专利名称：盘片驱动器系统的变换器级微型执行机构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及盘片驱动器微型执行机构，更具体地说，本发明涉及用于选择地相对可旋转盘片的圆周数据轨道径向地移动浮动块的变换器部分的高分辨率的定位机构。
背景技术：
磁盘上的同心数据轨道的密度不断地增加(也就是说，数据轨道的尺寸和数据轨道之间的径向间隔都在减小)，从而需要更加精确地径向定位头部。传统上，通过用诸如音圈电动机之类的大型的执行机构电动机来操作执行机构臂以将头部定位在执行机构臂端部处的弯曲件上来完成头部的定位。大型的电动机没有足够的分辨率和带宽，以致不能有效地兼容高轨道密度的盘片。因此，需要高分辨率的头部定位机构来兼容更加紧密地间隔的轨道。另一个难题是，为了有效进行数据的写入和读取且不会由于磨损而影响头部至盘片界面的可靠性，必须减小变换头在磁盘表面上方的飞起高度，所以磁盘的轨道密度就要增加。当飞起高度变低时，将飞起高度精确地保持在一想要的值就变得更加关键。略微的减小就可能致使头部和盘片之间发生接触，这可能会导致灾难性的故障，而在写入或读取过程中，略微的增加就可能会导致在与磁盘变换数据时发生错误。
用于进行高分辨率头部定位的一种折衷的方法包括除了传统的低分辨率的执行机构电动机之外再采用一高分辨率的微型执行机构，从而通过两阶段的驱动来进行头部定位。已经想到各种微型执行机构的设计方案来完成高分辨率的头部定位。人们已提出了各种微型执行机构的位置，例如包括在浮动块上、在万向接头上、在万向接头与浮动块的界面处以及在执行机构臂上。不过，以前的设计分案存在一些缺点，这些缺点限制了微型执行机构的效用，如明显的性能限制或制造复杂性，它们使微型执行机构的这些设计方案不实用。有效的微型执行机构设计方案必须提供在定位头部过程中的高加速度，且同时也产生足够大和精确的位移，以精确地移动头部横跨过盘片上的若干数据轨道。
变换器级微型执行机构允许用于高TPI数据存储的精确离轨定位和主动飞起高度控制。通常，变换器级微型执行机构包括一主要的浮动块本体和包含该变换器的一可动转子。转子通过弹性弯曲件连接至浮动块本体。使用一种诸如静电电极或电磁线圈之类的驱动方法来提供离轨和/或飞起高度驱动(或转子预加载力)。以前所揭示的变换器级微型执行机构的制造方法十分依赖于转子与浮动块本体之间的深活性离子蚀刻(DRIE)和大高宽比的弹性弯曲件。一般来说，浮动块本体用硅构成，并从浮动块本体中蚀刻出弹性弯曲件，以形成大高宽比的硅制弹性弯曲件。不过，因为硅不是标准的材料，且不如标准的氧化铝合碳化钛(Al2O3TiC)浮动块那么为人们所接受，也不如它那么坚固，所以使用硅基底并不理想。此外，在浮动块本体的使用中或者如果硬盘驱动器掉落时，硅浮动块本体产生碎屑、开裂、断裂和/或发生其它损坏的可能性增大。在本技术领域中需要一种变换器级微型执行机构，这种微型执行机构可用标准的Al2O3TiC或其它基于碳的基底材料制成，更为坚固，不易在使用中断裂，且易于制造。
发明内容
本发明涉及一种浮动块。该浮动块包括具有一前缘和一后缘的一浮动块本体、与浮动块本体的后缘间隔开并包括至少一个变换器元件的一变换器本体以及从浮动块本体的后缘延伸的一弯曲件本体。弯曲件本体包括连接至浮动块本体的一第一定位点和连接至变换器本体的一第二定位点。在浮动块本体的后缘上沉积一底涂层，并且该底涂层基本上包围弯曲件本体，并通过一第一间隙与弯曲件本体分开。在底涂层上形成一第一驱动装置，并在变换器本体上与浮动块本体相邻处形成一第二驱动装置。
图1是用于在盘片的轨道之上定位浮动块的一现有技术的盘片驱动器的驱动系统的立体图。
图2是一盘片驱动器的一部分的分解立体图，该图示出了采用根据本发明的一微型执行机构的一浮动块组件。
图3是根据本发明的浮动块组件的仰视图。
图4A是根据本发明的浮动块组件的后缘部分的分解立体图。
图4B和4C是浮动块组件的一可选实施例的一后缘部分的分解立体图。
图5是根据本发明的浮动块组件的后缘部分的一部分的立体图。
图6-17是示出用于制造根据图4A和5中所示的实施例的浮动块组件的工艺过程的图。
图18是示出用于制造根据图4A和5中所示的本发明实施例的浮动块组件的另一个工艺过程的图。
图19-21是示出用于制造根据图4A和5中所示的本发明实施例的浮动块组件的弹性弯曲件的工艺过程的图。
图22是根据本发明另一实施例的一浮动块组件的一后缘部分的分解立体图。
图23是图22的浮动块组件的浮动块本体后缘部分的一部分的立体图。
图24-36是示出用于制造图22和23中所示的实施例的浮动块组件的工艺过程的图。
图37是根据本发明另一实施例的一浮动块组件的一后缘部分的分解立体图。
图38-43是示出用于制造根据图37所示的本发明实施例的浮动块组件的工艺过程的图。
具体实施例方式
图1是一现有技术的盘片驱动器的驱动系统10的立体图。驱动系统10包括一音圈电动机(VCM)12，该VCM12布置成在一主轴上绕一轴线16旋转一执行机构臂14。一头部悬架18在一头部安装块20处连接至执行机构臂16。一弯曲件22连接至头部悬架18的一端，并装载一浮动块24。浮动块24装载用于在一盘片26上读取和/或写入数据的一变换头(如图2所示)，所述盘片26绕一轴线28旋转，并包括其上写有数据的同心轨道30。当盘片26旋转时，浮动块24遇到空气阻力，以使其在盘片26的表面上方抬起一小段距离。
VCM12有选择地工作，以使执行机构臂14绕轴线16运动，从而在盘片26的轨道30之间移动浮动块24。不过，对于具有高轨道密度的盘片驱动器系统而言，VCM12缺乏足够的分辨率和频率响应，以致不能在盘片26的一所选的轨道之上精确地定位浮动块24上的一变换头。因此，需要更高分辨率的驱动装置。
图2是盘片驱动器的驱动系统10的一部分的分解立体图，该盘片驱动器的驱动系统10包括根据本发明的一浮动块组件32。弯曲件22附接在头部悬架18上，并且浮动块组件32附接至弯曲件22，以使浮动块32被带到盘片26的表面上方(图1)。浮动块组件32包括一浮动块本体(或定子部分)34和可动地附接至浮动块本体34的一变换器本体(或转子部分)36。浮动块本体34有一前缘38和一后缘40，变换器本体36在后缘40处可动地附接至浮动块本体34。浮动块组件32的变换器本体36装载变换头42，以与盘片26转换数据。
在盘片驱动器的工作过程中，在由VCM12(图1)执行粗定位以移动执行机构臂14(图1)时，头部悬架18和装载浮动块组件32的弯曲件22都一起移动。为了实现变换头42的精细定位，浮动块组件32所采用的一微型执行机构(在图2中没有示出)进行工作，以相对浮动块组件32的浮动块本体34或一定子部分移置浮动块组件32的变换器本体36或一转子部分。结果，就高分辨率地移置变换头42，以在盘片26的一所选的轨道之上精确地定位。
图3是浮动块组件32的仰视图，该浮动块组件32包括一空气承载表面44、转子部分36(为了清楚起见，没有示出变换头42)以及定子部分34。弯曲件本体46将定子部分34连接至浮动块组件32的转子部分36。一微型执行机构(包括图4A和5中所示的静电电极)被驱动，以相对定子部分34移动浮动块组件32的转子部分36。转子部分36如箭头48所示地平行于盘片26移动以及如箭头50所示地垂直于盘片26移动。相对浮动块本体34移置浮动块组件32的变换器本体32相对盘片26精细地定位变换头38，并控制变换头42的飞起高度。
图4A是根据本发明的浮动块组件32的分解立体图，图5是浮动块组件32的后缘部分40的立体图。浮动块本体34包括弯曲件本体46和形成在后缘40上的结合垫52。浮动块本体34是包括氧化铝合碳化钛(Al2O3TiC)或类似材料的一标准浮动块晶片。在图4所示的实施例中，弯曲件本体46包括四个弹性弯曲件54a、54b、54c和54d，它们大体呈圆柱形，并形成柔性的柱子。另外的实施例可包括更少或更多的弹性弯曲件。弹性弯曲件54a-54d和结合垫52例如通过电镀来形成在浮动块本体34的后缘40上。弹性弯曲件54a-54d和结合垫52用耐腐蚀且机械性能方面坚固和强度高的金属制成。弹性弯曲件54a-54d和结合垫52可以用相同的金属或者不同的金属制成。
在浮动块组件32的制造过程中，一牺牲侧壁56包围弹性弯曲件54a-54d，该侧壁在变换器本体36形成之后较晚地进行蚀刻。浮动块组件32还包括沉积在浮动块本体34的后缘40上、以包围弹性弯曲件54a-54d的牺牲侧壁56和结合垫52的一绝缘底涂层58。底涂层58包括提供至弹性弯曲件54a-54d的接触路径的开孔60。各弹性弯曲件的一第一端62或第一定位点连接至浮动块本体34。各弹性弯曲件的一第二端64或第二定位点连接至变换器本体36。在制作变换器本体36之后，去除牺牲侧壁56，以在弹性弯曲件54a-54d与绝缘底涂层58之间的形成一间隙，藉此为弹性弯曲件54a-54d移动和移置变换器本体36提供了自由度。
利用沉积工艺在底涂层58上形成定子电极66。转子部分36通过弹性弯曲件54a-54d连接至定子部分34。浮动块组件32的转子部分36包括转子电极68，利用沉积工艺形成该转子电极。例如，可以使用美国专利申请序列号第10/286,652号中所揭示的制作方法来形成形成微型执行机构的定子和转子电极，所述美国专利申请的题目为“包括变换器级微定位的、用于数据存储装置的浮动块及其制作方法(Slider for a Data Storage Device includingTransducer Level Micro-Positioning and Method of Fabrication Thereof)”，该申请已转让给Seagate Technology LLC，于此援引该申请，以供参考。转子部分36还包括沉积在转子电极68上的一绝缘层70。转子电极68与定子电极66相互交叉。定子电极66与转子电极68形成一静电微型执行机构。驱动微型执行机构可相对定子部分34移动转子部分36，以相对盘片26(图1)定位变换头42(图2)，并控制变换头42的飞起高度。
尽管在图4A和5中没有示出，结合垫52至变换头42形成有电气连接。来自结合垫52的电气连接是通过导电连接至定子电极66的通道来形成的。形成在转子电极68中的跨线将定子电极66连接至转子电极。除了在定位点处外，与定子34和转子36机械地分隔开的顺从的金属梁提供至转子电极68和变换头42的电气连接。
图4B和4C是浮动块组件32的一可选实施例的后缘部分40的分解立体图。浮动块组件32包括一电磁微型执行机构。图4B示出在定子部分34上带有一沉积的线圈结构67并在转子部分36上带有一永久磁体薄膜69的一电磁微型执行机构；图4C示出了在转子部分36上带有沉积的线圈结构67并在定子部分34上带有一永久磁体薄膜69的一电磁微型执行机构。
图6-17示出用于制作浮动块组件32、特别是图4A和5中所示的浮动块组件的示范性实施例的一变换器级微型执行机构的工艺流程的图。图6-11和14-17示出了图4A沿着线A-A的横截面，而图12和13则示出了图4A的浮动块组件沿着线B-B截取的横截面。图6-17中所示的图是简化的，以清楚地示出用于形成浮动块组件32的总体工艺流程，因此，没有示出浮动块组件32的一些结构特征，以更加清楚地图示本发明。在描述工艺流程时，将具体地说明图4A和5中所示的实施例的不同之处。尽管图6-17的图示出了单个浮动块组件的形成，但那些熟悉本技术领域的人们将会理解，制作较佳的是在各个浮动块组件分开之前在晶片级处进行，以提高效率。
如图6所示，一浮动块晶片80形成一浮动块本体34的基部。在浮动块晶片80的顶表面84上沉积一籽晶层82。浮动块晶片80由诸如Al2O3TiC或类似材料之类的标准的晶片材料构成，不过，在另外的诸实施例中，晶片可以由其它的材料构成，只要这样的材料允许利用牺牲间隙层来通过附加的电镀方法来形成弯曲件本体46即可。籽晶层82大体为耐腐蚀、在机械性能方面坚固且强度高的金属。在本发明另外的诸实施例中，可以使用附加的粘结材料或步骤，以促进浮动块本体34与弹性弯曲件54a-54d之间的粘结。例如，在顶表面84之上沉积一粘结层，并在粘结层的顶部上沉积籽晶层。在另一例子中，在顶表面84上沉积一两种颗粒的材料，并进行材料的有选择的蚀刻，以在浮动块本体34与弹性弯曲件54a-54d之间产生一粗糙多孔的粘结界面。
在图7中，在籽晶层82上形成用于弹性弯曲件54a-54d的一电镀模(platingmold)86的图案。一般来说，电镀模46由光致抗蚀剂构成。电镀模84形成具有弹性弯曲件54a-54d的形状特征的凹腔88。如果要用同一金属籽晶层电镀出弹性弯曲件和结合垫，则电镀模86也可以形成用于结合垫52的图案。不过，在图6-17所示的制作工艺中，结合垫52是用与弹性弯曲件54a-54d不同的材料、在该工艺的一不同的部分(如图12和13所示)电镀出的。在制作中的这个时候，如果结合垫和弹性弯曲件要用相同的材料构成，则电镀模86可包括界定结合垫52的形状特征的凹腔。
在图8中，在电镀模86的凹腔88内电镀出籽晶层82，以形成大高宽比的弹性弯曲件54a和54b。如图4A和5所示并在本制作过程中所述的弹性弯曲件54a和54b呈圆柱形状，以形成一柔性柱。
在图9中，从浮动块晶片80和籽晶层82上去除了电镀模86，并从浮动块晶片80的顶表面84上去除了籽晶层82。利用化学原理从浮动块晶片80的表面揭掉电镀模86，并从浮动块晶片80的顶表面84离子研磨、喷吹或蚀刻掉剩余的薄金属籽晶层82。在去除了电镀模86和籽晶层82之后，可通过活性离子蚀刻(RIE)、离子研磨或湿蚀刻中任一种方法有选择性地减小弹性弯曲件54a-54d的直径。
本实施例的弹性弯曲件54a-54d是厚的、高的垂直柱。这些柱在平行于盘片表面的方向和垂直于盘片表面的方向上可以弯曲，以使变换器本体36能移动，以定位变换头42并调整变换头42的飞起高度。弹性弯曲件54a-54d沿着柱的纵向轴线是刚性的。各弹性弯曲件的第一端62连接至浮动块晶片80。
图10中，在浮动块晶片80上沉积一牺牲材料90，以完全包围弹性弯曲件54a-54d并与之相一致。沉积牺牲材料90的一种方法是通过诸如PECVD之类的溅射沉积。牺牲材料90的厚度约为2微米。牺牲材料90的例子包括硅、二氧化硅、锗(或富含锗的硅锗)或类似的材料。如可从图10中所见，牺牲材料90围绕各弹性弯曲件的第二端64成一角度而沉积。在制作工艺中后来将去除牺牲材料90，以在弹性弯曲件54a-54d与相邻的底涂层58之间形成一间隔或间隙。这样的一个间隔允许弹性弯曲件54a-54d移动，以定位浮动块组件32的转子部分36。
在图11中，例如通过垂直于晶片表面84的一定向的离子研磨来去除沉积在浮动块晶片80和弹性弯曲件54a-54d的水平表面(亦即顶表面84和第二端64)上的牺牲材料90。箭头92示出了离子研磨的定向移动。离子研磨不从弹性弯曲件的垂直表面上去除牺牲材料。因此，仅剩余的牺牲材料90在弹性弯曲件54a和54b的侧面94或垂直表面上。牺牲材料90与弹性弯曲件54a和54b的侧面94相一致，并围绕弹性件形成牺牲侧壁56、或牺牲材料90的一护套。各弹性弯曲件的第二端64或顶表面是外露的，以提供与浮动块组件32的转子部分36之间的连接。
图12和13是示出结合垫52a、特别是用与弹性弯曲件不同的材料构成而结合垫的制作的图。由与弹性弯曲件54a-54d相同的材料构成的结合垫52将与弹性弯曲件同时电镀。例如，用于弹性弯曲件的电镀模图案也将形成一用于结合垫的模。
在图12中，在晶片表面84上沉积一籽晶层96，并在其上沉积一电镀模98。电镀模98包括界定结合垫52a的形状特征的凹腔100。籽晶层96由光致抗蚀剂构成。在电镀模98的凹腔100内电镀出籽晶层96，以形成结合垫52。在图13中，例如通过剥离电镀模来从晶片表面84去除结合垫电镀模98，并例如通过从浮动块晶片80研磨或蚀刻掉籽晶层来从晶片表面84去除剩余的籽晶层材料96。
在本发明另的一种实施例中，围绕结合垫52沉积一牺牲层，以在浮动块晶片80分开或切块以在形成单独的浮动块组件32的过程中保护结合垫。在切块过程中，围绕牺牲保护层的进行切割，蚀刻掉所述牺牲保护层以露出结合垫52。或者，局部地蚀刻用于结合垫52的牺牲保护层，以露出结合垫，但不露出弯曲件本体。
在图14中，在包括粗糙部分的晶片表面84上沉积一底涂层材料102，以包围弹性弯曲件54a和54b的牺牲侧壁56和结合垫52(未示出)。底涂层102溢过弹性弯曲件54a和54b的高度，以填充在浮动块晶片80中。底涂层102由氧化铝或类似的材料构成。
在图15中，将底涂层102弄平以形成光滑的表面104，用以在底涂层102的顶部上形成微型执行机构的电极和变换器本体36。弄平的表面104使晶片的表面起伏光滑，以形成定子电极66和变换器本体36。底涂层36向下弄平至弹性弯曲件54a-54d和结合垫52的顶表面64。弹性弯曲件54a-54d和结合垫52的露出的顶表面64提供至变换器本体36的连接点或电气互连。在本发明的另一些实施例中，使用附加的粘结材料或工艺来促进弹性弯曲件54a-54d与转子部分36的粘结。弹性弯曲件54a-54d的直径约为5微米，高度在约5微米至约55微米的范围内，在本实施例中最佳地为约50微米。
图16示出了在弄平的晶片表面104上所形成的浮动块组件32的定子电极66、转子电极68以及变换器本体36。使用包括转子空气轴承和顶部结合垫外露的一标准的浮动块建造工艺。例如，在美国专利申请序列号第10/286,652号中揭示了一种制作微型执行机构(亦即定子和转子电极66和68)以及转子部分36的方法，尽管如此，也可以使用本技术领域中通常所知的其它制作方法。在弄平的表面104上形成定子电极66的图案。在定子电极66和底涂层102上沉积一与牺牲侧壁56相同材料、并较佳的是硅的牺牲层106。蚀刻通道108a和108b而穿透牺牲层106至弹性弯曲件54a和54b的顶表面64，以提供弹性弯曲件与变换器本体36之间的互连。尽管在图6中没有示出，从跨线上来沉积电气接线柱，以提供至变换头42的电缆连接。在牺牲层106和转子电极68上沉积一第二底涂层110，以形成变换器本体36。将底涂层110弄平。通过标准的晶片形成工艺在变换器本体36中制作出变换头42，并沉积附加的材料以形成变换器本体36。
在图17中，例如通过蚀刻从浮动块组件32去除牺牲材料90和牺牲层106。所用的蚀刻类型取决于牺牲材料。硅作为牺牲材料就使用XeF2气体蚀刻，二氧化硅则使用HF蒸气或液体蚀刻，以及锗(或富含锗的SiGe)则使用H2O2蚀刻。去除牺牲材料90和牺牲层106而在浮动块组件32内形成间隔，并露出结合垫52。底涂层58与弹性弯曲件54a和54b之间的间隙112可提供弹性弯曲件运动的机械自由度。由于去除牺牲层106而形成的间隙114可产生定子和转子电极66和68之间的相互交叉。然后将浮动块晶片80分开成单独的浮动块组件32。
图18是示出用于建造根据图4A和5中所示的实施例的弹性弯曲件的一可选工艺流程的图。在浮动块晶片80的顶表面84上沉积一籽晶层120，并在籽晶层120的顶上沉积一绝缘薄膜122。绝缘薄膜122形成一定图案，以形成至籽晶层120的凹腔124，并提供用于弹性弯曲件54的一电镀模126。在绝缘层122上沉积一牺牲层128，并且该牺牲层形成一定的图案，以界定至籽晶层120的凹腔124，并进一步形成电镀模126。例如通过旋压成形在牺牲层128上沉积诸如SU-8之类的一可光致图像的环氧树脂130。可光致图像的环氧树脂130形成一定的图案，以进一步界定至籽晶层120的凹腔124以及进一步形成电镀模126。此外，蚀刻通道132在环氧树脂130中形成一定的图案，以形成至绝缘层122的一开口。在环氧树脂130形成图案之后固化它。浮动块晶片80电镀成籽晶层120在凹腔124内电镀和生长，以形成电镀模126内的弹性弯曲件54。通过溶解牺牲层128来去除环氧树脂130。通过蚀刻通道132来对牺牲层128施加溶剂。一旦去除了电镀模126，绝缘层122和籽晶层120就蚀刻掉了，但保留下浮动块晶片80和弹性弯曲件54。
参照图18所述的方法用于制作大高宽比的弹性弯曲件，这种弹性弯曲件的高度较佳的是在约35微米至约55微米的范围内。该方法允许使用和去除环氧树脂电镀模126，而不会损坏金属籽晶层120，环氧树脂130提供一种成本低廉的、用于获得大高宽比模126的工艺。SU-8是在环氧树脂材料上的一种旋压成形材料，它可以很大的高宽比进行光成图案，不过，SU-8无法使用传统的措施来去除。因此，使用绝缘层122和牺牲层128来去除SU-8，且不会对浮动块晶片80上的金属籽晶层120造成伤害。绝缘层122允许适用导电的牺牲层，而不用电镀的籽晶层堵住蚀刻通道132。最后，蚀刻通道132使卸下环氧树脂130的牺牲层128能被快速地去除。
图19是一弯曲件本体133的另一种实施例的图。弯曲件本体133是一圆柱形的结构，包括一基底部分134和一本体部分136。基底部分134的直径比本体136宽，以提供更大的附接面积和较宽的定位点，从而更好地粘结至浮动块晶片80。在具有较宽定位点的弯曲件本体133的另一种实施例中，弯曲件本体133具有不同的形状，或者是侧向的(例如下面将参照图22-43所述的)。
可以使用两种不同的方法来形成图19中所示的弹性弯曲件，一种两抗蚀剂方法和一种电子束固化方法。两抗蚀剂方法使用两种具有不同溶解速率的抗蚀剂来形成弯曲件本体133的一电镀模。电子束固化方法使用控制下的电子束固化来固化一电镀模的顶部、而不是电镀模的底部，以在抗蚀剂溶解方面造成一差别，从而能形成产生T形模的一底切割。
在图20中，在浮动块晶片80上形成一弹性弯曲件电镀模138。在浮动块晶片80的顶表面84上沉积一籽晶层140。在两抗蚀剂的方法中，在籽晶层138上沉积一第一抗蚀剂层142，并且该第一抗蚀剂层形成一定的图案，以形成界定弯曲件本体133的基底部分134的一电镀模138的凹腔135。在第一抗蚀剂层142上沉积一第二抗蚀剂144，并且该第二抗蚀剂形成一定的图案，以形成界定弯曲件本体133的本体136的一电镀模138的凹腔137。第一抗蚀剂142的溶解速率比第二抗蚀剂144的快。在电子束固化的方法中，在浮动块晶片上沉积单个抗蚀剂层。控制下的电子束固化措施使抗蚀剂层的顶层144固化，但不使抗蚀剂层的底层142固化，从而使抗蚀剂层的顶层144和底层142之间产生在抗蚀剂溶解上差别，且底层142的溶解速率比顶层144的快。
在两种方法中，都是蚀刻和化学溶解抗蚀剂层以形成电镀模138的图案。因为底层142或第一抗蚀剂的溶解速率比顶层144或第二抗蚀剂的快，底层142就比顶层144更快地溶解掉。底层142溶解掉以形成电镀模138的较宽的基部凹腔135，顶层144以比底层142慢的速率溶解掉，以形成电镀模138的本体凹腔137。
在图21中，电镀浮动块晶片80和籽晶层140以在电镀模138内形成弯曲件本体133。揭掉抗蚀剂142和144，并蚀刻掉剩余的籽晶层140，产生如图19所示的弯曲件本体133。
图22和23是根据本发明的浮动块组件32的另一实施例的立体图。图22是浮动块组件32的分解立体图，图23是浮动块本体34的后缘40的立体图。为了清楚起见，在图22中没有示出变换头42。浮动块本体34是一由Al2O3TiC或类似材料构成的标准的浮动块晶片。在浮动块本体34的后缘40上形成一第一牺牲层150、弯曲件本体152和154、结合垫52、牺牲侧壁156以及底涂层158。在图22所示的实施例中，弯曲件本体152和154是侧向梁弹性件或悬臂梁，各具有连接至浮动块本体34的一第一定位点160和用于连接至变换器本体36的一第二定位点162。弯曲件本体152和154包括具有各种不同形状的多根悬臂梁。弯曲件本体的其它实施例可具有不同的形状，或更少或更多的悬臂梁。不过，弯曲件本体的所有实施例将具有至少一个连接至浮动块本体34的第一定位点和至少一个连接至变换器本体36的第二定位点162。
例如通过电镀来沿着浮动块本体34的后缘形成弯曲件本体152、154和结合垫52。弯曲件本体152、154和结合垫52可用耐腐蚀且机械性能方面坚固和强度高的金属制成。弯曲件本体152、154和结合垫52可以用相同的金属或者不同的金属制成。在本发明的另一种实施例中，浮动块结合垫52形成到形成在与空气承载表面44相对的一面上的较大的结合垫的连接。
弯曲件本体152、154形成在牺牲层150上，而该牺牲层150则沉积在浮动块本体34的后缘40上。牺牲侧壁156包围弯曲件本体152和154。个弯曲件本体被牺牲侧壁156包住，除了将弯曲件本体连接至浮动块本体34的第一定位点160和将弯曲件本体连接至变换器本体36的第二定位点之外，所述牺牲侧壁156基本包围弯曲件本体的所有侧面。在制作好变换器本体36之后，去除牺牲侧壁156和牺牲层150，以分别在弯曲件本体152、154与底涂层158之间以及弯曲件本体152、154与浮动块本体34之间形成间隙。间隙使弯曲件本体具有机械自由度，以可移动和移置变换器本体36。在浮动块本体34的后缘40上沉积绝缘底涂层158，并且该绝缘底涂层158包围弯曲件本体152、154的牺牲侧壁156和结合垫52。底涂层158包括形成至弯曲件本体152、154的接触路径的开口164利用沉积工艺在底涂层158上形成定子电极168，如上面参照图4A和5所示。采用与上面参照图4A和5所述的相同制作工艺形成转子部分36。浮动块组件32件的转子部分36包括转子电极170，利用沉积工艺来形成该转子电极170。转子电极170与定子电极168相互交叉。定子和转子电极168和170形成一静电微型执行机构。转子部分36还包括沉积在转子电极170上的一绝缘层172。
图24-36是示出用于制造图22和23中所示的实施例的浮动块组件32的工艺流程的图。图24-36示出了沿着图23的线C-C截取的横截面。在图24-36中所示的图是简化的，以清楚地示出用于形成浮动块组件32的总体工艺流程，因此，没有示出浮动块组件32的一些结构特征，以更加清楚地图示本发明。在描述工艺流程时，将具体地说明图22和23中所示的实施例的不同之处。尽管图24-36的图示出了单个浮动块组件的形成，但那些熟悉本技术领域的人们将会理解，制作较佳的是在各个浮动块组件分开之前在晶片级处进行，以提高效率。
如图24所示，一浮动块晶片174形成一浮动块本体34的基部。在浮动块晶片174的顶表面178上沉积一第一牺牲层176。浮动块晶片174由诸如Al2O3TiC或类似材料之类的标准的晶片材料构成，不过，另外的诸实施例的晶片可以由其它的材料构成，只要这样的材料允许利用牺牲间隙层来通过附加的电镀方法来形成弯曲件本体152和154即可。牺牲层176由硅或类似的材料构成，不过，另外的诸实施例的浮动块组件可以包括由二氧化硅或锗(或者富含锗的SiGe)构成的一第一牺牲层。牺牲层176形成一定的图案，以形成一表面180，弯曲件本体152和154就形成在该表面180上。
在图25中，在浮动块晶片174的顶表面178以及牺牲层176上沉积一籽晶层182。在本发明的其它实施例中，可使用附加的粘结材料或步骤来促进浮动块本体34与弯曲件本体152和154之间的粘结。例如，在顶表面178上沉积一粘结层，并在该粘结层的顶上沉积一籽晶层182。在另一例子中，在顶表面178上沉积一种两种颗粒的材料，并进行材料的选择蚀刻，以在浮动块本体34与弯曲件本体之间产生一粗糙多孔的粘结界面。
在图26中，在籽晶层182上形成用于弯曲件本体152、154的一电镀模184的图案。一般来说，电镀模184由光致抗蚀剂构成。电镀模184包括界定弯曲件152的梁结构152a和152b的形状特征的凹腔186。如果弯曲件本体152、154和结合垫52将用相同的材料电镀，则电镀模184还可形成一定的图案，以形成用与结合垫52的模。如果弯曲件本体152、154与结合垫52用不同的材料形成，则在该制作工艺的一不同的部分形成结合垫52，如上面参照图12和13所述。
在电镀模184的凹腔186内电镀出籽晶层182，以形成弯曲件本体152、154。弯曲件本体152和154包括侧向梁结构、基本上为悬臂梁，包括图26-36中的梁结构152a和152b。包括第一定位点160的各梁结构的一第一部分188从浮动块晶片174延伸出。从牺牲层176形成各梁结构的一第二部分190，并且该第二部分190从第一部分188延伸。第二部分190包括第二定位点162。在制作工艺中后来将去除牺牲层176，并在各梁结构的第二部分190与浮动块晶片174之间形成一间隙。梁结构152a是梁结构的一侧视图，包括第一部分188和第二部分190。梁结构152b是梁结构的端视图，包括不固定至浮动块晶片174的第二部分190。弯曲件本体152和154的高度在约5微米至约55微米的范围内，并最佳的是在约10微米至约20微米的范围内。
在图27中，从浮动块晶片174和籽晶层182上去除电镀模184。此外，从浮动块晶片174的顶表面178和牺牲层176上去除籽晶层182。利用化学原理从浮动块晶片174揭掉电镀模184，并从浮动块晶片174的顶表面178离子研磨、喷吹或蚀刻掉剩余的薄金属籽晶层182。在去除了电镀模184和籽晶层182之后，例如通过RIE、离子研磨或湿蚀刻中任一种方法有选择性地减小弯曲件本体152和154的宽度。
弯曲件本体152和154包括多根包括梁结构152a和152b的折叠的梁结构。各弯曲件本体具有至少一个连接至浮动块晶片174的第一定位点160和至少一个用于连接至变换器本体36的第二定位点162。梁结构152a和152b在平行于盘片表面的方向和垂直于盘片表面的方向上可以弯曲，以使变换器本体36能移动，从而定位变换头42并调整变换头42的飞起高度。
在图28中，在浮动块晶片174上沉积一第二牺牲层192，以完全包围梁结构152a和152b并与之相一致。沉积牺牲层192的一种方法是诸如PECVD之类的溅射沉积。
在图29中，例如通过垂直于晶片表面174的一定向的离子研磨来去除沉积在浮动块晶片174和梁结构152a、152b的水平表面(亦即顶表面178和定表面194)上的牺牲层192。仅剩余的牺牲层192在梁结构152a、152b的侧面196或垂直表面上。牺牲层192与梁结构152a、152b的侧面196相一致，以围绕弯曲件本体形成牺牲侧壁56、或牺牲层192的一护套。离子研磨不从梁结构152a、152b的垂直表面196或第一牺牲层176上去除牺牲层192。
尽管在图245-36中所描述的制作工艺中没有示出，但在从浮动块晶片174的水平表面上去除了牺牲层192的离子研磨步骤(示于图29)之后，可以利用与上面参照图12和13所述的工艺类似的一制作工艺来在浮动块晶片174的顶表面178上形成结合垫。特别是，在制作工艺中的这个时刻形成的结合垫是用与弯曲件本体的材料不同的材料制成的。用与弯曲件本体相同的材料形成的结合垫是与弯曲件本体同时制作的。
在图30中，在晶片表面178上沉积一底涂层材料198，以回填电镀区域。底涂层198包围梁结构152a、152b的牺牲侧壁156，并填入浮动块晶片174。底涂层198由氧化铝或类似的材料构成。沉积的底涂层198溢过梁结构152a、152b的高度。
在图31中，将底涂层198、梁结构152a、152b以及牺牲层192弄平，以形成用以形成微型执行机构和变换器本体36的一光滑的表面200。弄平的表面200产生光滑的晶片表面形状，以形成定子电极168和变换器本体36。在本发明的另一些实施例中，使用附加的粘结材料或步骤来促进弯曲件本体152、154与变换器本体36之间的粘结。梁结构152a、152b的高度在约5微米至约25微米的范围内，并最佳的是在约10微米至约20微米的范围内。在制作工艺中后来将去除第一和第二牺牲层176和192，以在梁结构152a、152b与浮动块晶片174之间形成一间隙202，以及在梁结构152a、152b与底涂层之间形成一间隙204。间隙202和204(示于图36)使梁结构152a、152b具有机械自由度，以实现浮动块组件32的变换器本体36的移动和移置。
在图32中，在弄平的晶片表面200上形成定子电极168的图案。在定子电极168和弄平的表面200、包括底涂层198和第二牺牲层192以及梁结构152a、152b上沉积一第三牺牲层206。在图33中，在牺牲层206上沉积转子电极170。尽管在图33中没有示出，但在该步骤时，在跨线之上沉积顶部间隙硅，以将结合垫52电气连接至形成在转子部分36中的变换头42。在牺牲层206中蚀刻通道208至梁结构152a和152b的第二定位点162。至第二定位点206的通道208提供梁结构152a、152b与浮动块组件32的转子部分36之间的互连。
在图34中，在转子电极170和牺牲层22(包括带有通道208的)上沉积一第二底涂层210。底涂层210a形成转子部分36的一部分。底涂层210也沉积在通道208内，形成梁结构152a、152b与转子部分36之间的互连。尽管没有在图34中示出，从跨线上来沉积电气接线柱，以提供至变换头42的连接。将底涂层210弄平，以提供用于形成变换头42和转子部分36的其余部分的一光滑的表面形状。
在图35中，在底涂层198上通过标准的浮动块形成工艺制作变换头，并形成转子部分36的其余部分。在图36中，例如通过蚀刻来去除了浮动块组件32的牺牲层176、192及206，以形成间隙202、204以及212。用于层176、192和206的牺牲材料的例子包括硅、二氧化硅、锗(或富含锗的SiGe)或者类似的材料。所用的蚀刻类型取决于牺牲材料。硅作为牺牲材料就使用XeF2气体蚀刻，二氧化硅则使用HF蒸气或液体蚀刻，以及锗(或富含锗的SiGe)则使用H2O2蚀刻。间隙202、204以及212使梁结构152a、152b具有机械自由度，以可移动和移置变换器本体36。第一间隙202形成在梁结构152a、152b与浮动块晶片174之间，以使第一定位点160将梁结构连接至浮动块晶片174，而各梁结构的第二部分190则与浮动块本体34间隔开。第二间隙204通过去除牺牲侧壁156而形成在梁结构152a、152b的侧面与底涂层198之间。第三间隙212形成在梁结构152a、152b和浮动块本体34的底涂层198与转子部分36的底涂层210之间，以及在诸定子电极168之间。间隙212使微型执行机构的定子电极168与转子电极170相互交叉。
图37是根据本发明的浮动块组件33的另一实施例的分解立体图。浮动块组件32包括浮动块本体34、牺牲层150、弯曲件本体152和154、牺牲侧壁156、底涂层160、结合垫52、一牺牲层166、一绝缘的顶涂层220、定子电极168、转子电极170以及转子绝缘层172(尽管为了清楚起见，没有示出变换头42)。图37中所示的实施例与图22中所示的实施例相似，不过，牺牲层166形成一定的图案以仅覆盖弯曲件本体152、154，并且在牺牲层166、底涂层160以及弯曲件本体152、154之上沉积绝缘的顶涂层220，以给形成定子电极168提供一较大的表面。定子电极168不是形成在160上，而是形成在顶涂层220(该顶涂层由与涂层160相同的材料构成)之上，这可提供一比底涂层160更大的、用于形成定子电极168的表面(亦即由顶涂层220所界定的表面221约为晶片表面174的大小)。弯曲件本体152、154被牺牲层166覆盖，以使定子电极168不是形成在弯曲件本体上方，而是在底涂层160上围绕弯曲件本体。
图38-43是示出用于制造如图37所示的浮动块组件32的工艺流程的图。用于图37所示的制作工艺采用与如上所述并示于图24-31相同的步骤，因此下面不再详细讨论这些步骤。图38示出从图31开始并从其往下继续的制作工艺。图38-43中所示的图是简化的，以清楚地示出用于形成浮动块组件32的总体工艺流程，因此，没有示出浮动块组件32的一些结构特征，以更加清楚地图示本发明。在描述工艺流程时，将具体地说明图37中所示的实施例的不同之处。尽管图38-43的图示出了单个浮动块组件的形成，但那些熟悉本技术领域的人们将会理解，制作较佳的是在各个浮动块组件分开之前在晶片级处进行，以提高效率。
在图38中，将底涂层198、牺牲层192以及梁结构152a、152b弄平，以形成用于形成微型执行机构和变换器本体36的光滑表面200。在图39中，在弄平的表面200上沉积一牺牲层222。牺牲层222形成一定的图案，以覆盖梁结构152a、152b的顶表面194。底涂层198是外露的，并形成通道208的图案以露出梁结构152a，从而提供从变换器本体36至弯曲件本体的一连接途径。
在图40中，在通道208中电镀弹性触头224。在底涂层198和牺牲层222上沉积一光致抗蚀剂226。光致抗蚀剂226形成一定的图案，以形成用于电镀弹性触头224的模，所述弹性触头形成梁结构152a的第二定位点162。对梁结构152a进行电镀，并在通道208内生长金属的梁结构，以形成弹性触头224。从底涂层198和牺牲层222去除光致抗蚀剂模226。在另外的诸实施例中，利用单个电镀模光刻工艺在单个步骤中电镀梁结构152a和第二定位点162。
在图41中，在浮动块晶片174、包括牺牲层222上沉积附加的底涂层材料。在图42中，再弄平顶涂层220，以形成用于形成定子电极168和变换器本体36的一光滑的表面228形状。
图43是示出包括定子电极168、转子电极170以及变换器本体36、且在顶涂层220上形成了变换头42的浮动块组件32的图。根据参照图32-36所述的工艺来制作定子电极168、转子电极170以及变换器本体36。特别是，在顶涂层220上沉积定子电极168。例如通过蚀刻来去除牺牲层176、192以及222，以形成间隙202、204、212以及230。用于层176、192和206的牺牲材料的例子包括硅、二氧化硅、锗(或富含锗的SiGe)或者类似的材料。所用的蚀刻类型取决于牺牲材料，例如，硅作为牺牲材料就使用XeF2气体蚀刻，二氧化硅则使用HF蒸气或液体蚀刻，以及锗(或富含锗的SiGe)则使用H2O2蚀刻。间隙202、204以及230将梁结构152a、152b与浮动块本体34、顶涂层220以及底涂层198间隔开，以使弯曲件本体具有机械自由度，从而移动和移置变换器本体36。第一定位点160将梁结构连接至浮动块本体34，第二定位点162将梁结构152a、152b连接至变换器本体36。间隙212使微型执行机构的定子电极168与转子电极170相互交叉。
本发明是一种浮动块组件，该浮动块组件包括一变换器级微型执行机构，用于有选择地相对浮动块组件的一浮动块本体移动一变换器部分，以在可旋转盘片的圆周数据轨道的之上径向地定位一变换头。此外，还揭示了一种改进的、用于制作变换器级微型执行机构和浮动块组件的工艺。在本发明中，浮动块组件包括一浮动块本体，且弹性弯曲件就制作在该浮动块本体的后缘上。变换器本体连接至弹性弯曲件的相对端。弹性弯曲件用电镀金属制作在一Al2O3TiC的浮动块晶片基底上，这就允许在晶片基底上进行几乎完全是标准的变换器制作和浮动块制作。在本发明的其它实施例中，可以采用附加的粘结材料或步骤，以促进浮动块晶片基底与弹性弯曲件和/或弹性弯曲件与变换器本体之间的粘结。例如，可以使用一粘结层或选择性蚀刻以产生粗糙多孔的粘结界面的材料来促进粘结。底涂层基部上包围弹性弯曲件，不过，在制作过程中，使用牺牲层来形成弹性弯曲件与底涂层之间的间隙，以使弹性弯曲件具有机械自由度，从而可相对浮动块本体移动变换器本体。
本发明的浮动块组件可用标准的Al2O3TiC浮动块晶片或其它适合的材料制成，而并不利用硅晶片的活性离子蚀刻来制作。弹性弯曲件和结合垫并不通过蚀刻浮动块晶片基底来形成，而是利用电镀工艺形成在浮动块本体的后缘上。因此，本发明的浮动块组件更加坚固，且不易在使用过程中发生断裂。
尽管已经参照较佳实施例描述了本发明，但熟悉本技术的技术人员会理解，可以在形式和细节方面作出各种修改，而不超出本发明的精神和保护范围。
权利要求
1.一种浮动块，该浮动块包括具有一前缘和一后缘的一浮动块本体；与浮动块本体的后缘间隔开的一变换器本体，该变换器本体包括至少一个变换器元件；以及从浮动块本体的后缘延伸的一弯曲件本体，该弯曲件本体具有连接至浮动块本体的一第一定位点和连接至变换器本体的一第二定位点；沉积在浮动块本体的后缘上的一底涂层，该底涂层基本上包围弯曲件本体，并通过一第一间隙与弯曲件本体分开；形成在底涂层上的一第一驱动装置；以及形成在变换器本体上与浮动块本体相邻处的一第二驱动装置。
2.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，弯曲件本体是一柔性柱。
3.如权利要求2所述的浮动块，其特征在于，柔性柱的第一定位点的宽度比柔性柱的第二定位点的宽度大。
4.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，弯曲件本体是一折叠的梁结构。
5.如权利要求4所述的浮动块，其特征在于，还包括将折叠的梁与浮动块本体间隔开的一第二间隙。
6.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，第一驱动装置包括一电磁线圈，第二驱动装置包括一永久磁体薄膜。
7.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，第一驱动装置包括一永久磁体薄膜，第二驱动装置包括一电磁线圈。
8.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，还包括在浮动块本体与弯曲件本体的第一定位点之间的一粘结界面。
9.如权利要求8所述的浮动块，其特征在于，粘结界面包括沉积在浮动块本体后缘的一部分上的一两种颗粒的材料。
10.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，弯曲件本体的高度在约5微米至约55微米的范围内。
11.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，浮动块本体由氧化铝合碳化钛(aluminum titanium carbide)构成。
12.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，弯曲件本体由金属构成。
13.如权利要求1所述的浮动块，其特征在于，底涂层由氧化铝构成。
14.一种浮动块，该浮动块包括具有一前缘和一后缘的一定子部分；形成在定子部分的后缘上的一弹性弯曲件，该弹性弯曲件具有一第一端和一第二端，并且第一端附接至定子部分；沉积在定子部分的后缘上的一底涂层，该底涂层包围弹性弯曲件的侧面，并且在底涂层与弹性弯曲件之间形成一间隙；连接至弹性弯曲件的第二端的一转子部分，该转子部分装载一变换头；以及用于相对定子部分移动转子部分的一驱动机构。
15.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件是一柔性柱。
16.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件是一悬臂梁，并且，转子部分附接在悬臂梁的第二端的一部分上。
17.如权利要求16所述的浮动块，其特征在于，悬臂梁通过所述间隙与底涂层和定子部分间隔开。
18.如权利要求17所述的浮动块，其特征在于，悬臂梁的第二端通过所述间隙与定子部分间隔开。
19.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件的第一端的宽度比弹性弯曲件的第二端的宽度大。
20.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，在定子部分上电镀弹性弯曲件。
21.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，驱动机构包括在底涂层上的多个定子电极和在转子部分上、且悬垂在诸定子电极之间的多个转子电极。
22.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，还包括从定子部分的后缘延伸的一结合垫。
23.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，一粘结材料将转子部分连接至弹性弯曲件。
24.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，定子部分的后缘被弄得粗糙，以在定子部分与弹性弯曲件之间的产生一粘结界面。
25.如权利要求14所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件是金属的。
26.一种浮动块组件，该浮动块组件包括具有一前缘和一后缘的一定子部分；从定子部分的后缘延伸的一弹性弯曲件，该弹性弯曲件由与定子部分的材料不同的材料构成；沉积在定子部分的后缘上的一底涂层，该底涂层基本上包围弹性弯曲件，并且一间隙基本上包围弹性弯曲件，以使底涂层与弹性弯曲件间隔开；在底涂层上的多个定子电极；通过弹性弯曲件连接至定子部分的一转子部分，该转子部分装载一变换头；以及在转子部分上、且悬垂在诸定子电极之间的多个转子电极。
27.如权利要求26所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件是一柔性柱，该柔性柱具有连接至定子部分的一第一端和连接至转子部分的一第二端。
28.如权利要求27所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件的第一端的宽度比弹性弯曲件的第二端的宽度大。
29.如权利要求26所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件具有连接至定子部分的一第一定位点和连接至转子部分的一第二定位点，并且，所述间隙将弹性弯曲件与底涂层和定子部分间隔开。
30.如权利要求29所述的浮动块，其特征在于，弹性弯曲件是一悬臂梁。
31.如权利要求30所述的浮动块，其特征在于，底涂层包围悬臂梁的侧面，并与之间隔开。
32.如权利要求30所述的浮动块，其特征在于，还包括沉积在底涂层和悬臂梁顶表面的一部分上的一顶涂层，并且该顶涂层与悬臂梁的顶表面间隔开。
33.如权利要求26所述的浮动块，其特征在于，还包括从定子部分的后缘延伸的一结合垫，并且该结合垫基本上被底涂层围绕，但结合垫的一部分露出以供电气接触。
34.如权利要求26所述的浮动块，其特征在于，定子部分后缘的一部分被弄得粗糙，以在定子部分与弹性弯曲件之间的产生一粘结界面。
35.如权利要求26所述的浮动块，其特征在于，还包括将转子部分连接至弹性弯曲件的一粘结材料。
全文摘要
一种浮动块，该浮动块包括一变换器级微型执行机构，用于选择地相对可旋转盘片的圆周数据轨道的径向地定位一浮动块的变换器部分。浮动块包括具有一前缘和一后缘的一浮动块本体、一变换器本体以及一弯曲件本体。变换器本体与浮动块本体的后缘间隔开，并包括至少一个变换器元件。弯曲件本体从浮动块本体的后缘延伸，并包括连接至浮动块本体的一第一定位点和连接至变换器本体的一第二定位点。在浮动块本体的后缘上沉积底涂层，并且该底涂层基本上包围弯曲件本体，其中，一间隙将弯曲件本体与底涂层分开。在底涂层上形成一第一驱动装置，并在变换器本体上与浮动块本体相邻处形成一第二驱动装置。
文档编号G11B5/56GK1629938SQ20041010017
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月3日 优先权日2003年12月5日
发明者R·L·小希普韦尔, K·M·巴塞洛缪, L·E·斯托弗, W·A·博宁, J·A·特恩, Z·－E·鲍特格霍 申请人:西加特技术有限责任公司