(57)【要約】【課題】従来のプローブアレイメモリは、記録面単体としては小さく非常に高い記録再生密度を望めるが、プローブアレイを高精度に位置決めを行うアクチュエータ機構、ステージ機構等の周辺機構がＸＹ方向に設けられていたため実装面積サイズの小型化が容易ではなかった。【解決手段】  微小移動機構装置１は、弾性支持部２１に支持されて超音波振動し、圧電駆動及び静電駆動を行うアクチュエータ部３を備え、アクチュエータ部３と階層的に対向且つ接触するように、記録メディア部４の被駆動対象物を配置し、圧電駆動及び静電駆動の組み合わせにより、記録メディア部４を押さえ付ける力を変化させて、記録メディア部４を任意の移動状態及び移動方向で移動させる。【選択図】      図１
2008090892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材により固定部に支持された圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部と、から構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部の周辺部に設けられた電極部からなる静電駆動部と、を具備し、
階層的に配置された被駆動対象物の駆動面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向、且つ接触させて配置し、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により前記圧電材料部を前記被駆動対象物に押さえ付ける力を変化させて、前記被駆動対象物を任意の方向に移動させることを特徴とする微小移動機構装置。
【請求項２】
弾性部材により固定部に支持され、階層的に対向配置された被駆動対象物の駆動面に対し、前記弾性部材の応力の作用による力にて押し付けられる圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定の電圧パターンを付与する電圧発生部と、で構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部における前記被駆動対象物に対向する面の反対面に設けられる静電駆動部と、を具備し、
前記被駆動対象物の駆動面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向、且つ接触させて配置し、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により前記圧電材料部を前記被駆動対象物に押さえ付ける力を変化させて、前記被駆動対象物を任意の方向に移動させることを特徴とする微小移動機構装置。
【請求項３】
弾性部材により固定部に支持される被駆動対象物の駆動面に対向して階層的に配置される圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定の電圧パターンを付与する電圧発生部と、で構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部における前記被駆動対象物に対向する面に設けられる静電駆動部と、を具備し、
前記被駆動対象物の駆動面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向、且つ接触させて配置し、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により前記圧電材料部を前記被駆動対象物に押さえ付ける力を変化させて、前記被駆動対象物を任意の方向に移動させることを特徴とする微小移動機構装置。
【請求項４】
弾性部材により枠形状の固定部に支持された圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部と、から構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部の周辺部に設けられた電極部からなる静電駆動部と、
前記枠形状の固定部内側に設けられ、突起部を有する記録再生用プローブが複数配置されたプローブアレイ部と、
前記プローブアレイ部に対向して階層的に配置され、情報を凹凸により記録可能な記録面を有する記録再生部と、
前記圧電駆動部に対して階層的に配置され、前記記録再生部の前記記録面から前記記録再生用プローブが読み出した情報を処理する信号処理回路と、
を具備し、
前記記録再生部の前記記録面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向且つ接触させて、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により、前記圧電材料部を前記記録再生部に押さえ付ける力を変化させて、前記記録再生部を任意の方向に移動させて、所望する情報を取得することを特徴とする微小移動機構装置を搭載するメモリデバイス。
【請求項５】
前記圧電駆動部及び前記静電駆動部の組の少なくとも２組が前記記録面と平行な面上で直交する方向に配置されるアクチュエータ部を備え、動作方向及び面内での前記記録再生部のねじれ補正を行うことを特徴とする請求項４に記載のメモリデバイス。
【請求項６】
弾性部材により固定部に支持され、階層的に対向配置された記録再生部の記録面に対し、前記弾性部材の応力の作用による力にて押し付けられる圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定の電圧パターンを付与する電圧発生部と、で構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部における前記記録面に対向する面の反対面に設けられる静電駆動部と、
前記記録面と対向する前記圧電材料部の面に突起部を有する記録再生用プローブが複数配置されたプローブアレイ部と、
前記圧電駆動部に対して階層的に配置され、前記記録面から前記記録再生用プローブが読み出した情報を処理する信号処理回路と、
を具備し、
前記記録面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向させ、且つ接触させて配置し、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により前記圧電材料部を前記記録再生部に押さえ付ける力を変化させて、前記記録再生部を任意の方向に移動させて、所望する情報を取得することを特徴とする微小移動機構装置を搭載するメモリデバイス。
【請求項７】
枠形状の固定部に支持された圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部と、から構成される圧電駆動部と、
前記圧電材料部の周辺部に設けられた電極部からなる静電駆動部と、
前記枠形状の固定部内側に設けられ、突起部を有する記録再生用プローブが複数配置されたプローブアレイ部と、
前記プローブアレイ部に対向して階層的に配置されるように、弾性部材で固定部に支持され、情報を凹凸により記録可能な記録面を有する記録再生部と、
前記圧電駆動部に対して階層的に配置され、前記記録再生部の前記記録面から前記記録再生用プローブが読み出した情報を処理する信号処理回路と、
を具備し、
前記記録再生部の前記記録面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向且つ接触させて、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により、前記圧電材料部が前記記録再生部に押さえ付ける力を変化させて、前記記録再生部を任意の方向に移動させて、所望する情報を取得することを特徴とする微小移動機構装置を搭載するメモリデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面２自由度を備え、複数の記録再生用プローブヘッドを用いた微小移動機構装置及びその微小移動機構装置を搭載するメモリデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数のプローブヘッドをマトリックス状に配置して用いる情報ストレージデバイスが知られている  
記録再生材料(Storage medium)は、並進３自由度を備えたＸＹＺステージ（xyz scanner）の上に搭載される。この記録再生材料の記録再生面は、多数のプローブヘッドを並べた面（2D Cantilever Array Chip）と対向されている。これらのプローブヘッドは、所定のドライバ（Multiplex-Driver）を経て、信号処理回路に接続されている。プローブヘッド面と、記録再生部とは、ＸＹＺステージにより相対的に位置決めが行われ、記録再生部の任意の位置に所望のプローブヘッドを位置決め行っている。
【０００３】
プローブヘッドを用いた記録再生原理には、例えばＡＦＭの原理を適用した例がある。さらに、記録再生部（メディア面）にトポロジカル的に微小な穴を開け、穴の有無によるプローブヘッドの出力信号の変化を情報の“１”、“０”と定義して記録する例もある。この構成は、ＨＤＤに代表される磁気記録装置と比べて、熱揺らぎによる記録密度限界以上の記録密度を達成したとの当業者間で研究速報的な内容により報告されている。尚、熱揺らぎによる記録密度限界とは、外部から与えられた又は内部で発生した熱揺らぎにより、情報の安定性が劣化し、記録密度を向上する際の妨げとなることを示唆する。
【０００４】
また同様に、この情報ストレージデバイスは、不揮発性メモリの代表格であるＮＡＮＤ型フラッシュメモリに比べると、更なる集積化（記録密度の向上）実現の際に課題となる、配線抵抗、リソグラフィーの解像度の限界などの諸問題はすでに解決している。今後数年〜十数年後に顕在化すると予想される記録密度限界値に対しても、これを上回る記録密度が報告されている。
【０００５】
この情報ストレージデバイスでは、基本的に記録密度は、プローブヘッドにて情報を記録再生する際に、隣接する領域からの干渉等により信号出力値レベルがある一定値以下とならない範囲において、プローブヘッドを位置決めするＸ−Ｙ方向の分解能にて決定される。記録原理により、記録密度限界は異なるが、ＡＦＭ原理転用、熱的トポロジカル記録等、従来提案されている原理において、最小の記録再生ビットサイズは数ｎｍ〜数１０ｎｍレベルである。
【０００６】
しかし、記録密度は高い一方、情報の転送レートは必ずしも従来デバイス（ＨＤＤやＮＡＮＤフラッシュメモリ等）と比べて高速ではない。これは記録再生原理の情報の書き込み・読み出しに要する時間自体に拘束される要因と、プローブヘッドを上記のような微小ビットサイズ（数ｎｍ〜数十ｎｍレベル）に対して、高精度にＸ−Ｙ面内で位置決めすることとに要する機械的な応答時間・制御時間の制約による拘束される要因等を含んでいる。その対策として、プローブヘッドを単体ではなく、ＸＹＺステージ機構に載置された記録メディア部に対して、プローブを多数に備えたアレイを用いてに対して、駆動部で並列的にアクセスさせることで、転送レートを改善するという構成の情報ストレージデバイスが提案されている。
【特許文献１】ＵＳ  ２００４／００１９７５７Ａ１
【特許文献２】ＵＳＰ  ５，８３５，４７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したようなプローブアレイメモリは実用レベルに至っていないが、現在のストレージ機構とは基本構成自体が異なり、記録密度限界を大きく上に引き延ばすブレイクスルー技術となることが予想される。
【０００８】
しかしながら、現在の提案では、実用化された場合には、プローブアレイを高精度に位置決めを行うアクチュエータ機構、ステージ機構等の周辺機構を伴う構成となる。つまり、記録再生原理及びバイス単体としては、非常に高い記録再生密度を示すことが望めるが、周辺機構を含むシステム全体の大きさ（実装面積）から見ると、記録再生密度は必ずしも高くものではなく、メモリサイズの小型化や集積化に対しては阻害する要因となっている。
【０００９】
特に、従来のＸ−Ｙステージとして電磁アクチュエータを用いた構成においては、記憶装置全体の大きさから見て記録メディア部に比べ、電磁アクチュエータのコイル部・磁石部が占める割合が高く、システム全体として小型化を妨げている。これは、アクチュエータとして必要とされる発生力と、移動距離の両方を満足するためには、一定ボリューム以上のアクチュエータ領域を必要とすることに起因する。
【００１０】
そこで、記憶装置全体の大きさに対して、実装面積の省スペース化を図り、高トルク・発生力を有する微小移動機構装置及びその微小移動機構装置を搭載するメモリデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、弾性部材により固定部に支持された圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部と、から構成される圧電駆動部と、前記圧電材料部の周辺部に設けられた電極部からなる静電駆動部と、を具備し、階層的に配置された被駆動対象物の駆動面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向、且つ接触させて配置し、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により前記圧電材料部を前記被駆動対象物に押さえ付ける力を変化させて、前記被駆動対象物を任意の方向に移動させる微小移動機構装置を提供する。
【００１２】
さらに、弾性部材により枠形状の固定部に支持された圧電材料部と、前記圧電材料部に接して設けられた電極部と、前記電極部に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部と、から構成される圧電駆動部と、前記圧電材料部の周辺部に設けられた電極部からなる静電駆動部と、前記枠形状の固定部内側に設けられ、突起部を有する記録再生用プローブが複数配置されたプローブアレイ部と、前記プローブアレイ部に対向して階層的に配置され、情報を凹凸により記録可能な記録面を有する記録再生部と、前記圧電駆動部に対して階層的に配置され、前記記録再生部の前記記録面から前記記録再生用プローブが読み出した情報を処理する信号処理回路と、を備え、前記記録再生部の前記記録面に対し、超音波振動する前記圧電材料部を対向且つ接触させて、前記静電駆動部に設けた前記電極への印加電圧値の制御により、前記圧電材料部を前記記録再生部に押さえ付ける力を変化させて、前記記録再生部を任意の方向に移動させて、所望する情報を取得することを微小移動機構装置を搭載するメモリデバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、記憶装置全体の大きさに対して実装面積の省スペース化を図り、高トルク・発生力を有する微小移動機構装置及びその微小移動機構装置を搭載するメモリデバイスを提供することすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１は、第１の実施形態に係る微小移動機構装置１の概略的な構成を示す図である。  
この微小移動機構装置１は、中央に配置される複数の記録再生用プローブが配置されるプローブアレイ２と、その周囲の四方に配置されるアクチュエータ部３とにより、ステージ機構を成すように構成され、これらは半導体製造技術やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術等を用いて形成される。
【００１５】
アクチュエータ部３は、プローブアレイ２の四方を取り囲むように矩形の支持アーム部６が設けられ、それぞれの支持アームの辺中央に少なくとも４つの圧電アクチュエータが設けられている。図１においては、被駆動対象物となる、表面に記録再生のための層が設けられたメディア面４ａが形成された記録メディア部４に対して、プローブアレイ２が支持アーム部６で支持され、対向するように階層的に配置されている。プローブアレイ２は、多数のプローブ５が例えばマトリックス状に任意の間隔で配置されている。
【００１６】
上記圧電アクチュエータは、圧電素子と電極により構成されている。実施形態においては、２つの対向する辺にそれぞれＸ軸用圧電アクチュエータ７ａ，７ｂが設けられ、これらと直交する２つの辺にそれぞれＹ軸用圧電アクチュエータ８ａ，８ｂが設けられている。また、各プローブ５には、Ｚ軸用静電アクチュエータ９が設けられている。プローブ５は、前述したように、ＡＦＭの原理を適用した片持ち針（又は、突起部）の形状を成し、その針先がメディア面（記録面）４ａに形成された穴又は溝の凹凸により上下動して“１”、“０”からなる情報を読み出している。片持ち針の場合には、引力領域又は斥力領域にて使用され、その変動（位置）によりデータ“１”、“０”として検出している。これらの記録再生用プローブ（以下、プローブと称する）５は、後述するＣＭＯＳ技術を用いた信号処理回路（以下、ＣＭＯＳ回路とする）に接続する配線が設けられたプローブ筐体に取り付けられており、プローブ５の変動により発生した検出信号（情報信号）を送出している。
【００１７】
支持アーム部６の四隅には、固定部となる４つの支柱６ａが設けられており、重ね合わされたＣＭＯＳ回路基板部１０の四隅を固定する。このＣＭＯＳ回路基板部１０に形成されたＣＭＯＳ回路１２は、各プローブ５から受け取った情報信号が処理される。さらに、ＣＭＯＳ回路基板部１０には、アクチュエータ部３に所定パターンの駆動電圧を付与する電圧発生部（ドライバ回路）も設けられている。尚、電圧発生部は、必ずしもＣＭＯＳ回路基板部１０に一体的に設けられる必要はなく、別途、異なる基板の設けられてもよい。この別体基板であった場合には、ＣＭＯＳ回路基板部１０の上側又は下側に階層的に設けられる。以降の説明において、ＣＭＯＳ回路基板部１０とプローブアレイ２とアクチュエータ部３が実装し一体的になった構成部位をアクチュエータ側基板１１と称している。
【００１８】
アクチュエータ側基板１１のプローブ５が配置されているプローブ面とメディア基板４のメディア面４ａは、均一な距離（間隔）で保持される。さらに、静電アクチュエータ９を用いて、圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとメディア面４ａの間の押し付け力を調整し、且つ圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂによる推進力の調整を実施する。これらの静電アクチュエータ９と圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを用いて、プローブ５がメディア面４ａに対して、適正な読み出し位置及び適正な距離間となるように動作される。
【００１９】
次に、図２Ａ，図２Ｂを参照して、代表として圧電アクチュエータ７ａ及び静電アクチュエータ９のそれぞれの作用について説明する。これらの構成部位で図１に示した構成部位と同等の部位には同じ参照符号を付している。
【００２０】
図２Ａ，図２Ｂは、図１に示した微小移動機構装置１のステージ機構に関係する構成部位を示している。この構成では、例えばＳｉにより形成される記録メディア部４と、圧電材料及び金属材料によりアクチュエータ部３（圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ及び静電アクチュエータ９）と、弾性支持部２１と、所定パターンの駆動電圧を印加する圧電ドライバ部２２と、所定パターンの駆動電圧を印加する静電ドライバ２３と、システム全体の制御を行うコントローラ部２４と、位置センサ２５とを示している。
【００２１】
弾性支持部２１は、バネ等の弾性形状を成しアクチュエータ側基板１１（ＣＭＯＳ回路基板１０（図1参照）、プローブアレイ２及びアクチュエータ部３）を複数の方向、少なくとも四方から弾性的に横架（又は懸架）して支持している。また、アクチュエータ側基板１１を記録メディア部４に一定の力で押し付けるように形成することができる。この例においては、圧電アクチュエータ７ａの両端側又は、周辺部等に静電アクチュエータ９となる電極を設けている。また、弾性支持部２１は、ＳｉやＰｏｌｙ−Ｓｉ等のシリコン材料又は金属又は非金属材料からなるコイル形状バネ又は、板形状バネ等が用いられる。
【００２２】
位置センサ２５は、記録メディア部４とアクチュエータ部３との間に設けられ、何れかに基準位置（例えば、ＸＹ座標の原点）を定めて、その原点に対する現在位置と、目標位置までの間の水平距離と、Ｘ−Ｙ平面内部でのねじれ量（距離差により求める）を算出する。この位置センサ２５は、例えば、記録メディア部４の四隅に配置され、それぞれに静電容量を測定し、対向して設けた検出部に対するズレ量を利用する静電容量型センサを用いることができる。また他にも、対向面積の変化により熱伝導率が変化することから同様に対向して設けた検出部のズレ量検出を利用する熱量利用型センサ等を用いることができる。位置センサ２５は、プローブ５とメディア面４ａとの位置（Ｘ−Ｙ平面上）及び距離（Ｚ方向）を測定する。
【００２３】
このような構成において、図２Ａに示すように、静電アクチュエータ９が発生する力（近づく方向の力）が無い、又は弱い場合には、圧電アクチュエータ７ａと記録メディア部４との間に働く押し付け力は弱くなり、記録メディア部４に伝達される発生力は小さくなる。一方、図２Ｂに示すように、静電アクチュエータ９の発生力が大きい場合には、圧電アクチュエータ７ａが記録メディア部４に押し付けられるように働く押し付け力が強くなり、記録メディア部４に伝達される発生力が大きくなる。
【００２４】
課題で述べたように、圧電アクチュエータ及び静電アクチュエータが設けられた可動部の支持構成やガイド機構の有無により、システム全体のサイズが大きく変わる。本実施形態においては、大きなトルク（発生力）重量比を持つことを特徴とする圧電アクチュエータをメディア面と平行面、即ち、Ｘ−Ｙ平面内に設けるのではなく、メディア面と直交するＺ方向に配置する、つまり積み重ねることにより、システム全体としてのサイズの縮小化が実現できる。
【００２５】
また、圧電アクチュエータは、発生力が大きい反面、変位量は小さいというトレードオフを有している。本実施形態では、プローブアレイ２の移動に対しては、所謂、公知な超音波モータの動作原理を用いている。この動作原理は、超音波振動を利用して摩擦駆動する。超音波が加えられた振動体に押し付けられた物体は、運動の時定数に比べて超音波周波数が高くなるため、超音波の１周期の振幅のある位置でのみが接触することとなる。この接触する部分がだ円運動又は直線的な復運動すれば、物体は推力を受ける。この推進における速度や変位量は駆動電圧波形を制御することができる
本実施形態では、高速に変位・振動する圧電材料部と、被駆動対象物間の押し付け力に依存して、伝達力を変化させている。つまり、伝達力の調整に微小領域において製作性が良い静電アクチュエータを利用して押し付け力の調整を実現している。これらの圧電アクチュエータと静電アクチュータを組み合わせて、静電アクチュエータの吸引力により、圧電アクチュエータと被駆動対象物間の押し付け力を調整することで、プローブアレイ２の自在な移動が省スペースで且つ、高トルク発生力を有する微小移動機構（ステージ機構）を実現することができる。
【００２６】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、微小移動機構装置１の動作について説明する。  
まず、プローブ５が宛がわれるメディア面４ａの所望する情報が記録されている読み出し位置に関する目標位置情報（座標情報やアドレス情報）がステージ機構のコントローラ部２４に対して指示される（ステップＳ１）。
【００２７】
次に、記録メディア部４とアクチュエータ部３の間に設けた位置センサ２５からの検出信号による現在位置を求め（ステップＳ２）、指示された目標位置までの間の距離を算出し（ステップＳ３）、さらにＸ−Ｙ平面内部でのねじれ量を算出する（ステップＳ４）。目標値までの距離とねじれ情も報を記録するテーブルに照らし合わせて、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ配置した圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂへの発生伝達力を求める。
【００２８】
このテーブルは、圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂに対して、予め圧電素子に与えられる電圧値と、圧電アクチュエータ自身が記録メディア部４に押し付けられる押し付け力の関係がパラメータとして設定されている。これは、印加する電圧値でどの程度の大きさの伝達力が発生するかの情報を示しており、予め実験等により経験的に求めて処理プログラムで設けられたデータ内のテーブルに設定しておく。
【００２９】
このテーブルに設定されるパラメータとして、静電アクチュエータ９についても同様に設定されている。静電アクチュエータ９の電極に印加される電圧値に対して、弾性支持している弾性体の剛性を考慮して、どの程度の大きさの押し付け力が発生するかの情報を、実験等の測定により求めて又は、シミュレーションにより求めて、テーブルに設定する。
【００３０】
これら２つのテーブルに対する探索工程（ルックアップテーブル）を経て、圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ及び静電アクチュエータ９ヘのそれぞれの入力電圧値を決定し（ステップＳ５，Ｓ６）、各ドライバ２２，２３を駆動する。一定の時間間隔にて、位置センサ２５からの情報を取得し（ステップＳ７）、初期目標値に対して、現在位置及びねじれ量が、設定した許容誤差範囲内に収束したか否かを判別する（ステップＳ８）。この判別において、設定した許容誤差範囲内に収束した場合には（ＹＥＳ）、目標位置に到達したものと判別し、圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ及び静電アクチュエータ９の動作を停止する（ステップＳ９）。一方、設定した許容誤差範囲内に収束しない場合には（ＮＯ）、目標位置には到達していないものと判別し、ステップＳ３に戻り、距離算出及びねじれ算出を再度実行して、同様なシーケンスを繰り返し行い、目標位置到達を図る。尚、目標位置到達については、距離算出及びねじれ算出実行を無限回に行うのではなく、予め定めた回数を再実行させても目標位置に到達しなかった場合には、エラーとして処理させる工程を含ませてもよい。
【００３１】
以上のように本実施形態の微小移動機構装置１は、記録メディア部４、プローブアレイ２（アクチュエータ部３を含む）及びＣＭＯＳ回路基板部１０が階層的に重ね合わせられるように配置される。アクチュエータ部３は、公知な超音波モータの動作原理を用いて、記録メディア部４に対して、プローブアレイ２を移動させて、プローブ５を所望する記憶位置（目標位置）に到達させることができる。このような構成により、アクチュエータ部３の押し付け力の強弱によりプローブアレイ２の移動状態及び移動方向を制御することができる。従って、従来では必要であった可動部の支持構成やガイド機構が不要となり、階層構造で構成されるため、長距離の移動が無くなり、システム全体のサイズ（実装面積）の縮小化が実現できる。
【００３２】
次に、第２の実施形態について説明する。  
本実施形態は、前述した第1の実施形態と同等の構成であり、作用が異なっている。  
前述した第１の実施形態において、静電アクチュエータによる吸引力が無い又は少ない場合には、圧電アクチュエータと記録メディア間の押し付け力は小さくなる。そこで、静電アクチュエータの吸引力を増して、記録メディアと圧電アクチュエータ（各圧電素子）間の押し付け力を増大させていた。
【００３３】
第２の実施形態では、図２Ａに示すアクチュエータ側基板１１を支持する弾性支持体２１に生じる初期残留応力等の効果により、圧電アクチュエータ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの伝達力を発生させるのに十二分な大きさの力でアクチュエータ部３が記録メディア部４側に押し付けられる。そこで、静電アクチュエータ９の吸引力が発生する向きを逆向きに変更することにより、この吸引力を用いて記録メディア４とアクチュエータ部３間の押し付け力を低減する方向に働かせる。従って本実施形態は、弾性支持体２１による圧電アクチュエータと記録メディア間の押し付け力を静電アクチュエータ９の吸引力で緩和するように作用させて、駆動を制御することができる。
【００３４】
次に、第３の実施形態について説明する。図４Ａ，図４Ｂは、第３の実施形態に係る微小移動機構装置３１の概略構成を示す。図４Ａは、小移動機構装置３１の断面構成例を示し、図４Ｂは、記録メディア部３２の上方から見た正面構成を示している。  
前述した第１、第２の実施形態の小移動機構装置１においては、静電アクチュエータ９による力で押し付ける構成であった。これに対して第３の実施形態では、図４Ａに示すように記録メディア部３２は、メディア面を有する内側のメディア部３２ｂが外周部３２ａに対して弾性体部３２ｃで弾性的に保持される構成である。記録メディア部３２は、弾性体部３２ｃで弾性的に保持され、アクチュエータ部３による一定の力でアクチュエータ側基板１１にメディア面を押し付ける。
【００３５】
この微小移動機構装置３１は、半導体製造技術やＭＥＭＳ技術等を用いて形成される。アクチュエータ側基板１１（ＣＭＯＳ回路基板部１０、プローブアレイ２及びアクチュエータ部３）と記録メディア部３２とが重畳された構成になっている。
【００３６】
図４Ｂに示すように、記録メディア部３２は、アクチュエータ側基板１１及び封止基板３３に接合する外周の支持枠３２ａと、アクチュエータ部３からの伝達力により相対的に動かされるメディア面を有するメディア部３２ｂと、メディア部３２ｂを支持枠３２ａに対して弾性的に支持する弾性体部３２ｃとが一体的に構成される。支持枠３２ａには、強度を持たせて、且つメディア部３２ｂは動きに俊敏性を持たせるために、支持枠３２ａは適宜厚さを厚くして、メディア部３２ｂは適宜その厚さよりも薄くする。これらの厚さは、シュミレーション又は、実測等により経験的に求めればよい。
【００３７】
この構成において、支持枠３２ａ、メディア部３２ｂ（メディア面を除く基板部分）及び弾性体部３２ｃは、同じ部材を用いて半導体製造技術やＭＥＭＳ技術等を用いて形成される。また、弾性体部３２ｃに支持枠３２ａ及びメディア部３２ｂとは異なる部材を用いて形成し、両端を支持枠３２ａ及びメディア部３２ｂに接合することも可能である。具体的な構成例としては、図４Ｂに示すように、支持枠３２ａ内側のそれぞれの角近傍から弾性体部３２ｃ例えば、Ｌ字型バネが延出し、支持部３２ａ内の対向角側のメディア部３２ｂの四隅端にそれぞれ連結するように形成される。
【００３８】
このように構成された微小移動機構装置３１は、アクチュエータ側基板１１が固定され、内周部３２ｂのメディア面がコ字型に打ち抜かれて成形されたＬ字型バネにより弾性的に支持されて記録メディア部３２をアクチュエータ部３で移動させる構成である。従って、記録メディア部３２は、アクチュエータ側基板１１に比べて軽量であり、動きの応答性が速くなり読み出し位置までの移動の短時間化及び省消費電力化に有用である。また、記録メディア部３２をシリコンウエハ上で半導体製造技術やＭＥＭＳ技術等を用いて一連の製造工程で形成することができる。
【００３９】
次に、第４の実施形態の微小移動機構装置について説明する。  
図５Ａ〜図５Ｄには、アクチュエータ部４０における圧電アクチュエータと静電アクチュエータの構成例を示している。
【００４０】
この構成例では、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、アクチュエータ部４０は、矩形枠の形状を成し、各辺は、四隅の固定部から固定部に至り立ち上がった梁構造（梁部）４１である。各梁部４１の中央には圧電アクチュエータ（圧電素子部４２ａ及びストライプ駆動電極４２ｂ）４２が形成されている。それらの圧電アクチュエータ４２の両側には弾性を持たせるように櫛歯型に型抜きされた弾性部４３が形成されている。これらの梁部４１の下方には静電アクチュエータの電極４４が形成される。プローブアレイ２は、アクチュエータ部４０の矩形枠内に設けられている
さらに、静電アクチュエータの電極４４と梁部４１の間には、スイッチ４５及び直流電源４６によりＧＮＤを通じて回路（静電ドライバ）が形成される。このスイッチ４５を閉じることにより、静電アクチュエータの電極４４と梁部４１の間に電圧が掛かり、吸引力が発生する。また圧電アクチュエータ４２においても図示しない圧電ドライバが接続されている。
【００４１】
このアクチュエータ部４０の製造工程について説明する。  
まず、シリコン（Ｓｉ）基板５１上に蒸着等により金属膜を成膜し、エッチング処理で不要箇所を除去して静電アクチュエータの電極４４を形成する。さらに、電極４４をカバーするように犠牲層５２を形成する。この犠牲層５２には、最終時に除去するため、例えば、形成及び除去の容易なマスク材料であるポリイミドを用いるのであれば、フォトリソグラフィー技術により形成することができる。尚、犠牲層５２は、ポリイミドに限定されるものではない。
【００４２】
次に、成膜技術として例えば、ＣＶＤ処理又は蒸着処理により、犠牲層５２を含むＳｉ基板５１の全面上にポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜５３及び、金属膜５４を積層するように成膜する。さらに、その上にポリイミドマスク（図示せず）を形成した後、金属膜５４に選択的なエッチング処理を施し、図５Ｄに示すような圧電アクチュエータのストライプ駆動電極４２ｂを形成する。さらに、ポリシリコン膜５３に選択的なエッチング処理を施し、枠形状に抜き、さらに各辺の両側に櫛歯型に型抜きされた弾性部４３を形成する。さらに、圧電アクチュエータのストライプ駆動電極４２ｂを覆うように圧電素子部４２ａを形成する。
【００４３】
その後、ウエットエッチング処理を用いて、犠牲層５２を除去し、梁部４１の下方（Ｓｉ基板５１との間）を中空にして、梁部４１が弾性部４３により弾性的に支持されるような構造にする。尚、前述した電極等に用いられる金属膜の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅を含有する合金等の金属材料が好適する。
【００４４】
本実施形態は、前述した第１の実施形態の作用効果と同様に、静電アクチュエータが発生力を持たない場合、又は発生力が小さい場合は、圧電素子と記録メディア間の押し付け力が弱く、記録メディア部への伝達力が小さい構成となっている。
【００４５】
さらに本実施形態は、静電アクチュエータによる発生力を、圧電素子を記録メディア間との押し付け力を増加させることに活用することができる。
【００４６】
次に、第５の実施形態の微小移動機構装置について説明する。  
前述した第４の実施形態では、静電アクチュエータによる吸引力が無い又は、少ない場合は、圧電アクチュエータと記録メディア間の押し付け力は小さくなり、静電アクチュエータの吸引力を記録メディアと圧電素子間の押し付け力に増加させていた。
【００４７】
この第４の実施形態は、圧電アクチュエータ４２が設けられた梁部４１を支持する弾性部４３に対し、初期残留応力等の効果により、圧電アクチュエータ４２を記録メディア部側に対して、圧電アクチュエータ４２の伝達力を発生させるのに十分な大きさで押し付けている。これに静電アクチュエータの吸引力が発生する向きを逆（押し付ける方向の反対方向）にすることにより、記録メディアと圧電アクチュエータ間における押し付け力を低減させて、プローブアレイ２の移動を可能にすることができる。
【００４８】
次に、図６Ａ，図６Ｂを参照して、前述した実施形態による微小移動機構装置を搭載する第１のメモリデバイス（情報ストレージデバイス）について説明する。前述した各実施形態のうち、図４に示した第３の実施形態に係る微小移動機構装置３１を代表例として、記録メディア部３２と組み合わせたメモリデバイス６０の回路基板（例えば、プリント配線基板）に実装可能な構成について説明する。  
図６Ａ，図６Ｂに示すメモリデバイス６０は、３つのウエハ部材６１，６２，６３が重畳されて、一体的に接合される封止構造に形成される。
【００４９】
第１のウエハ部材６１は、アクチュエータ部３、プローブアレイ２及びＣＭＯＳ回路（プローブ選択スイッチ）基板部１０等が設けられたアクチュエータ側基板１１で構成される。アクチュエータ側基板１１において、プローブアレイ２及びＣＭＯＳ回路基板部１０等が実装された実装面（内側面）から非実装面（デバイス外装面）に貫通する複数のビア６５を必要に応じて開口し、配線用金属で埋めて、デバイス外装面のバンプ（又は半田ボール）６６を形成して、引き出し電極を形成する。これらビア６６は、ビア６５を通じて、アクチュエータ部３、プローブアレイ２及びＣＭＯＳ回路の入出力端子に接続される。
【００５０】
第２のウエハ部材６２は、矩形の外周の支持枠（固定部）３２ａと、アクチュエータ部３からの伝達力により相対的に移動されるメディア面を有するメディア部３２ｂと、メディア部３２ｂを支持枠３２ａに対して弾性的に支持する弾性体部３２ｃとで構成される。  
第３のウエハ部材６３は第２のウエハ部材６２は、平板の基板からなる封止部６４で構成される。
【００５１】
図６Ａに示すように、外周の支持枠３２ａにおいて、四隅の表裏面のそれぞれの固定部には、蒸着処理等により設けられた融点の低いメタル層からなる接合部３２ｄが設けられる。また、アクチュエータ側基板１１と合わせた際に、それらの接合部３２ｄに対向するアクチュエータ側基板１１（アクチュエータ部３）の固定部にも接合部１１ａを設け、同様に封止部６４にも接合部６４ａを設ける。これらの接合部３２ｄを接合部１１ａ及び接合部６４ａを当接して熱処理により溶着させる。この溶着により、図６Ｂに示すように、第１のウエハ部材６１、第２のウエハ部材６２及び、第３のウエハ部材６３が一体的に機密に接合され、メモリデバイス（情報ストレージデバイス）６１を構成させる。
【００５２】
図７に示すように、このように構成されたメモリデバイス６０は、配線回路基板６７例えば、パーソナルコンピュータを代表とする情報機器のマザーボード等にメモリデバイスとして、基板上に設けられたパッド６８にフリップチップボンディングにより実装され他の回路部品例えば、読出／書込制御部（ＩＣ）６９と電気的接続される。  
以上説明したように、実施形態による微小移動機構装置を用いた情報ストレージデバイスは、アクチュエータ側基板１１（ＣＭＯＳ回路、プローブアレイ２及びアクチュエータ部３）と記録メディア部３２とが重畳された構成であるため、アクチュエータ側基板１１の非実装面（外装面）に接続用電極端子やバンプを形成するだけで、実装部品として回路基板に直接実装することができ、加えて、実装面積がコンパクトであるため、配線基板上の実装レイアウトが容易である。また、封止基板６４は、記録メディア部３２に接合して封止させることで簡単にメモリデバイスのパッケージとして機能させることができる。特に、このような構成のメモリデバイス６０は、フレキシブル基板等の屈曲が可能な実装デバイスとして好適する。
【００５３】
次に、図８に示す第２のメモリデバイスは、樹脂パッケージにより封止される構成である。この構成例においても前述した第１のメモリデバイスと同様に、第３の実施形態に係る微小移動機構装置３１を用いた例として説明する。
【００５４】
このメモリデバイス７１は、前述した微小移動機構装置３１をダイパット７２上に接着固定される。このダイパット７２が設けられた樹脂基板上に設けられたリード７３からボンディングパッド６６ｂへのリード線７４によるワイヤーボンディングで接続される。ワイヤーボンディングによるフレーム接続が終了した後、メモリデバイス７１が完全に覆われるように、モールド樹脂による樹脂封止部７５を形成する。但し、図８に示すように、アクチュエータ内の記録メディア部３２の可動範囲内は樹脂封止されない。
【００５５】
メモリデバイス７１は、配線回路基板６７に実装され、配線回路基板６７の回路部品例えば、、読出／書込制御部（ＩＣ）６９と電気的接続される。
【００５６】
以上説明したように、アクチュエータとしては従来に比べて、より大きなトルク（発生力）重量比を持つものが複数存在している。ただし、可動部をどのように支持・案内機構を設けるかにより、システム全体のサイズが大きく変わる。
【００５７】
各実施形態で説明した微小移動機構装置は、大きなトルク（発生力）重量比を持つことを特徴とする圧電アクチュエータを用い、Ｘ−Ｙ平面内に配置するのではなく、Ｚ方向（重畳方向）に配置する構成により、システム全体としての実装サイズを縮小させることを実現する。圧電アクチュエータは、発生力は大きいが、変位量は小さいというトレードオフを有している。そのため、いわゆる超音波モータの原理を適用した本原理（いわゆる超音波モータ駆動）においては、高速に変位・振動する圧電アクチュエータが設けられた部材と、被駆動対象物となる記録メディア部の押し付けることにより伝達力が変化する、即ち、圧電アクチュエータが設けられた部材が平面方向に移動することとが知られている。この部材には、プローブアレイが連結固定されている。この部材に、作製が容易な静電アクチュエータを、さらに付加することにより、押し付け力の調整を実現している。これらの圧電アクチュエータと静電アクチュータを組み合わせて、静電アクチュエータの吸引力により、圧電アクチュエータと記録メディア部との押し付け力を調整することとで、何れか一方が平面的に移動可能でプローブアレイ（プローブ）を所望する目的位置まで移動させて、プローブを適切にメディア面に当接または近接させて、記録情報を読み出すことができる。このように重畳方向にアクチュエータ部を配置し、プローブアレイを駆動させることにより、省スペースで且つ高トルク・発生力を有する微小移動機構装置（ステージ機構）を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態に係る微小移動機構装置１の概略的な構成を示す図である。
【図２Ａ】図１に示した微小移動機構装置１のステージ機構に関係する構成部位を示す図である。
【図２Ｂ】図１に示した微小移動機構装置１のステージ機構に関係する構成部位を示す図である。
【図３】微小移動機構装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図４Ａ】第３の実施形態に係る微小移動機構装置３１の概略構成を示す図である。
【図４Ｂ】第３の実施形態に係る微小移動機構装置３１の概略構成を示す図である。
【図５Ａ】第４の実施形態の微小移動機構装置について説明するための図である。
【図５Ｂ】第４の実施形態の微小移動機構装置について説明するための図である。
【図５Ｃ】第４の実施形態の微小移動機構装置について説明するための図である。
【図５Ｄ】第４の実施形態の微小移動機構装置について説明するための図である。
【図６Ａ】微小移動機構装置を搭載する第１の情報ストレージデバイスの構成例を示す図である。
【図６Ｂ】微小移動機構装置を搭載する第１の情報ストレージデバイスの構成例を示す図である。
【図７】第１のメモリデバイスを基板実装した状態を示す図である。
【図８】第２のメモリデバイスを基板実装した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…微小移動機構装置、２…プローブアレイ、３…アクチュエータ部、４…記録メディア部、４ａ…メディア面、５…プローブ、６…支持アーム部、７ａ，７ｂ…Ｘ軸用圧電アクチュエータ、８ａ，８ｂ…Ｙ軸用圧電アクチュエータ、９…Ｚ軸用静電アクチュエータ、１０…ＣＭＯＳ回路基板部、１１…アクチュエータ側基板、１２…ＣＭＯＳ回路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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