(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩウエハ上に、ピギイバックアクチュエータ素子を複数形成する工程、
前記ウエハのアクチュエータ素子面に、読取／書込ヘッド素子を形成する工程、
当該素子カラムのシリコンバーを前記ウエハから切り取る切取工程、
読取／書込ヘッド素子が形成されている表面を研磨して、空気ベアリングレールを形成する工程、
を含むことを特徴とする平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記ＳＯＩは、埋め込み酸化膜型（ＢＯＸ）であることを特徴とする請求項１記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記アクチュエータ素子の形成は、ＤＲＩＥにより行うことを特徴とする請求項１又は２記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
アクチュエータ素子における可動部のサスペンションの両側部にダミー部を残してエッチングを行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記切取工程前にヘッド素子とアクチュエータ表面に保護層を設けておき、アクチュエータ構造体を解放した後、該保護層を除去することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記切取は、隣接する一列の素子を一体としたバーごとに行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
犠牲層を除去してアクチュエータ構造体を解放する工程を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の平行平板型静電アクチュエータの製造方法により製造したことを特徴とする平行平板型静電アクチュエータ。
【請求項９】
ヘッドの形成されている面が面一である請求項８記載の平行平板型静電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の平行平板型アクチュエータを、記録再生素子とスライダ本体との間に、記録再生素子が記録再生素子の幅方向に動作可能なように配置したことを特徴とするヘッドスライダ。
【請求項１１】
請求項１０記載のヘッドスライダを用い、ヘッドスライダに搭載された記録再生素子が記録再生素子の幅方向に微動可能であることを特徴とするヘッド組立体。
【請求項１２】
請求項１１記載のヘッド組立体を用い、ヘッドスライダに搭載された記録再生素子が記録再生素子の幅方向に微動可能であることを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行平板型静電アクチュエータの製造方法及び平行平板型静電アクチュエータ並びにヘッドスライダ及び磁気ディスクに係る。
【０００２】
より詳細には、磁気読取／書込ヘッドは、ＭＥＭＳアクチュエータ工程の後にシリコンウエハ上に作る平行平板型静電アクチュエータの製造方法に関し、また、コンピュータの外部記憶装置に用いられる磁気ディスク装置のヘッドスライダ及びこのヘッドスライダを用いたヘッド組立体およびそのヘッド組立体を用いたディスクに関する。
【０００３】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の面記録密度は、磁気読取ヘッドとして磁気抵抗性物質が使用されて以来、年６０％から１００％の割で増加している。今日の密度は商業生産について３０Ｇｂ／Ｉｎ２を超え、研究室レベルでは１００Ｇｂ／Ｉｎ２を超えている。これはインチ当たりビット（ＢＰＩ）記録率およびインチ当たりトラック（ＴＰＩ）密度の改善によりさらに増加するであろう。しかし、ＢＰＩは、電子回路のデータ転送速度又は、記録物質の熱的不安定性のいずれかに由来する上限に間もなく達すると予想される。したがって、位置決め機構設計改良により記録密度を増加させるためには、現在のところＴＰＩが残された唯一の利用可能パラメータである。
【０００４】
サスペンションジンバルアセンブリの先端に取付けられた読取／書込ヘッドの位置決めには、現在ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）が使われている。したがって、ヘッド位置決め機構のサーボ帯域幅は、通常ｋＨｚレンジで見出されるサスペンションの振動モードにより制限される。
【０００５】
こうしてトラック密度は、トラック幅約０．５ミクロンに相当して、ほぼ５０ＫＴＰＩに制限される。他方、密度２００Ｇｂ／Ｉｎ２を超える将来のＨＤＤに関しては、１５０ＫＴＰＩを超えるトラック密度が必要である。このような次第で、この問題の解決を可能にする技術としてマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）法に期待が寄せられている。ＭＥＭＳ法は、ピギイバックシステム又はデュアルステージサーボシステムと呼ばれることが多い。この場合、読取／書込ヘッドを動かすマイクロアクチュエータが、きめの荒い位置決め用のＶＣＭと協力して精密位置決めのため使用される。
【０００６】
ところで、第１世代モデルつまりサスペンション駆動型は、ＶＣＭ駆動アームとサスペンションとの間に取り付けられた電磁アクチュエータ、つまり一対のピエゾ電気ＰＺＴアクチュエータを有する。これらのアクチュエータは、誘導変位によりサスペンション内で振れ、サスペンション先端に取り付けられたスライダの位置を調節する設計となっている。
【０００７】
第２世代つまりスライダ駆動型は、サスペンション先端とスライダチップの間に取付けられたアクチュエータを採用する。ＰＺＴアクチュエータ、静電−線型アクチュエータ及び静電―回転アクチュエータが報告されている。これら２つの方法は、現在の磁気ＨＤＤ製造に直ちに適用することが出来る。ピギイバックマイクロアクチュエータの手作業組み立てが加わる以外に、磁気読取／書込ヘッドの加工工程を変える必要がないからである。しかし、サスペンションアーム又はスライダチップは、マイクロアクチュエータに取って重過ぎるので、機械的共振周波数は通常ｋＨｚ程度の低い周波数になる。
【０００８】
これらと対照的に、第３世代つまりヘッドエレメント駆動型は、小質量の読取／書込ヘッドを集積したマイクロアクチュエータを用いることにより高い共振周波数を目指している。図１（ａ）は、ＨＤＤハウジング内のＭＥＭＳドライブの位置を示す。過去数年で、幾つかの型のピギイバックアクチュエータ、即ちニッケル電鍍の高縦横比静電アクチュエータ、ドライエッチシリコン、ＬＩＧＡ工程が報告されている。
【０００９】
第３世代配列における最重要問題は、マイクロアクチュエータを読取／書込ヘッドと統合するための全体処理である。モノリシック集積は絶対的に必要である。ヘッドとアクチュエータの相対位置はヘッドの飛行高さ（約１０ナノメートル）と同程度に制御しなければならないからである。しかし、今日の読取／書込ヘッドが形成されるＡｌＴｉＣサブストレートは、ドライエッチング又はウエットエッチングのいずれかによる微細加工が極めて難しい物質である。
【００１０】
そこで、読取／書込ヘッド工程がシリコンベースに変わると考えられ、ＳＯＩを用いた技術が提案されている。この技術は図９に示す構造を有している。そして、この構造は、図１０に示す工程により製造される。
【００１１】
すなわち、まず、ＳＯＩウエハを用意し、その表面に磁気ヘッド素子を形成する。次いで、隣接する磁気ヘッド素子列につき列バーを切り出す。
【００１２】
次ぎに切りだし面側から加工を行う。
【００１３】
まず、ディスクの潤滑剤からの汚染を防止するためのガータを下面側に形成する。次ぎにＲＩＥによりアクチュエータ素子の形成を行う。その後、チッピングを行い各素子単位に分離する。
【００１４】
しかし、この技術では、ヘッド素子形成後に、アクチュエータ素子形成を行っている。そのため、磁気ヘッド素子は高温に磁気ヘッドの損傷を招くおそれがある。
【００１５】
また、アクチュエータ素子の形成は、切りだした列バー毎に行わざるを得ず、大量生産に不向きである。
【００１６】
さらに、図９に示した磁気ヘッドは、磁気ヘッド素子が形成されている面が面一ではなく、フラットスプリング面の脇が段差となっており、そこに空間が形成されている。この空間にゴミが巻き込まれることががある。記録媒体に電圧を印加した場合、このゴミに起因してアクチュエータあるいは記録媒体が損傷することがある。また、磁気ヘッドの浮上高さの制御が困難となることがある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、磁気ヘッド素子が高温に晒すことなくアクチュエータ素子の形成が可能であり、信頼性の高い平行平板型静電アクチュエータを製造することが可能な平行平板型静電アクチュエータの製造方法を提供すること目的とする。
【００１８】
本発明は、大量生産に好適な平行平板型静電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明は、アクチュエーターあるいは記録媒体の損傷を招くことが平行平板型静電アクチュエータを提供することを目的とする。
【００２０】
本発明は、ゴミの巻き込みがない平行平板型静電アクチュエータを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
発明は、ＳＯＩウエハ上に、ピギイバックアクチュエータ素子を複数形成する工程、
記ウエハのアクチュエータ素子面に、読取／書込ヘッド素子を形成する工程、
当該素子カラムのシリコンバーを前記ウエハから切り取る切取工程、
読取／書込ヘッド素子が形成されている表面を研磨して、空気ベアリングレールを形成する工程、
を含むことを特徴とする平行平板型静電アクチュエータの製造方法である。
【００２２】
前記ＳＯＩ（Silicon  on  insulator）における絶縁膜は任意の絶縁膜でよい。ＳＯＩとしては、製造の容易さの点からＢＯＸ（埋め込み酸化膜型）が好ましい。
【００２３】
アクチュエータ素子の形成は、ＤＲＩＥ（deep  reactive  ion  etching）により行うことが好ましい。ＤＲＩＥを用いることにより５０μｍ程度の深さのトレンチの形成をも精度よく行うことができる。そのため、厚いウエハを使用することが可能となり、ウエハ取り扱い中でのウエハの割れ、損傷を防止することが可能となる。
【００２４】
アクチュエータ素子における可動部のサスペンション部の両側部にダミー部を残してエッチングを行うことが好ましい。仮にダミー部を残さずエッチングを行うと、サスペンション部の両側部には電極間ギャップ間隔より広い間隔でトレンチが形成される。エッチングによりこの広い間隔のトレンチ形成しよとすると、トレンチは深くなるにつれ幅広になってしまう。すなわち、電極はその先端が先細りしてしまう。かかる電極に電圧を印加すると細い部分で電極破壊を招くことがある。また、アクチュエータの動作不良の原因となってしまう。
【００２５】
ダミー部（図４）を設けることにより深さ方向のエッチングも均一幅で行うことができる。すなわち、均一幅のトレンチを形成でき、電極の先細りを防止できる。また、このダミー部は静電作動におけるストッパとしての作用も果たす。
【００２６】
なお、かかるダミー部の形成は、ダミー部となる部分の上面にマスクを形成してエッチングを行えばよい。
【００２７】
前記切取工程はダイシングにより行うことが好ましいが、切取工程中において発生する粉塵などによる磁気ヘッド素子、アクチュエータ素子の汚染を防止するためにヘッド素子とアクチュエータ表面面に保護層を設けておくことが好ましい。保護層は非導電性物質により形成することが好ましい。また、フィルムの貼付け、スピンコートによる塗布などにより形成すればよい。また、レジストを保護層としてもよい。
【００２８】
この保護層は、アクチュエータ構造体を解放した後に除去すればよい。レジストの場合はアッシングなどにより行えばよい。
【００２９】
切取は、隣接する一列の素子を一体としたカラム（列バー）ごとに行うことが好ましい。かかるカラムごとに行うことにより切りだし後の工程（例えば読取／書込ヘッドの研磨）を列バー単位で行うことができる。
【００３０】
本発明は、上記平行平板型静電アクチュエータの製造方法により製造したことを特徴とする平行平板型静電アクチュエータである。
【００３１】
本発明は、上記製造方法により製造されたことを特徴とする平行平板型静電アクチュエータである。
【００３２】
この平行平板型静電アクチュエータは、記録／再生ヘッド素子が形成されている面が全体にわたり面一である、ゴミを巻き込む空間が存在しない。そのため、アクチュエーターあるいは記録媒体の損傷を招くことがない。
【００３３】
本発明は、上記平行平板型アクチュエータを、記録再生素子とスライダ本体との間に、記録再生素子が記録再生素子の幅方向に動作可能なように配置したことを特徴とするヘッドスライダである。
【００３４】
本発明は、上記ヘッドスライダを用い、ヘッドスライダに搭載された記録再生素子が記録再生素子の幅方向に微動可能であることを特徴とするヘッド組立体である。
【００３５】
本発明は、上記ヘッド組立体を用い、ヘッドスライダに搭載された記録再生素子が記録再生素子の幅方向に微動可能であることを特徴とする磁気ディスク装置である。
【００３６】
【実施例】
まず、本例では、以下の設計に基づき製造を行った。
【００３７】
スライダの寸法は面積が約２ｍｍ×３ｍｍで、高さは０．７ｍｍ以下である。この寸法は２．０μｍギャップの電極数から定めた。電極ギャップの小さい強力なアクチュエータを使用すると、サイズはさらに小さくなる。アクチュエータの可動部分は、読取／書込ヘッドと同じ質量を有するよう設計した。各可動部分は、双方向運動のため２つの対向電極を有する。これらの電極寸法は同一で、幅５０ミクロン、長さ５００ミクロン、高さはＳＯＩ厚さに等しい５０ミクロンである。電極はすべて意図的に、印加電圧の下で変形、損傷を招くことのないように十分な厚さに設計した。
【００３８】
図８に、ＭＥＭＳアクチュエータに読取／書込ヘッドを集積する工程の概観を示す。第１ステップ（１）において、ＤＲＩＥを用いてＳＯＩウエハ上にＭＥＭＳピギイバックアクチュエータを形成する。続くステップ（２）では、ウエハの上面に読取／書込ヘッドを形成する。ヘッド素子とアクチュエータを適切な物質で保護した後、ステップ（３）において、ダイシングソーを用いて、当該素子カラムのシリコンバーをサブストレートから切り取った。
【００３９】
読取／書込ヘッドの表面を研磨して、空気ベアリングレールを形成する。最後にステップ（４）において、犠牲層を除去してアクチュエータ構造体を解放し、ヘッド素子上の保護層を除去する。各素子（アクチュエータ構造体）を列バーから切り取って最終組立の準備をする。
【００４０】
以下この工程をより詳細に説明する。
【００４１】
ＳＯＩウエハ上に読み取り／記録ヘッド素子を形成後に行うアクチュエータ素子形成の工程順を図２に示す。
【００４２】
図２（１）に示すように本例では、厚さ５０ミクロンのBOX型ＳＯＩウエハを使用した。これは、フォトレジストマスク（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｍｉｃｒｏｐｓｉｔ  １８１８）を用いる２〜３ミクロンのトレンチ−エッチングを実行することの出来る最大厚さに近い。静電ギャップの自然引き込みを避けるため、これらの開口部は少なくとも最大変位の３倍は大きく、つまり２．０ミクロン間隔で設定した。なお、アクチュエータの電気機械的特性は、その高さ（ＳＯＩ厚さ）に無関係である。
【００４３】
アクチュエータに必要な変位は僅か０．５ミクロンだが、駆動電圧は電気制御の安全のため電圧は約３０Ｖ以下であることを要求される。したがって、アクチュエータの電極についてはアスペクト比が大きく静電ギャップの狭いものを使用した。これら大アスペクト比構造体のための形成方法としては、例えばシリコンの異方性（１１０）ウエットエッチング、ＬＩＧＡプロセス、ＳＣＲＥＡＭプロセス、ＨｅｘＳｉｌプロセス及びその誘導法などがあげられる。ただ、プロセスの簡単さを考慮して、本例では、DＲＩＥプロセスを使用した。
【００４４】
背側には、厚さ１００ｎｍのアルミ層を真空蒸着した。ステップ（２）で４５分以内に前側をＤＲＩＥ（Ｐｌａｓｍａ−Ｔｅｒｍ  ＩＣＰ−ＲＩＥ）でエッチングし、二重面マスクアライナを用いてアルミ層にパターンを作った。アルミパターンは、次の背側ディープＲＩＥ用のエッチングマスクとして使用した。シリコンに対するアルミのエッチング選択比は殆ど無限であり、３．５時間にわたる５２５ミクロンシリコンサブストレートのエッチング全体を通じてアルミは残存した。
【００４５】
エッチングは、厚さ１μｍの埋込酸化物のところで停止した。この第２ＤＲＩＥの間、前面はフォトレジストで保護した。このレジストは酸素プラズマ灰化により、DRIE終了後に除去した。
【００４６】
次いでウエハを濃フッ酸に浸して犠牲層（埋め込みＳｉＯ２層）を除去し、可動部をウエハから解放した。なお、背面のアルミマスクも同時に除去した。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、アクチュエータダイス（アクチュエータ構造体）をシリコンサブストレート枠から切り離し単体とした。切り離す方法は任意の方法を用いればよい。例えば、従来例で説明したＢＨＦによるエッチングを行えばよい。
【００４８】
ＳＯＩウエハを切り取った後チップの側壁上に飛行スライダの空気ベアリングを形成した。チップ上の読取／書込ヘッドへの電気接続は、アクチュエータのサスペンション上の金属パターンにより行った。コンタクトパッドへの最後の電気接合は、図には示さない在来の配線技術を用いておこなう。高価なＡｌＴｉＣサブストレートを節約するため、事実上、ヘッド試験工程のほとんどをシリコンサブストレート上でおこなうので、ヘッドエレメントは劣化しないと期待される。
【００４９】
用いられたチップサイズは面積２ｍｍ×３ｍｍ、厚さ０．６ｍｍであった。この工程において、アクチュエータ電極の下のシリコンサブストレートは、ＤＲＩＥにより部分的に除去され、５０ミクロンＳＯＩのトレンチエッチングの完了を目で確かめられる。結果として、図３（ｂ）のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像に示したように、アクチュエータ構造体はサブストレートから外側に伸びる。サスペンション及び読取／書込ヘッドを模擬する負荷質量はＳＯＩ単片から作り、作業のため電気的に接地した。双方向駆動電極一組のパターンを単片に描き、駆動電圧を接合電線又はマイクロプローブ経由で加えることが出来るようにした。幾何学的形状の制約のため、他の電極は互いに隔離したので、図１（ｂ）に示すように、電気相互接続のため個々に接触場所に電線結合しなければならない。
【００５０】
図４に静電アクチュエータとサスペンションの拡大ＳＥＭ画像を示す。全部で１１対のうち３対の電極を示す。電極ギャップは幅２．０ミクロンで、他のギャップはすべて１０ミクロンに設計した。固定と可動の両電極は幅５０ミクロン、長さ５００ミクロン、高さ５０ミクロンである。サスペンションは、幅１８ミクロン、長さ５００ミクロンである。サスペンションの横に２つの片持ち梁がある。これらはＤＲＩＥ中にサスペンションの横が過剰にエッチされるのを防ぐダミーとしての保護構造体である。これらはまた、静電作動における機械的ストッパとしても働く設計となっている。
【００５１】
（機械的性能）
アクチュエータの機械的特性は、横方向運動変位を感知することの出来るレーザードップラ速度（ＬＤＶ、ニコン科学ＭＬＤ―１０３）ベンチで試験した（図５）。ＦＥＴアナライザ（ヒューレット−パッカード３５６７０Ａ）又は関数発生器からの出力信号を、自家製電圧増幅器で増幅して、顕微鏡対物レンズの下に置いたアクチュエータに駆動電圧を与えた。ＬＤＶのプローブレーザー光の焦点を、負荷質量上数ミクロンの点に結ばせた。駆動電圧とＬＤＶ出力を観測することにより、周波数応答をＦＥＴモニタ上に、ｄｃ移動曲線をオッシロスコープ上に得ることが出来る。
【００５２】
図６は、このオッシロスコープモニタの写真で、ピギイバックアクチュエータのｄｃ移動曲線を示す。測定は、２０Ｈｚの三角波を用いておこなった。典型的な引き込みが６３Ｖで観測された。電極ギャップは２．０ミクロンになるよう設計したが、ＳＥＭ観測とこのＬＤＶ測定は、ＤＲＩＥの側面食刻のため、ギャップが約３ミクロンになるよう作られたことを示した。同じようなアクチュエータのオープンループ制御下周波数応答を、図７に示す。ｄｃバイアス電圧２５Ｖを有するａｃ正弦波１０Ｖｐ−ｐを加えた。基本共振は１６ｋＨｚに見出された。１０ｋＨｚ以下の範囲でのノイズは、アクチュエータのストロークが小さいためＬＤＶ装置から来る。利得図のＹ−軸は、ＬＤＶ（〜ｍＶ）からの電圧出力を駆動電圧（〜３０Ｖ）と比較しているので、単位は勝手であると解釈すべきである。
【００５３】
組み立て後のヘッドはアクチュエータにより図１（ｂ）の矢印に沿って動かされる。このアクチュエータの性能は、駆動電圧３０Ｖで変位±０．５ミクロン、共振周波数２０ｋＨｚ以上である。
【００５４】
ここに本発明における工程及び素子は、以前に報告されたものに比べ極めて簡単で直截的である。これは、ウエハボンディング又は異なる物質の素子レベルでの組立を使用しない。ＭＥＭＳ素子とヘッドエレメントがシリコンチップの同一面上に形成されるので、単純モノシリック集積が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
磁気ヘッド素子が高温に晒すことなくアクチュエータ素子の形成が可能であり、信頼性の高い平行平板型静電アクチュエータを製造することが可能な平行平板型静電アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【００５６】
アクチュエーターあるいは記録媒体の損傷を招くことが平行平板型静電アクチュエータを提供することができる。
【００５７】
ゴミの巻き込みがない平行平板型静電アクチュエータを提供することができる。
【００５８】
本発明は、大量生産に好適な平行平板型静電アクチュエータの製造方法を提供することができる。。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨＤＤヘッド位置決め用第３世代ＭＥＭＳピギイバックアクチュエータ。（ａ）ピギイバックアクチュエータの位置、（ｂ）ピギイバック機構の構造図。
【図２】ＳＯＩ上へのＭＥＭＳピギイバックアクチュエータの加工工程図。
【図３】（ａ）シリコン枠から切り取った後の、加工済ピギイバックアクチュエータ（２ｍｍ×３ｍｍ×６ｍｍ）。（ｂ）チップのＳＥＭ画像。
【図４】アクチュエータ電極とサスペンションの拡大ＳＥＭ画像。
【図５】レーザードップラ速度測定用器具のダイアグラム
【図６】印加電圧（２．０ミクロンギャップアクチュエータ）の関数としての電気機械的変位を示すグラフ。
【図７】２．０ミクロンギャップアクチュエータの周波数応答（位相と利得）を示すグラフ。
【図８】磁気読取／書込ヘッドとＭＥＭＳアクチュエータとの全集積に関する加工工程図。
【図９】従来例に係るアクチュエータの斜視図。
【図１０】図９のアクチュエータの製造工程図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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