage device shown in FIG. 3A.

도 3c는 도 3b에 도시된 x-y 스테이지의 개략적 평면도이다.FIG. 3C is a schematic plan view of the x-y stage shown in FIG. 3B.

도 3d는 도 3c의 A 부분의 개략적 확대도이다.FIG. 3D is a schematic enlarged view of portion A of FIG. 3C.

도 4a는 도 3a에 도시된 초소형 정보 저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 개략적 단면도이다.4A is a schematic cross-sectional view of the x-y stage electronic driving apparatus for the micro information storage device shown in FIG. 3A.

도 4b는 확장된 면적의 미디어를 가지는 x-y 스테이지가 적용된 본 발명의제2실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 개략적 단면도이다.4B is a schematic cross-sectional view of an x-y stage electronic drive device according to a second embodiment of the present invention to which an x-y stage having media of an extended area is applied.

도 4c 본 발명에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 구동원리를 설명하는 도면이다.4C is a view for explaining the driving principle of the x-y stage electronic driving apparatus according to the present invention.

도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 개략적 사시도이다.5A is a schematic perspective view of an x-y stage electronic driving apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 5b는 도 5a에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치에 적용되는 x-y스테이지의 개략적 사시도이다.FIG. 5B is a schematic perspective view of the x-y stage applied to the x-y stage electronic driving apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 5A.

도 5c는 도 5b의 B 부분의 개략적 확대 평면도이다.5C is a schematic enlarged plan view of a portion B of FIG. 5B.

도 6a 내지 도 7은 각각 스티프너가 있는 경우와 없는 경우에 있어서 코일에 의한 미디어 몸체의 움직임을 해석한 결과로서, 움직임 방향과 주파수 특성을 나타낸 도면이며,6A to 7 are diagrams showing the movement direction and the frequency characteristic as a result of analyzing the movement of the media body by the coils, respectively, with and without a stiffener.

도 8a 내지 도 8d는 도 4에서 제시한 바 있는 두 가지 형태의 코일 중 type 1에 대한 제조 방법을 나타낸 도면들이며,8A to 8D are diagrams illustrating a manufacturing method for type 1 of the two types of coils shown in FIG. 4.

도 9a 내지 도 9f는 도 4에서 제시한 바 있는 두 가지 형태의 코일 중 type 2에 대한 제조 방법을 나타낸 도면들이며,9A to 9F are views illustrating a manufacturing method for type 2 of the two types of coils shown in FIG. 4.

도 10a 내지 도 10d는 기존 반도체 제조 공정 기술을 이용하여 제작되는 박막코일(type 3)의 제작하는 방법을 나타낸 도면들이며,10A through 10D are diagrams illustrating a method of manufacturing a thin film coil (type 3) manufactured using a conventional semiconductor manufacturing process technology.

도 11은 type 1의 코일을 실제로 제작한 것을 찍은 사진으로, 도 8c의 공정이 끝난 후의 기판 단면을 찍은 사진이며, 그리고FIG. 11 is a photograph showing the actual fabrication of a type 1 coil, a photograph of the cross section of the substrate after the process of FIG. 8C is finished, and

도 12는 type 2의 코일을 실제로 제작한 것을 찍은 사진으로, 도 9c의 공정이 끝난 후의 기판 단면을 찍은 사진이다.FIG. 12 is a photograph of the actual fabrication of a type 2 coil, and is a photograph of the substrate cross section after the process of FIG. 9C is finished.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,According to the present invention to achieve the above object,

정보를 기록하는 미디어가 탑재되는 x-y 스테이지와;An x-y stage on which a medium for recording information is mounted;

x-y 스테이지(stage)를 탄력적으로 지지하는 것으로 x-y 스테이지의 코너부분에 마련되는 다수의 구동빔을 포함하는 지지수단과;supporting means including a plurality of drive beams provided at corner portions of the x-y stage to elastically support the x-y stage;

상기 x-y 스테이지의 제1방향(x)과 이에 직교하는 제2방향(y)으로의 운동력을 제공하는 것으로, 상기 x-y 스테이지에 형성되는 복수의 코일과 고정된 위치에서 상기 코일에 자계를 형성하는 복수의 영구자석을 구비하는 전자(電磁)구동부와;Providing a kinetic force in a first direction (x) of the xy stage and a second direction (y) perpendicular to the xy stage, and forming a magnetic field in the coil at a fixed position with a plurality of coils formed in the xy stage. An electronic driving unit having a permanent magnet of;

상기 미디어의 각 셀에 저장된 정보를 기록하거나 독취하기 위하여 상기 미디어 상부에 고정 배치된 캔틸레버 팁 어레이;A cantilever tip array fixedly disposed above the media for recording or reading information stored in each cell of the media;

상기 x-y 스테이지의 회전을 방지하기 위하여 상기 구동빔들을 상호 연결하도록 상기 x-y 스테이지의 주변에 마련되는 복수의 회전 방지용 스티프너;구비한 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치가 제공된다.A plurality of anti-rotation stiffeners are provided around the x-y stage to interconnect the drive beams to prevent rotation of the x-y stage. Provided is an x-y stage electronic driving apparatus for a micro information storage device.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 미디어는 상기 x-y 스테이지의 상면에 형성되고, 상기 코일은 상기 x-y 스테이지의 저면에 형성되며, 그리고 다른 실시예에 따르면, 상기 미디어는 상기 x-y 스테이지의 상면의 중앙부분에 형성되고, 상기 코일은 x-y 스테이지의 상면에서 상기 미디어의 주변에 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the media is formed on the top surface of the xy stage, the coil is formed on the bottom surface of the xy stage, and in another embodiment, the media is the center of the top surface of the xy stage. And a coil is formed around the media on the top surface of the xy stage.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지수단은 상기 구동빔들이 각각 연결되는 4개의 코너부분을 가지는 4각 테두리형 지지빔과, 상기 지지빔의 저면에 접촉되는 스테이지 베이스를 구비하며, 특히 상기 지지수단은 상기 구동빔들이 각각 연결되는 복수의 지지대, 상기 지지대가 설치되는 스테이지 베이스를 구비한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 각 구동빔은 상기 제1방향으로 연장되는 x 방향의 부분과 제2방향으로 연장되는 y 방향의 부분을 포함하며, 상기 스티프너는 상기 x 방향의 부분과 y방향의 부분의 연결부분에 연결되고, 나아가서는 상기 각 구동빔은 상호 나란한 x 방향의 부분과, y 방향의 부분을 구비하여 전체적으로 사각 테두리형이다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the support means includes a quadrilateral frame-shaped support beam having four corner portions to which the driving beams are connected, and a stage base in contact with a bottom surface of the support beam, in particular. The support means includes a plurality of supports to which the driving beams are connected, and a stage base on which the supports are installed. Further, according to a preferred embodiment of the present invention, each of the driving beams includes a portion in the x direction extending in the first direction and a portion in the y direction extending in the second direction, and the stiffener is a portion in the x direction. It is connected to the connecting portion of the portion in the y-direction, and furthermore, each of the driving beams has a portion in the x-direction parallel to each other and a portion in the y-direction and is generally rectangular in rim.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법의 한 유형은,In addition, one type of coil manufacturing method of the x-y stage electronic drive device for an ultra-small information storage device according to the present invention to achieve the above object,

(가) 기판에 ICPRIE법으로 트렌치를 판 후 열산화 공정으로 패시베이션층을입히는 단계;(A) forming a trench on the substrate by the ICPRIE method and then applying a passivation layer by a thermal oxidation process;

(나) 트렌치를 금속물질로 채우는 단계; 및(B) filling the trench with a metal material; And

(다) 폴리싱으로 상기 트렌치 상부로 노출된 금속을 제거하여 상기 트렌치에 채워진 금속에 의한 코일을 완성하는 단계;를 포함한다.And (c) removing the metal exposed to the upper portion of the trench by polishing to complete a coil by the metal filled in the trench.

상기 본 발명의 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법에서, 상기 (나) 단계는 전기도금법에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.In the coil manufacturing method of the x-y stage electronic driving apparatus for an ultra-small information storage device of the present invention, the step (b) is preferably performed by an electroplating method.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법의 다른 유형은,In addition, another type of coil manufacturing method of the x-y stage electronic drive device for an ultra-small information storage device according to the present invention in order to achieve the above object,

(가) 기판에 ICPRIE법으로 소정 깊이 이상의 트렌치를 판 후, 열산화 공정으로 패시베이션층을 입히는 단계;(A) depositing a trench having a predetermined depth or more on the substrate by an ICPRIE method, and then applying a passivation layer by a thermal oxidation process;

(나) 상기 트렌치와 패시베이션층이 형성된 기판 상에 금속을 증착하여 표면에만 금속을 입힌 후, 이 표면 금속막을 전극으로 하여 제1차 전기도금을 행하여 상기 트렌치에는 금속이 메워지지 않은 제1금속층을 형성하는 단계;(B) depositing a metal on the substrate on which the trench and the passivation layer are formed and coating a metal only on the surface, and then performing first electroplating using the surface metal film as an electrode to form a first metal layer in which the metal is not filled in the trench. Forming;

(다) 상기 기판의 뒷면을 상기 트렌치가 노출되도록 식각하고, 상기 제1차 금속층을 전극으로 하여 제2차 전기도금을 행하여 상기 트렌치 내에 제2금속을 증착하는 단계; 및(C) etching the back surface of the substrate to expose the trench, and performing a second electroplating process using the first metal layer as an electrode to deposit a second metal in the trench; And

(라) 상기 제1금속층을 연마하여 제거함으로써 코일을 완성하는 단계;를(D) completing the coil by polishing and removing the first metal layer;

포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법을 포함한다.It includes a coil manufacturing method of the x-y stage electronic drive device for a micro information storage device comprising a.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an x-y stage electronic driving apparatus for an ultra-small information storage device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 는 x-y 스테이지를 갖는 초소형 정보 저장기기는 캔틸레버(Cantilever)(1), 금속배선(2), 금속 패드(pad)(3), x-y 스테이지(4) 및 정보 저장용 미디어(5)를 구비한다.Referring to FIG. 2, a micro information storage device having an xy stage according to the present invention includes a cantilever 1, a metal wiring 2, a metal pad 3, an xy stage 4 and information. A storage medium 5 is provided.

상기 x-y 스테이지(4)는 스프링 기능을 가지는 x 방향의 부분(8x) 및 y방향의 부분(8y)을 가지는 복수의 구동빔(8)에 의해 지지되어 있고, 후술되는 전자(電磁)구동장치에 의해 x-y 방향으로 이동한다. 상기 x-y 스테이지(4)를 지지하는 구동빔(8)들은 상기 x-y 스테이지의 이동에 따라 적절히 탄성 변형된다.The xy stage 4 is supported by a plurality of drive beams 8 having a portion 8x in the x-direction and a portion 8y in the y-direction with a spring function, and to the electronic drive device described later. Move in the xy direction. The drive beams 8 supporting the x-y stage 4 are appropriately elastically deformed as the x-y stage moves.

상기 캔틸레버(1)의 선단부에는 마이크로팁(미도시)이 부착되어 있어서 x-y스테이지(4) 상에 마련된 정보 저장용 미디어(5)에 정보를 기록하거나 읽을 수 있다. 금속 배선(2)은 각 캔틸레버(1)와 금속 패드(3)을 전기적으로 연결하며, 금속 패드(3)는 정보 기록/독출을 위한 회로(미도시)와 연결되는 단자들이다. 그리고, 전자구동장치에 의해 x-y방향으로 이동하는 x-y 스테이지(4)에 의해 정보 저장용 미디어(5)가 x 방향 혹은 y 방향으로 이동함으로써 정보 저장용 미디어(5)의 각 셀(정보 저장 단위)들의 상대적인 위치가 바뀌면서 캔틸레버(1)의 팁을 통하여 회로(미도시)와 신호(정보)를 교환하게 된다. 이러한 전기적인 결선 구조는 일반적인 MEMS 기술에 의해 쉽게 구현될 수 있기 때문에 구체적으로 설명되지 않는다.A micro tip (not shown) is attached to the tip of the cantilever 1 to record or read information on the information storage medium 5 provided on the x-y stage 4. The metal wires 2 electrically connect the cantilevers 1 and the metal pads 3, and the metal pads 3 are terminals connected to a circuit (not shown) for information writing / reading. Then, each cell (information storage unit) of the information storage medium 5 is moved by the xy stage 4 moving in the xy direction by the electronic drive device in the x or y direction. As the relative position of the light is changed, a signal (information) is exchanged with a circuit (not shown) through the tip of the cantilever 1. This electrical connection structure is not described in detail because it can be easily implemented by common MEMS techniques.

이와 같이 정보 저장 미디어(5)의 각 셀들과 캔틸레버(1)의 마이크로팁(미도시) 간의 위치 제어는 정보 저장 미디어(5)의 위치 이동에 의해 이루어지며, 이 정보 저장 미디어(5)의 위치 이동을 가능하게 하는 것이 x-y 스테이지(4)이다. 이와같은 x-y 스테이지(4)는 후술되는 전자구동 장치에 의해 구동된다.As such, the position control between each cell of the information storage medium 5 and the microtip (not shown) of the cantilever 1 is achieved by moving the position of the information storage medium 5, and the position of the information storage medium 5. It is the xy stage 4 that makes the movement possible. Such an x-y stage 4 is driven by an electronic drive device described later.

도 3A를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치는, x-y 스테이지(4)에 탑재된 미디어(media)(5)를 움직이기 위한 코일(coil)(6)과 아래위 4쌍의 영구자석(9, 10) 및 이 영구자석(9, 10)의 폐루프(closed loop)을 구성하기 위한 요크(yoke)(11), 그리고 x-y 스테이지(4)의 회전 방지용 스티프너(stiffner)(7) 및 구동빔(8)을 포함한다. 상기 코일(6)은 후술되는 후술되는 type1, 2의 두 가지 형태를 가질수 있다.Referring to FIG. 3A, the xy stage electronic driving apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a coil 6 and an up and down motion for moving the media 5 mounted on the xy stage 4. Four pairs of permanent magnets (9, 10), yoke (11) for forming a closed loop of the permanent magnets (9, 10), and a stiffner for preventing rotation of the xy stage (4) 7 and a driving beam 8. The coil 6 may have two forms, type1 and 2, which will be described later.

도 3b 및 도 3c를 참조하면, x-y 스테이지(4)의 중앙부분에 미디어(5)가 형성되어 있고 그 상하 좌우에 코일(6)이 형성되어 있다. x-y 스테이지(4)의 외곽에는 사각 테두리형의 지지빔(14)이 형성되고, 상기 지지빔(14)은 후술되는 베이스(13, FIG. 14a 참조)에 결합된다. 도 3D에 도시된 바와 같이, x-y 스테이지(4)의 네 코너부분에는 x-y스테이지(4)의 x-y 방향의 이동을 탄력을 지지하는 x방향 부분(8x)과 y방향 부분(y)을 가지는 구동빔(8)이 마련되어 있고, 상기 구동빔(8)은 상기 지지빔(14)의 코너부분(14a)의 안쪽에 연결되어 있다.3B and 3C, the media 5 is formed at the center of the x-y stage 4, and the coils 6 are formed on the upper, lower, left, and right sides thereof. A rectangular support beam 14 is formed outside the x-y stage 4, and the support beam 14 is coupled to a base 13 (see FIG. 14a), which will be described later. As shown in FIG. 3D, four corner portions of the xy stage 4 have a driving beam having an x-direction portion 8x and a y-direction portion y supporting elasticity of the xy stage 4 movement in the xy direction. (8) is provided, and the drive beam (8) is connected to the inside of the corner portion (14a) of the support beam (14).

상기 스티프너(7)는 상기 x-y 스테이지의 각 변에 나란하게 일정간격을 두고 위치하며, 각 스티프너(7)의 단부는 한 구동빔(8)의 x방향 부분(8x)과 y방향 부분(y)의 연결부분에 연결된다.The stiffeners 7 are positioned at regular intervals in parallel to each side of the xy stage, and the ends of each of the stiffeners 7 are x-direction portions 8x and y-direction portions y of one drive beam 8. Is connected to the connection of.

도 4a를 참조하면, 미디어(5)는 실리콘으로 된 x-y 스테이지(4)에 탑재되며, x-y 스테이지(4)는 파이렉스 글래스로된 스테이지 베이스(13)에 그 저면이 접촉되는 지지빔(14)에 의해 베이스(13)로부터 띄워진 상태로 지지된다. x-y 스테이지(4)의 둘레에 마련되며 그 양단이 구동빔(8)에 연결되는 스티프너(7)는 x-y 스테이지(4)와 지지빔(14)의 사이에 위치하며, x-y 스테이지가 x 방향 및 y 방향의 이외의 방향으로 회전되는 것을 방지한다.Referring to FIG. 4A, the media 5 is mounted on an xy stage 4 made of silicon, and the xy stage 4 is attached to a support beam 14 whose bottom surface is in contact with a stage base 13 made of Pyrex glass. It is supported by the state which floated from the base 13 by this. A stiffener 7 is provided around the xy stage 4 and connected at both ends to the drive beam 8, located between the xy stage 4 and the support beam 14, with the xy stage being in the x direction and y It is prevented from rotating in directions other than the directions.

본 발명의 제2실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치를 도시하는 도 4B를 참조하면, x-y 스테이지(4)에 대한 x-y 방향의 이동력을 발생하는 코일(6)이 x-y 스테이지(4)의 저면에 형성되고, 정보가 기록되는 미디어(5)는 x-y 스테이지(4)의 상면에 형성될 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 미디어(5)의 면적의 확대에 따른 정보 저장 용량의 증대가 가능하게 된다.Referring to FIG. 4B, which shows an xy stage electronic drive apparatus according to a second embodiment of the present invention, the coil 6 generating a moving force in the xy direction with respect to the xy stage 4 is the bottom surface of the xy stage 4. The media 5 on which the information is recorded may be formed on the upper surface of the xy stage 4. According to such a structure, the information storage capacity can be increased by expanding the area of the media 5.

위의 구조에서 영구자석(9,10)은, 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 감겨진 코일(6)의 반에만 자장이 걸리도록 배치 된다. 따라서, 도 4C에 도시된 바와 같이, 코일(6)에 전류(i)를 흘리면 스테이지의 두께 방향으로 걸리는 자장(B)에 의하여 전류와 자장에 수직한 방향으로 로렌쯔 힘(F)이 발생하고 이 힘에 의하여 미디어(5)가 탑재되어 있는 x-y 스테이지(4)가 x - y 방향으로 움직이게 된다. 이 때, 서로 마주보고 있는 다른 코일(6)에도 전류를 동시에 흘릴 경우 2배의 구동력으로 구동 시킬수 있으며, 그렇지 않을 경우엔 상대쪽 코일(6)에서는 스테이지 구동시에 발생하는 유도 기전력을 이용하여 구동을 검출할 수도 있게 된다.In the above structure, the permanent magnets 9 and 10 are arranged such that only half of the coil 6 is wound, as shown in FIGS. 4A and 4B. Therefore, as shown in FIG. 4C, when the current i flows through the coil 6, the Lorentz force F is generated in a direction perpendicular to the current and the magnetic field by the magnetic field B applied in the thickness direction of the stage. The force causes the xy stage 4 on which the media 5 is mounted to move in the x-y direction. At this time, the other coils 6 facing each other can be driven at twice the driving force when the current flows at the same time. Otherwise, the opposing coils 6 use the induced electromotive force generated during stage driving. It can also be detected.

도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 개략적 사시도이며, 도 5b는 이에 적용되는 x-y 스테이지의 개략적 사시도이며, 도 5c는 도 5b의 B부분의 확대 평면도이다.5A is a schematic perspective view of an x-y stage electronic driving apparatus according to a third exemplary embodiment of the present invention, FIG. 5B is a schematic perspective view of an x-y stage applied thereto, and FIG. 5C is an enlarged plan view of part B of FIG. 5B.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 제3실시예에 따른 x-y 스테이지(stage) 전자구동 장치에서, 전술한 실시예의 설명에서 언급된 상기 지지빔(14)이 제거되고, 그 대신에 x-y 스테이지(4)의 코너부분의 각 구동빔(8)에 연결되는 4개의 지지대(14a')가 마련된다. 이 지지대(14a')는 전술한 실시예에서의 지지빔(14)의 코너부분(14a)에 해당된다. 상기 지지대(14a')는 베이스(13)상에 고정되며, 따라서 x-y 스테이지(4)는 상기 지지대(14a')에 의해 베이스(13)로부터 소정거리 이격된 상태에서 지지된다. 그리고, x-y 스테이지(4)상에 형성되는 코일(6)은 전술한 실시예와 마찬가지로 후술되는 type1, 2의 두 가지 형태를 가질수 있다. 부재번호 12는 상기 코일(6)에 연결되는 패드 또는 전극을 나타낸다.5A to 5C, in the xy stage electronic drive apparatus according to the third embodiment, the support beam 14 mentioned in the description of the above embodiment is removed, and instead the xy stage 4 Four support stands 14a 'are provided which are connected to the respective driving beams 8 at the corners of the < RTI ID = 0.0 > This support 14a 'corresponds to the corner portion 14a of the support beam 14 in the above-described embodiment. The support 14a 'is fixed on the base 13, so that the x-y stage 4 is supported by the support 14a' at a predetermined distance from the base 13. The coil 6 formed on the x-y stage 4 may have two types, type1 and 2, which will be described later, as in the above-described embodiment. Reference numeral 12 denotes a pad or an electrode connected to the coil 6.

이러한 구조의 x-y 스테이지 전자 구동 장치에서는 스티프너(7)는 x-y 스테이지의 회전을 방지하는데 매우 중요하다.In the x-y stage electronic drive device of this structure, the stiffener 7 is very important for preventing the rotation of the x-y stage.

도 6a 내지 도 7은 각각 스티프너가 있는 경우와 없는 경우에 있어서 코일에 의한 미디어 몸체의 움직임을 해석한 결과를 나타낸다. 스티프너(7)를 넣어줌으로써, 도 7에서 보는 바와 같이, Tx, Ty에 비해 Rz의 주파수 즉 구동모드를 분리 할수 있게 된다.6A to 7 show the results of analyzing the movement of the media body by the coils, respectively, with and without a stiffener. By inserting the stiffener (7), as shown in Figure 7, it is possible to separate the frequency, that is, the driving mode of Rz compared to Tx, Ty.

도 8a 내지 도 8d는 도 4에서 제시한 바 있는 두 가지 형태의 코일 중 type 1에 대한 제조 방법을 나타낸다. 이하 type 1 코일의 제조 방법에 대해 설명을 하면 다음과 같다.8A to 8D illustrate a manufacturing method for type 1 of the two types of coils shown in FIG. 4. Hereinafter, the manufacturing method of the type 1 coil will be described.

먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판(20)에 ICPRIE 등을 이용하여 트렌치(trench)를 판 후, 도 8b에 도시된 바와 같이 열산화(thermal oxidation) 공정으로 패시베이션층(passivation layer, 21)을 입힌다.First, as shown in FIG. 8A, a trench is formed on the substrate 20 using ICPRIE or the like, and then, as illustrated in FIG. 8B, a passivation layer 21 is formed by a thermal oxidation process. )

다음에, 도 8c에 도시된 바와 같이, CVD법이나 전기도금(Electroplating)법으로 트렌치 속에 금속이 메워지도록 금속(22, 22')을 증착한다. 전기도금법의 경우 트렌치의 가장자리(edge) 부분에 전계(field)가 집중하여 막의 성장속도가 빨라지고 이로인해 트렌치가 막힐수도 있게 되므로 주의해야 한다(도금액의 조성을 바꾼다든지 펄스 전원을 이용하는 것이 바람직하다.).Next, as shown in FIG. 8C, metals 22 and 22 'are deposited so that the metals are filled in the trenches by CVD or electroplating. In the electroplating method, care must be taken because the field is concentrated at the edge of the trench, which may increase the film growth speed and cause the trench to be clogged. (It is preferable to change the composition of the plating solution or use a pulsed power supply.) .

다음에, 폴리싱(polishing)으로 트렌치 상부에 증착된 금속(22')을 제거하여 도 8d에 도시된 바와 같이, 코일(22)을 완성한다.Next, the metal 22 'deposited on the trench is removed by polishing to complete the coil 22, as shown in FIG. 8D.

또한, 도 9a 내지 도 9f는 도 4에서 제시한 바 있는 두 가지 형태의 코일 중 type 2에 대한 제조 방법을 나타낸다. 두 가지 코일 중 type 1에 비해 type 2의 경우가 훨씬 두꺼운 코일을 얻을 수 있다. 이하 type 2 코일의 제조 방법에 대해 설명을 하면 다음과 같다.9A to 9F illustrate a manufacturing method for type 2 of the two types of coils as shown in FIG. 4. Of the two coils, type 2 is much thicker than type 1. Hereinafter, the manufacturing method of the type 2 coil will be described.

먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 기판(20)에 ICPRIE 등을 이용하여 깊이 트렌치를 판 후, 열산화공정으로 패시베이션층(21)을 입힌다. 이 경우 트렌치가 관통을 하게 되면 코일 형상의 트렌치가 지지가 되지 않아 밑으로 떨어지므로 관통은 하지 않는다.First, as shown in FIG. 9A, a depth trench is formed on the substrate 20 using ICPRIE or the like, and then the passivation layer 21 is coated by a thermal oxidation process. In this case, if the trench is penetrated, the coil-shaped trench is not supported and falls down, so it is not penetrated.

다음에, 도 9b에 도시된 바와 같이 증착법에 의해 패시베이션층(21)의 표면에만 표면 금속막(23)을 형성하고, 이 표면 금속막(23)을 전극으로 하여 도 9c에 도시된 바와 같이, 1차로 전기도금에 의해 금속층(22)를 형성한다. 이 경우 트렌치의 가장자리 부분에 전계가 집중하여 막의 성장속도가 빨라지고 이로 인해 트렌치가 막히게 된다.Next, as shown in Fig. 9B, the surface metal film 23 is formed only on the surface of the passivation layer 21 by the vapor deposition method, and as shown in Fig. 9C with the surface metal film 23 as an electrode, First, the metal layer 22 is formed by electroplating. In this case, the electric field is concentrated at the edge of the trench, which increases the growth rate of the film, thereby clogging the trench.

다음에, 도 9d에 도시된 바와 같이, 뒷면(backside)을 살짝 에칭하여 트렌치가 노출되면 식각을 멈추고, 도 9e에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(22)를 전극으로 하여 재차 도금을 하여 트렌치 내에 금속(24)이 증착되도록 한다. 이와 같이 하면, 첫 번째 도금한 금속(22)이 종자(seed)가 되어 금속(24)이 트렌치 안으로 차서 올라오게 된다.Next, as shown in FIG. 9D, the backside is slightly etched to stop the etching when the trench is exposed, and as shown in FIG. 9E, the metal layer 22 is used as an electrode to be plated again to form an inside of the trench. Allow metal 24 to be deposited. In this way, the first plated metal 22 becomes seed and the metal 24 kicks up into the trench.

다음에, 첫 번째 금속(22)을 연마로 제거하면, 도 9f에 도시된 바와 같이, 코일(24)이 완성된다.Next, removal of the first metal 22 by polishing completes the coil 24, as shown in FIG. 9F.

또한, 도 10a 내지 도 10d는 종래 반도체 공정 기술을 이용하여 제작되는 박막코일(type 3)을 제작하는 방법을 나타낸 도면들이다. 이 type 3의 코일을 제작하는 방법은, 우선 도 10a에 도시된 바와 같이, 기판(20)에 전기 도금을 위한 종자 금속층(25)을 증착한다.10A through 10D are diagrams illustrating a method of manufacturing a thin film coil type 3 manufactured using a conventional semiconductor process technology. In the method of manufacturing this type 3 coil, first, as shown in FIG. 10A, a seed metal layer 25 for electroplating is deposited on the substrate 20.

다음에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피 공정으로 코일이 형성될 영역을 제외하고 나머지 부분을 덮는 마스크(26)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 10B, a mask 26 is formed to cover the remaining portions except for the region where the coil is to be formed by the photolithography process.

다음에, 도 10c에 도시된 바와 같이, 전기도금법으로 마스크(24)에 의해 노출된 영역에 코일용 금속(27)을 증착하고 마스크(26)를 제거한다.Next, as shown in Fig. 10C, the metal 27 for the coil is deposited on the area exposed by the mask 24 by the electroplating method and the mask 26 is removed.

다음에, 상기 코일용 금속(27)에 의해 덮히지 않은 금속층(25) 부분을 제거하여 도 10d에 도시된 바와 같이, 코일(27)을 완성한다.Next, the portion of the metal layer 25 not covered by the coil metal 27 is removed to complete the coil 27 as shown in FIG. 10D.

그리고 도 11은 type 1의 코일을 실제로 제작한 것을 찍은 사진으로, 도 8c의 공정이 끝난 후의 기판 단면을 찍은 사진이고, 도 12는 type 2의 코일을 실제로 제작한 것을 찍은 사진으로, 도 9c의 공정이 끝난 후의 기판 단면을 찍은 사진이다.FIG. 11 is a photograph showing the actual fabrication of the type 1 coil, a photograph of the cross section of the substrate after the process of FIG. 8C is finished, and FIG. 12 is a photograph showing the actual fabrication of the type 2 coil, It is the photograph which took the board | substrate cross section after a process is complete | finished.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치는, 정보를 기록하는 미디어의 각 셀에 저장된 정보를 기록하거나 독취하기 위하여, 미디어 상부에 캔틸레버 팁 어레이를 고정 배치하고, 미디어를 움직이기 위하여 미디어와 일체형으로 미디어의 전후좌우의 사방에 4개의 코일들을 형성하며, 미디어와 4개의 코일들로 이루어진 미디어 구조체를 탑재하는 x-y 스테이지 몸체에 미디어 구조체의 네귀퉁이와 연결되어 미디어 구조체를 지지하는 4개의 지지대를 설치하며, 이 지지대의 상단부와 미디어 구조체의 네귀퉁이를 연결하여 미디어 구조체가 x-y 방향으로 움직일 수 있도록 하는 4개의 구동빔들을 설치하며, 미디어 구조체의 회전을 방지하기 위하여 지지대들 사이의 4변에 설치한 회전 방지용 스티프너들을 설치하며, 4개의 코일들 각각에 대응하도록 4개의 코일의 아래와 위에 배치된 4쌍의 영구자석들 및 영구자석들의 자속이 폐루프를 이루도록 4개의 영구 자석 쌍에서 아래 영구 자석과 위 영구자석의 가장자리를 접합시킨 4개의 요크들을 구비한다.As described above, the xy stage electronic driving apparatus for an ultra-small information storage device according to the present invention, in order to record or read information stored in each cell of the medium for recording information, fixedly disposing a cantilever tip array on the media, In order to move the media, four coils are formed in all directions of the media, and the media structure is connected to the four corners of the media structure on the xy stage body that mounts the media and the media structure consisting of four coils. Four support beams are installed to connect the upper end of the support to the four corners of the media structure so that the media structure can move in the xy direction, and to prevent rotation of the media structure. Anti-rotation stiffeners installed on four sides between the 4 pairs of permanent magnets disposed below and above the four coils corresponding to each of the four coils, and the edges of the lower permanent magnet and the upper permanent magnet in the pair of four permanent magnets such that the magnetic flux of the permanent magnets forms a closed loop. Four yokes are bonded to each other.

이와 같이 함으로써, 첫째, 두꺼운 코일을 제작할 수 있다. type 1의 경우 특수한 첨가제를 넣은 도금액을 필요로 하나 type 2의 경우 간단한 도금액으로 제작이 가능하며 훨씬 더 두꺼운 코일이 제작 가능하여, 코일을 필요로 하는 디바이스의 POWER LOSS문제, 발열문제를 해결가능하다.By doing this, first, a thick coil can be manufactured. Type 1 requires a plating solution containing a special additive, but type 2 can be manufactured with a simple plating solution, and much thicker coils can be manufactured, which can solve the problem of power loss and heat generation in devices requiring coils. .

둘째, 위의 공법을 이용한 대변위(100MICRON) 구동형 액튜에이터의 제작이가능하다.Second, it is possible to manufacture a large displacement (100MICRON) driven actuator using the above method.

본 디바이스의 경우 코일의 두께를 수십에서 수백 micron까지 제작이 가능하여 위에서 거론한 문제를 해결할수 있으며 전자기 장치(electromagnetic device)의 파워손실(power loss)을 줄일수 있다.In this device, the thickness of the coil can be manufactured from tens to hundreds of microns, which solves the above-mentioned problems and reduces the power loss of the electromagnetic device.

Claims (10)

정보를 기록하는 미디어가 탑재되는 x-y 스테이지와;An x-y stage on which a medium for recording information is mounted; x-y 스테이지를 탄력적으로 지지하는 것으로 x-y 스테이지의 코너부분에 마련되는 다수의 구동빔을 포함하는 지지수단과;support means for elastically supporting the x-y stage and including a plurality of drive beams provided at the corners of the x-y stage; 상기 x-y 스테이지의 제1방향(x)과 이에 직교하는 제2방향(y)으로의 운동력을 제공하는 것으로, 상기 x-y 스테이지에 형성되는 복수의 코일과 고정된 위치에서 상기 코일에 자계를 형성하는 복수의 영구자석을 구비하는 전자(電磁)구동부와;Providing a kinetic force in a first direction (x) of the xy stage and a second direction (y) perpendicular to the xy stage, and forming a magnetic field in the coil at a fixed position with a plurality of coils formed in the xy stage. An electronic driving unit having a permanent magnet of; 상기 미디어의 각 셀에 저장된 정보를 기록하거나 독취하기 위하여 상기 미디어 상부에 고정 배치된 캔틸레버 팁 어레이;A cantilever tip array fixedly disposed above the media for recording or reading information stored in each cell of the media; 상기 x-y 스테이지의 회전을 방지하기 위하여 상기 구동빔들을 상호 연결하도록 상기 x-y 스테이지의 주변에 마련되는 복수의 회전 방지용 스티프너;A plurality of anti-rotation stiffeners provided around the x-y stage to interconnect the drive beams to prevent rotation of the x-y stage; 구비한 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.X-y stage electronic drive device for ultra-small information storage device characterized in that provided. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미디어는 상기 x-y 스테이지의 상면에 형성되고, 상기 코일은 상기 x-y 스테이지의 저면에 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.And the media is formed on an upper surface of the x-y stage, and the coil is formed on a bottom surface of the x-y stage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미디어는 상기 x-y 스테이지의 상면의 중앙부분에 형성되고, 상기 코일은 x-y 스테이지의 상면에서 상기 미디어의 주변에 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.And the media is formed in a central portion of the upper surface of the x-y stage, and the coil is formed around the media on the upper surface of the x-y stage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지수단은 상기 구동빔들이 각각 연결되는 4개의 코너부분을 가지는 4각 테두리형 지지빔과, 상기 지지빔의 저면에 접촉되는 스테이지 베이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.The support means includes a quadrilateral frame-shaped support beam having four corner portions to which the driving beams are connected, and a stage base in contact with a bottom surface of the support beam. drive. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지수단은 상기 구동빔들이 각각 연결되는 복수의 지지대, 상기 지지대가 설치되는 스테이지 베이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.The supporting means is a x-y stage electronic driving apparatus for a micro information storage device, characterized in that it comprises a plurality of supports, the drive beams are connected to each other, the stage base is installed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 구동빔은 상기 제1방향으로 연장되는 x 방향의 부분과 제2방향으로 연장되는 y 방향의 부분을 포함하며, 상기 스티프너는 상기 x 방향의 부분과 y방향의 부분의 연결부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.Each of the driving beams includes a portion in the x direction extending in the first direction and a portion in the y direction extending in the second direction, and the stiffener is connected to a connection portion between the portion in the x direction and the portion in the y direction. Xy stage electronic drive device for a small information storage device, characterized in that. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 각 구동빔은 상호 나란한 x 방향의 부분과, y 방향의 부분을 구비하여 전체적으로 사각 테두리형인 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치.And each of the driving beams has a portion in the x direction and a portion in the y direction, which are parallel to each other, and have a rectangular frame shape as a whole. (가) 기판에 ICPRIE법으로 트렌치를 판 후 열산화 공정으로 패시베이션층을 입히는 단계;(A) depositing a trench on the substrate by the ICPRIE method and then applying a passivation layer by a thermal oxidation process; (나) 트렌치를 금속물질로 채우는 단계; 및(B) filling the trench with a metal material; And (다) 폴리싱으로 상기 트렌치 상부로 노출된 금속을 제거하여 상기 트렌치에 채워진 금속에 의한 코일을 완성하는 단계;를(C) removing the metal exposed to the upper portion of the trench by polishing to complete a coil by the metal filled in the trench; 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법.A method of manufacturing a coil of an x-y stage electronic driving apparatus for a micro information storage device, comprising: 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (나) 단계는 전기도금법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법.The method of claim 2, wherein the step (b) is performed by an electroplating method. (가) 기판에 ICPRIE법으로 소정 깊이 이상의 트렌치를 판 후, 열산화 공정으로 패시베이션층을 입히는 단계;(A) depositing a trench having a predetermined depth or more on the substrate by an ICPRIE method, and then applying a passivation layer by a thermal oxidation process; (나) 상기 트렌치와 패시베이션층이 형성된 기판 상에 금속을 증착하여 표면에만 금속을 입힌 후, 이 표면 금속막을 전극으로 하여 제1차 전기도금을 행하여 상기 트렌치에는 금속이 메워지지 않은 제1금속층을 형성하는 단계;(B) depositing metal on the substrate on which the trench and the passivation layer are formed and coating metal only on the surface, and then performing first electroplating using the surface metal film as an electrode to form a first metal layer in which the metal is not filled in the trench. Forming; (다) 상기 기판의 뒷면을 상기 트렌치가 노출되도록 식각하고, 상기 제1차 금속층을 전극으로 하여 제2차 전기도금을 행하여 상기 트렌치 내에 제2금속을 증착하는 단계; 및(C) etching the back surface of the substrate to expose the trench, and performing a second electroplating process using the first metal layer as an electrode to deposit a second metal in the trench; And (라) 상기 제1금속층을 연마하여 제거함으로써 코일을 완성하는 단계;를(D) completing the coil by polishing and removing the first metal layer; 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 정보저장기기용 x-y 스테이지 전자 구동 장치의 코일 제작 방법.A method of manufacturing a coil of an x-y stage electronic driving apparatus for a micro information storage device, comprising: