DE10345962A1 - Substrat und Verfahren zum Bilden eines Substrats für eine Fluidausstoßvorrichtung - Google Patents
Substrat und Verfahren zum Bilden eines Substrats für eine Fluidausstoßvorrichtung Download PDFInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung durch ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite umfaßt ein Bilden eines Grabens in der ersten Seite des Substrats, ein Bilden einer Maskenschicht innerhalb des Grabens, ein Bilden von zumindest einem Loch in die Maskenschicht, ein Befüllen des Grabens und des zumindest einen Lochs, ein Bilden eines ersten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats zur Maskenschicht und ein Bilden eines zweiten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht zur ersten Seite des Substrats.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fluidausstoßvorrichtungen und spezieller auf ein Substrat für eine Fluidausstoßvorrichtung.
- Bei einigen Fluidausstoßvorrichtungen, wie z. B. Druckköpfen, ist ein Tropfenausstoßelement auf einer Vorderseite eines Substrats gebildet, und ein Fluid wird an eine Ausstoßkammer des Tropfenausstoßelements durch eine Öffnung oder einen Schlitz in dem Substrat geleitet. Häufig ist das Substrat ein Siliziumwafer, und der Schlitz ist in dem Wafer durch chemisches Ätzen gebildet worden. Die existierenden Verfahren zum Bilden des Schlitzes durch das Substrat umfassen ein Ätzen in das Substrat von der Rückseite des Substrats zur Vorderseite des Substrats. Die Rückseite des Substrats ist als eine Seite des Substrats definiert, gegenüber der das Tropfenausstoßelement gebildet ist.
- Leider kann das Ätzen in das Substrat von der Rückseite bis hindurch zur Vorderseite zu einer Fehlerausrichtung des Schlitzes an der Vorderseite und/oder einer variierenden Breite des Schlitzes an der Vorderseite führen.
- Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Bildung des Schlitzes durch das Substrat zu steuern.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um einen Schlitz in einem Substrat für eine Fluidausstoßvorrichtunq in gesteuerter Weise zu bilden.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie ein Substrat gemäß Anspruch 9 gelöst.
- Ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung durch ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite umfaßt ein Bilden eines Grabens in der ersten Seite des Substrats, ein Bilden einer Maskenschicht mit dem Graben, ein Bilden von zumindest einem Loch in der Maskenschicht, ein Befüllen des Grabens und des zumindest einen Lochs, ein Bilden eines ersten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats zur Maskenschicht und ein Bilden eines zweiten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht zur ersten Seite des Substrats.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, -
2 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, -
3 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung darstellt, der auf einem Ausführungsbeispiel eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, -
4A –4H ein Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Öffnung durch ein Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung. - In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf die beigefügten Zeich nungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen mittels einer Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diesbezüglich wird unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren eine richtungsweisende Terminologie verwendet, wie z. B. „oben", „unten", „vorne", „hinten", „führend", „nachlaufend" etc. Weil die Komponenten der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein können, wird die richtungsweisende Terminologie zu Darstellungszwecken verwendet und gilt in keiner Weise als Einschränkung. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende ausführliche Beschreibung ist daher nicht als Einschränkung aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
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1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das Tintenstrahldrucksystem10 bildet ein Ausführungsbeispiel eines Fluidausstoßsystems, das eine Fluidausstoßanordnung, wie z. B. eine Tintenstrahldruckkopfanordnung12 , und eine Fluidvorratsanordnung, wie z. B. eine Tintenvorratsanordnung14 umfaßt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das Tintenstrahldrucksystem10 auch eine Befestigungsanordnung16 , eine Medientransportanordnung18 und eine elektronische Steuerung20 . - Die Tintenstrahldruckkopfanordnung
12 umfaßt als ein Ausführungsbeispiel einer Fluidausstoßanordnung einen oder mehrere Druckköpfe oder Fluidausstoßvorrichtungen, die Tropfen von Tinte oder eines Fluids durch eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen13 ausstoßen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Tropfen auf ein Medium gelenkt, wie z. B. ein Druckmedium19 , um auf das Druckmedium19 zu dru cken. Das Druckmedium19 ist ein beliebiger Typ von einem geeigneten Blattmaterial, wie z. B. Papier, Karton, Transparentfolien, Mylar und dergleichen. Typischerweise sind die Düsen13 in einer oder mehreren Spalten oder Arrays angeordnet, so daß ein ordnungsgemäß sequenzierter Ausstoß von Tinte von den Düsen13 bei einem Ausführungsbeispiel bewirkt, daß Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Graphiken oder Bilder auf das Medium19 gedruckt werden, während die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 und das Druckmedium19 relativ zueinander bewegt werden. - Die Tintenvorratsanordnung
14 liefert als ein Ausführungsbeispiel einer Fluidvorratsanordnung Tinte an eine Druckkopfanordnung12 und umfaßt ein Reservoir15 zum Speichern einer Tinte. Als solche fließt die Tinte bei einem Ausführungsbeispiel vom Reservoir15 zur Tintenstrahldruckkopfanordnung12 . Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 und die Tintenvorratsanordnung14 zusammen in einer Tintenstrahl- oder Fluidstrahlkassette oder einem Tintenstrahl- oder Fluidstrahlstift gehäust. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Tintenvorratsanordnung14 von der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 getrennt und liefert Tinte an die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 durch eine Schnittstellenverbindung, wie z. B. eine Vorratsröhre. - Die Befestigungsanordnung
16 positioniert die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 relativ zur Medientransportanordnung18 , und die Medientransportanordnung18 positioniert das Druckmedium19 relativ zur Tintenstrahldruckkopfanordnung12 . Somit ist eine Druckzone17 benachbart zu den Düsen13 und einem Bereich zwischen der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 und dem Druckmedium19 definiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 eine Bewegungstyp-Druckkopfanordnung, und eine Befestigungsanordnung16 umfaßt einen Wagen zum Bewegen der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 relativ zur Medientransportanordnung18 . Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Tintenstrahldruckkopfanordnung12 eine Nichtbewegungstyp-Druckkopfanordnung, und eine Befestigungsanordnung16 befestigt die Tintenstrahldruckkopfanordnung12 an einer vorgeschriebenen Position relativ zur Medientransportanordnung18 . - Die elektronische Steuerung
20 kommuniziert mit der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 , der Bewegungsanordnung16 und der Medientransportanordnung18 . Die elektronische Steuerung20 empfängt Daten21 von einem Hostsystem, wie z. B. einem Computer, und umfaßt einen Speicher zum vorübergehenden Speichern von Daten21 . Typischerweise werden die Daten21 an das Tintenstrahldrucksystem10 entlang einem elektronischen, Infrarot-, optischen oder anderen Informationsübertragungsweg gesendet. Die Daten21 stellen beispielsweise ein Dokument und/oder eine Datei dar, die gedruckt werden sollen. Als solche bilden die Daten21 eine Druckaufgabe für das Tintenstrahldrucksystem10 und umfassen eine oder mehrere Druckaufgabebefehle und/oder Befehlsparameter. - Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die elektronische Steuerung
20 eine Steuerung der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 einschließlich einer Zeitgebungssteuerung für ein Ausstoßen von Tintentropfen von den Düsen13 . Als solche definiert die elektronische Steuerung20 ein Muster von ausgestoßenen Tintentropfen, die Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Graphiken oder Bilder auf dem Druckmedium19 bilden. Die Zeitgebungssteuerung und daher das Muster der ausgestoßenen Tintentropfen wird durch die Druckaufgabebefehle und/oder Befehlsparameter bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Logik- und Antriebsschaltungsaufbau, der einen Abschnitt der elektronischen Steuerung20 bildet, auf einer Tintenstrahldruckkopfanordnung12 positioniert. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Logik- und Antriebsschaltungsaufbau außerhalb der Tintenstrahldruckkopfanordnung12 positioniert. -
12 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung30 einer Tintenstrahldruckkopfanordnung12 dar. Die Fluidausstoßvorrichtung30 umfaßt ein Array von Tropfenausstoßelementen31 . Die Tropfenausstoßelemente31 sind auf einem Substrat40 gebildet, das einen Fluid- (oder Tinten-) Zuführschlitz41 aufweist, der in demselben gebildet ist. Als solcher liefert der Fluidzuführschlitz41 einen Vorrat von Fluid (oder Tinte) an die Tropfenausstoßelemente31 . Das Substrat40 ist beispielsweise aus Silizium, Glas oder einem stabilen Polymer gebildet. - Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jedes Tropfenausstoßelement
31 eine Dünnfilmstruktur32 mit einem Abfeuerungswiderstand34 und einer Öffnungsschicht36 . Die Dünnfilmstruktur32 weist ein Fluid- (oder Tinten-) Zuführloch33 auf, das in derselben gebildet ist, das mit einem Fluidzuführschlitz41 des Substrats40 kommuniziert. Die Öffnungsschicht36 weist eine Vorderfläche37 und eine Düsenöffnung38 auf, die in der Vorderfläche37 gebildet ist. Die Öffnungsschicht36 weist auch eine Düsenkammer39 auf, die in derselben gebildet ist, die mit der Düsenöffnung38 und dem Fluidzuführloch33 der Dünnfilmstruktur32 kommuniziert. Der Abfeuerungswiderstand34 ist innerhalb der Düsenkammer39 positioniert und umfaßt Anschlußleitungen35 , die den Abfeuerungswiderstand34 mit einem Treibersignal und Masse elektrisch koppeln. - Die Dünnfilmstruktur
32 ist beispielsweise durch eine oder mehrere Passivierungs- oder Isolierschichten aus Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, TEOS (TEOS = Tetraethylorthosilicat) oder einem anderen geeigneten Material gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Dünnfilmstruktur32 auch eine leitfähige Schicht, die den Abfeuerungswiderstand34 und die Anschlußleitungen35 definiert. Die leitfähige Schicht ist beispielsweise aus Polysilizium, Aluminium, Gold, Tantalum, Tantalum-Aluminium o der einem anderen Metall oder einer Metallegierung gebildet. - Bei einem Ausführungsbeispiel fließt ein Fluid während des Betriebs von Fluidzuführschlitz
41 zur Düsenkammer39 über ein Fluidzuführloch33 . Die Düsenöffnung38 ist dem Abfeuerungswiderstand34 wirksam zugeordnet, so daß die Tröpfchen des Fluids von der Düsenkammer39 durch die Düsenöffnung38 (z. B. normal zur Ebene des Abfeuerungswiderstands34 ) und hin zu einem Medium nach einer Versorgung des Abfeuerungswiderstands34 mit Energie ausgestoßen werden. - Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Fluidausstoßvorrichtung
30 umfassen eine thermischen Druckkopf, wie vorstehend beschrieben, einen piezoelektrischen Druckkopf, einen Biege-Spannung-Druckkopf und einen beliebigen anderen Typ von einer Fluidstrahl-Ausstoßvorrichtung, die in der Technik bekannt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Fluidausstoßvorrichtung30 ein voll integrierter thermischer Tintenstrahldruckkopf. -
3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung130 einer Tintenstrahldruckkopfanordnung12 dar. Die Fluidausstoßvorrichtung130 umfaßt ein Array von Tropfenausstoßelementen131 . Die Tropfenausstoßelemente131 sind auf einem Substrat140 gebildet, das einen Fluid- (oder Tinte-) Zuführschlitz141 aufweist, der in demselben gebildet ist. Als solcher liefert der Fluidzuführschlitz141 einen Vorrat eines Fluids (oder einer Tinte) an die Tropfenausstoßelemente131 . Das Substrat140 ist beispielsweise aus Silizium, Glas oder einem stabilen Polymer gebildet. - Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jedes Tropfenausstoßelement
131 einen Abfeuerungswiderstand134 und eine Öffnungsschicht136 . Zusätzlich weist das Substrat140 ein oder mehrere Fluid- (oder Tinte-) Zuführlöcher142 auf, die in demselben gebildet sind, die mit dem Fluidzuführschlitz141 kommunizieren. Die Öffnungsschicht13b weist eine Vorderfläche137 und eine Düsenöffnung138 auf, die in der Vorderfläche137 gebildet ist. Die Öffnungsschicht136 weist auch eine Düsenkammer139 auf, die darin gebildet ist, die mit der Düsenöffnung138 und den Fluidzuführlöchern142 kommuniziert. - Bei einem Ausführungsbeispiel fließt das Fluid während des Betriebs vom Fluidzuführschlitz
141 zur Düsenkammer139 über die Fluidzuführlöcher142 . Die Düsenöffnung138 ist dem Abfeuerungswiderstand134 wirksam zugeordnet, so daß die Tröpfchen des Fluids von der Düsenkammer139 durch die Düsenöffnung138 und zu einem Medium hin ausgestoßen werden, nachdem der Abfeuerungswiderstand134 mit Energie versorgt worden ist. - Wie bei dem Ausführungsbeispiel von
3 dargestellt ist, weist das Substrat140 eine erste Seite143 und eine zweite Seite144 auf. Die zweite Seite144 liegt der ersten Seite143 gegenüber und ist bei einem Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel mit der ersten Seite143 ausgerichtet. Als solche kommunizieren die Fluidzuführlöcher142 mit der ersten Seite143 und ein Fluidzuführschlitz141 kommuniziert mit der zweiten Seite144 des Substrats140 . Die Fluidzuführlöcher142 und der Fluidzuführschlitz141 kommunizieren miteinander, um einen Kanal oder eine Öffnung145 durch das Substrat140 zu bilden. Als solcher bildet der Fluidzuführschlitz141 einen ersten Abschnitt der Öffnung145 , und die Fluidzuführlöcher142 bilden einen zweiten Abschnitt der Öffnung145 . Die Öffnung145 ist in einem Substrat140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung145 im Substrat140 durch chemisches Ätzen und/oder Laserbearbeitung (Lasern), wie nachstehend beschrieben, gebildet worden. - Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Substrat
140 einen Graben146 auf, der in der ersten Seite143 gebildet ist und eine eingebettete Maskenschicht147 umfaßt, die in dem Graben146 gebildet ist. Zusätzlich umfaßt das Substrat140 ein Füllmaterial149 , das im Graben146 angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht147 so strukturiert, daß sie eine oder mehrere Öffnungen oder Löcher148 aufweist, die in derselben gebildet sind. Als solche maskieren oder schirmen die Abschnitte der eingebetteten Maskenschicht147 , die benachbart zu den Löchern148 vorgesehen sind, Bereiche eines Füllmaterials149 während der Bildung einer Öffnung145 durch das Substrat140 ab, wie nachstehend beschrieben ist. Somit definiert und steuert die eingebettete Maskenschicht147 einschließlich der Löcher148 die Bildung von Fluidzuführlöchern142 im Substrat140 . Spezieller steuern die Löcher148 seitliche Abmessungen der Fluidzuführlöcher142 und richten eine Position von Fluidzuführlöchern142 an der ersten Seite143 ein. - Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Füllmaterial
149 im Graben146 über der eingebetteten Maskenschicht147 angeordnet. Das Füllmaterial149 ist im Graben146 so angeordnet, um eine erste Seite143 des Substrats140 zu bilden. Somit sind bei einem Ausführungsbeispiel der Abfeuerungswiderstand134 und die Öffnungsschicht136 auf einem Füllmaterial149 gebildet. Das Füllmaterial149 umfaßt beispielsweise ein amorphes Material, ein amorphes Siliziummaterial oder ein Polysiliziummaterial. -
4A –4H stellen ein Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Öffnung150 durch ein Substrat160 dar. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat160 ein Siliziumsubstrat und die Öffnung150 ist im Substrat160 durch chemisches Ätzen und/oder Laserbearbeitung (Lasern) gebildet, wie vorstehend beschrieben. Das Substrat160 weist eine erste Seite162 und eine zweite Seite164 auf. Die zweite Seite 164 liegt der ersten Seite162 gegenüber und ist bei einem Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel mit der ersten Seite162 ausgerichtet. Die Öffnung150 kommuniziert mit der ersten Seite162 und der zweiten Seite164 des Substrats160 , um einen Kanal oder einen Durchgang durch das Substrat160 zu liefern. Obgleich nur eine Öffnung150 dargestellt ist, die in dem Substrat160 gebildet ist, wird darauf hingewiesen, daß eine beliebige Anzahl von Öffnungen150 im Substrat160 gebildet sein kann. - Bei einem Ausführungsbeispiel stellt das Substrat
160 ein Substrat140 einer Fluidausstoßvorrichtung130 dar, und eine Öffnung150 stellt eine Öffnung145 dar, die einen Fluidzuführschlitz141 und Fluidzuführlöcher142 umfaßt, die in dem Substrat140 gebildet sind. Als solche sind die Tropfenausstoßelemente131 von der Fluidausstoßvorrichtung130 auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet. Somit bildet die erste Seite162 eine Vorderseite des Substrats160 , und eine zweite Seite164 bildet eine Rückseite des Substrats160 , so daß das Fluid durch die Öffnung150 und daher durch das Substrat160 von der Rückseite zur Vorderseite fließt. Dementsprechend liefert die Öffnung150 einen fluidischen Kanal für die Kommunikation des Fluids (oder der Tinte) mit den Tropfenausstoßelementen131 durch das Substrat160 . - Wie bei dem Ausführungsbeispiel von
4A und4B dargestellt ist, wird ein Graben166 im Substrat160 gebildet, bevor die Öffnung150 durch das Substrat160 gebildet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Graben166 im Substrat160 durch chemisches Ätzen in das Substrat gebildet, wie nachstehend beschrieben. - Bei einem Ausführungsbeispiel, wie in
4A dargestellt ist, wird eine Maskierungsschicht170 auf dem Substrat160 gebildet, um den Graben166 im Substrat160 zu bilden. Spezieller ist eine Maskierungsschicht170 auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet. Die Maskierungsschicht170 wird verwendet, um ein Ätzen der ersten Seite162 selektiv zu steuern oder zu blockieren. Als solche ist die Maskierungsschicht170 entlang der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet und strukturiert, um Bereiche der ersten Seite162 freizulegen und um zu definieren, wo der Graben166 im Substrat160 gebildet sein soll. - Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht
170 durch Aufbringung gebildet und durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um freigelegte Abschnitte der ersten Seite162 des Substrats160 zu definieren. Spezieller ist die Maskierungsschicht170 strukturiert, um zu umreißen, wo der Graben166 (4B ) im Substrat160 von der ersten Seite162 gebildet sein soll. Vorzugsweise ist der Graben166 im Substrat160 durch chemisches Ätzen gebildet worden, wie nachstehend beschrieben. Somit ist die Maskierungsschicht170 aus einem Material gebildet, das einem Ätzmittel gegenüber resistent ist, das zum Ätzen des Grabens166 in das Substrat160 verwendet wird. Beispiele eines Materials, das für die Maskierungsschicht170 geeignet ist, umfassen ein Siliziumdioxid, ein Siliziumnitrid oder ein beliebiges anderes geeignetes dielektrisches Material oder ein Photoresist oder ein beliebiges anderes photoabbildbares Material. - Anschließend, wie in dem Ausführungsbeispiel von
4B dargestellt ist, ist der Graben166 im Substrat160 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Graben166 im Substrat160 durch Ätzen in die erste Seite162 gebildet. Vorzugsweise ist der Graben166 im Substrat160 unter Verwendung eines anisotropen chemischen Ätzprozesses gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluor- (SF6-) Ätzprozeß. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Naßätzprozeß und verwendet ein naßes anisotropes Ätzmittel, wie z. B. TMAH (TMAH = Tetramethylammoniumhydroxid), KOH (KOH = Kaliumhydroxid) oder ein anderes alkalisches Ätzmittel. - Nachdem der Graben
166 im Substrat160 gebildet worden ist, wird die Maskierungsschicht170 vom Substrat160 abgezogen oder entfernt. Als solche wird die erste Seite162 des Substrats160 offengelegt oder freigelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn die Maskierungsschicht170 aus einem Oxid gebildet ist, wird die Maskierungsschicht170 beispielsweise durch ein chemisches Ätzen entfernt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Maskierungsschicht170 , wenn die Maskierungsschicht170 auf einem Photoresist gebildet ist, beispielsweise durch einen Resist-Stripper entfernt. - Wie bei dem Ausführungsbeispiel von
4C dargestellt ist, wird eine eingebettete Maskenschicht167 im Graben166 und auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet, nachdem der Graben166 im Substrat160 gebildet und die Maskierungsschicht170 vom Substrat160 entfernt worden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht167 durch Aufwachsen eines ätzresistenten Materials im Graben166 und auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht167 durch Aufbringen des ätzresistenten Materials im Graben166 und auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet. Das ätzresistente Material umfaßt beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid, ein Siliziumcarbid oder einen beliebigen anderen geeigneten aufgebrachten oder thermisch aufgewachsenen Film. - Anschließend wird, wie in dem Ausführungsbeispiel von
4D dargestellt ist, eine Maskierungsschicht172 über der eingebetteten Maskenschicht167 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht172 mit einer oder mehreren Öffnungen173 strukturiert, um Bereiche einer eingebetteten Maskenschicht167 im Graben166 freizulegen. - Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht
172 durch Aufbringen oder Sprühbeschichten gebildet und durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um freigelegte Abschnitte der eingebetteten Maskenschicht167 zu de finieren. Spezieller ist die Maskierungsschicht172 strukturiert, um zu umreißen, wo die Löcher168 (4E ) in der eingebetteten Maskenschicht167 von der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet werden sollen. Vorzugsweise sind die Löcher168 in der eingebetteten Maskenschicht167 durch Ätzen gebildet, wie nachstehend beschrieben. Somit ist die Maskierungsschicht172 aus einem Material gebildet, das gegenüber einem Ätzmittel resistent ist, das zum Ätzen von Löchern168 in die eingebettete Maskenschicht167 verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Material ein Photoresist. - Anschließend werden die Löcher
168 , wie bei dem Ausführungsbeispiel von4E dargestellt, in der eingebetteten Maskenschicht167 gebildet. Die Löcher168 sind entlang der eingebetteten Maskenschicht167 im Graben166 voneinander beabstandet, um zu definieren, wo die Öffnung150 mit der ersten Seite162 des Substrats160 kommunizieren soll. Obgleich zwei Löcher168 dargestellt sind, die in der eingebetteten Maskenschicht167 gebildet sind, wird darauf hingewiesen, daß eine beliebige Anzahl von Löchern168 in der eingebetteten Maskenschicht167 gebildet sein kann. - Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Löcher
168 in der eingebetteten Maskenschicht167 durch Ätzen in die eingebettete Maskenschicht167 von der Seite162 des Substrats160 gebildet. Vorzugsweise werden die Löcher168 in die eingebettete Maskenschicht167 unter Verwendung eines anisotropen chemischen Ätzprozesses gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet der Ätzprozeß Löcher168 mit im wesentlichen parallelen Seiten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluorätzprozeß. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Trockenätzprozeß ein RIE-Prozeß (RIE = reactive ion etch = reaktives Ionenätzen). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Naßätzprozeß, wie z. B. ein BOE (BOE = buffered oxide etch – Gepuffertes-Oxid-Ätzprozeß). - Nachdem die Löcher
168 im Substrat160 gebildet worden sind, wird die Maskierungsschicht172 von der eingebetteten Maskenschicht167 abgezogen oder entfernt. Die eingebettete Maskenschicht167 als solche wird mit den Löchern168 offengelegt oder freigelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Maskierungsschicht172 , wenn die Maskierungsschicht172 aus einem Photoresist gebildet ist, beispielsweise durch einen Resist-Stripper entfernt. - Wie in dem Ausführungsbeispiel von
4F dargestellt ist, wird der Graben166 gefüllt, nachdem die Löcher168 in der eingebetteten Maskenschicht167 und der Maskierungsschicht172 gebildet worden sind. Der Graben166 wird durch Aufbringen eines Füllmaterials169 über der ersten Seite162 des Substrats160 und der eingebetteten Maskenschicht167 befüllt, um den Graben166 zu befüllen. Das Füllmaterial169 ist im Graben166 so angeordnet, um die Löcher168 der eingebetteten Maskenschicht167 zu füllen. Das Füllmaterial169 kann beispielsweise ein amorphes Material, ein amorphes Siliziummaterial oder ein polykristallines Siliziummaterial umfassen. - Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Füllmaterial
169 , nachdem das Füllmaterial169 im Graben166 angeordnet worden ist, planarisiert, um eine im wesentlichen flache Oberfläche zu erzeugen. Spezieller wird das Füllmaterial169 planarisiert, um die erste Seite162 des Substrats160 neu zu definieren. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Füllmaterial169 durch einen CMP-Prozeß (CMP = chemical mechanical polishing = chemisch-mechanisches Polieren) oder einen Resist-Rückätz-Prozeß planarisiert. Obgleich das Füllmaterial169 als an die eingebettete Maskenschicht167 planarisiert dargestellt ist, die auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet ist, gilt das Füllmaterial169 als im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfaßt, wenn es an das Substrat160 planarisiert ist. - Ebenfalls wird eine Maskierungsschicht
174 auf der zweiten Seite164 des Substrats160 gebildet, wie bei dem Ausführungsbeispiel von4F dargestellt ist. Die Maskierungsschicht174 ist strukturiert, um einen Bereich der zweiten Seite164 freizulegen und zu definieren, wo das Substrat160 geätzt werden soll, um einen ersten Abschnitt152 der Öffnung150 zu bilden (4G –4H ). - Anschließend wird ein erster Abschnitt
152 der Öffnung150 in das Substrat160 von der zweiten Seite164 geätzt, wie bei dem Ausführungsbeispiel von4G dargestellt ist. Als solcher ist der erste Abschnitt152 der Öffnung150 durch Ätzen eines freigelegten Abschnitts oder Bereichs des Substrats160 von der zweiten Seite164 zur ersten Seite162 hin gebildet. Das Ätzen in das Substrat160 von der zweiten Seite164 zur ersten Seite162 hin wird solange fortgesetzt, bis der erste Abschnitt152 der Öffnung150 an der eingebetteten Maskenschicht167 gebildet ist. - Wie bei dem Ausführungsbeispiel von
4H dargestellt ist, wird der zweite Abschnitt154 der Öffnung150 in das Füllmaterial169 , das die erste Seite162 des Substrats160 neu definiert, von der zweiten Seite164 durch den ersten Abschnitt152 und durch die Löcher168 der eingebetteten Maskenschicht167 geätzt, nachdem der erste Abschnitt152 der Öffnung150 gebildet worden ist. Das Ätzen in das Substrat160 von der zweiten Seite164 durch den ersten Abschnitt152 und durch die Löcher168 der eingebetteten Maskenschicht167 wird durch das Füllmaterial169 zur ersten Seite162 fortgesetzt, so daß der zweite Abschnitt154 der Öffnung150 gebildet ist. Als solche wird die Öffnung150 durch das Substrat160 gebildet. - Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Öffnung
150 einschließlich des ersten Abschnitts152 und des zweiten Abschnitts154 unter Verwendung eines anisotropen Ätzprozesses gebildet, der eine Öffnung150 mit im wesentlichen parallelen Seiten bildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluor- (SF6-) Ätzprozeß. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Trockenätzprozeß ein RIE-Prozeß und spezieller ein Tief-RIE-Prozeß (DRIE = deep reactive ion etch = Tief-Reaktiver-Ionen-Ätzprozeß). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt152 der Öffnung150 im Substrat160 durch einen Laserbearbeitungsprozeß gebildet. Anschließend wird der zweite Abschnitt154 der Öffnung150 im Substrat160 durch einen Trockenätzprozeß gebildet. - Während des Tief-RIE wird alternativ ein freigelegter Abschnitt mit einem reaktiven Ätzgas geätzt und beschichtet, bis ein Loch gebildet ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel erzeugt das reaktive Ätzgas ein Fluorradikal, das das Material chemisch und/oder physisch ätzt. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird eine Polymerbeschichtung, die gegenüber dem verwendeten Ätzmittel selektiv ist, auf die Innenoberflächen des zu bildenden Lochs einschließlich der Seitenwände und des Bodens aufgebracht. Die Beschichtung wird durch Verwendung eine Kohlenstoff-Fluorgases erzeugt, das (CF2)n, ein teflonartiges Material oder ein teflonerzeugendes Monomer, auf diesen Oberflächen anordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel verhindert das Polymer im wesentlichen ein Ätzen der Seitenwände während der anschließenden Ätzprozesse. Die Gase für das Ätzmittel wechseln sich mit den Gasen zum Bilden der Beschichtung auf der Innenseite des Lochs ab.
- Beim Ätzen des ersten Abschnitts
152 der Öffnung150 in das Substrat160 von der zweiten Seite164 dient die eingebettete Maskenschicht167 als eine Ätzstoppschicht, die eine Tiefe des ersten Abschnitts152 im wesentlichen begrenzt oder einrichtet. Als solches wird ein Bilden des ersten Abschnitts152 auf die eingebettete Maskenschicht167 fortgesetzt. Zusätzlich grenzen die Löcher168 der eingebetteten Maskenschicht167 im wesentlichen das Ätzen des Substrats160 einschließlich des Füllmaterials169 auf Bereiche in den Löchern168 ein und verhindern ein laterales Ätzen der Löcher168 , wenn der zweite Abschnitt154 in das Substrat160 von dem ersten Abschnitt152 geätzt wird. Somit steuern die Löcher168 , wo die Öffnung150 mit der ersten Seite 162 kommuniziert. Ferner führt ein Ätzen des ersten Abschnitts152 und des zweiten Abschnitts154 der Öffnung150 in das Substrat160 von der zweiten Seite164 zu einem CMOS-kompatiblen Prozeß (CMOS = complementary metal oxide semiconductor = komplementärer Metalloxidhalbleiter), wodurch die Öffnung150 gebildet werden kann, nachdem die integrierten Schaltungen auf der ersten Seite162 des Substrats160 gebildet worden sind. - Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf die Einbindung des Substrats
160 mit einer Öffnung150 , die in demselben gebildet ist, in eine Tintenstrahldruckkopfanordnung bezieht, wird darauf hingewiesen, daß das Substrat160 , das die Öffnung150 aufweist, die in demselben gebildet ist, in anderen Fluidausstoßsystemen beinhaltet sein kann, die Nichtdruck-Anwendungen oder -Systeme sowie andere Anwendungen mit fluidischen Kanälen durch ein Substrat umfassen, wie z. B. medizinische Geräte. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf Druckköpfe beschränkt, sondern ist auf andere geschlitzte Substrate anwendbar. - Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin zu Beschreibungszwecken eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben worden sind, werden Fachleute darauf hingewiesen, daß viele verschiedene alternative und/oder entsprechende Implementierungen, die laut Berechnung den gleichen Zweck erzielen sollen, durch die spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, die hierin gezeigt und beschrieben sind, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute in der Chemie, Mechanik, Elektromechanik, Elektrotechnik und Informatik werden ohne weiteres erkennen, daß die vorliegende Erfindung in sehr vielen verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiert sein kann. Diese Anmeldung soll beliebige Anpassungen und Variationen der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die hierin erörtert wurden, abdecken. Daher wird die feste Absicht verfolgt, daß diese Erfindung nur durch die Ansprüche und die Entsprechungen derselben beschränkt sein soll.
Claims (36)
- Verfahren zum Bilden einer Öffnung (
150 ) durch ein Substrat (160 ) mit einer ersten Seite (162 ) und einer zweiten Seite (164 ) gegenüber der ersten Seite, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden eines Grabens (166 ) in der ersten Seite des Substrats (160 ); Bilden einer Maskenschicht (167 ) innerhalb des Grabens (166 ); Bilden von zumindest einem Loch (168 ) in der Maskenschicht; Befüllen des Grabens (166 ) und des zumindest einen Lochs (168 ); Bilden eines ersten Abschnitts (152 ) der Öffnung (150 ) in dem Substrat (160 ) von der zweiten Seite des Substrats (160 ) zur Maskenschicht (167 ); und Bilden eines zweiten Abschnitts (154 ) der Öffnung (150 ) in dem Substrat (160 ) von der zweiten Seite des Substrats (160 ) durch das zumindest eine Loch (168 ) in der Maskenschicht (167 ) zur ersten Seite des Substrats. - Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat (
160 ) aus Silizium gebildet ist. - Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bilden des Grabens (
166 ) in der ersten Seite des Substrats (160 ) ein Ätzen in das Substrat (160 ) von der ersten Seite umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bilden der Maskenschicht (
167 ) innerhalb des Grabens (166 ) zumindest entweder ein Aufwachsen oder ein Aufbringen eines ätzresistenten Materials innerhalb des Grabens (166 ) umfaßt. - Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das ätzresistente Material entweder ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid oder ein Siliziumcarbid umfaßt.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Bilden des zumindest einen Lochs (
168 ) in der Maskenschicht (167 ) ein Ätzen in die Maskenschicht (167 ) von der ersten Seite des Substrats (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Bilden des zumindest einen Lochs (
168 ) in der Maskenschicht (167 ) ein Strukturieren der Maskenschicht (167 ) umfasst. - aVerfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Befüllen des Grabens (
166 ) und des zumindest einen Lochs (168 ) ein Neudefinieren der ersten Seite des Substrats (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Befüllen des Grabens (
166 ) ein Einbetten der Maskenschicht (167 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Befüllen des Grabens (
166 ) ein Befüllen des Grabens (166 ) mit entweder einem amorphen Material, einem amorphen Siliziummaterial oder einem polykristallinen Siliziummaterial umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Bilden des ersten Abschnitts (
152 ) der Öffnung (150 ) in dem Substrat (160 ) entweder ein Ätzen oder eine Laserbearbeitung in das Substrat (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Bilden des zweiten Abschnitts (
154 ) der Öffnung (150 ) in dem Substrat (160 ) ein Ätzen durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) umfaßt. - Verfahren zum Bilden eines Substrats (
160 ) für eine Fluidausstoßvorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden eines Grabens (166 ) in der ersten Seite des Substrats (160 ); Bilden einer Maskenschicht (167 ) innerhalb des Grabens (166 ); Bilden von zumindest einem Loch (168 ) in der Maskenschicht (167 ); Befüllen des Grabens (166 ) und des zumindest einen Lochs (168 ); Bilden einer Fluidöffnung durch das Substrat (160 ), das ein Bilden eines Fluidkanals in dem Substrat (160 ) von einer zweiten Seite des Substrats (160 ) gegenüber der ersten Seite zur Maskenschicht (167 ) und ein Bilden eines Fluidzuführlochs in dem Substrat (160 ) durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) zur ersten Seite des Substrats (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem das Substrat (
160 ) aus Silizium gebildet ist. - Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Bilden des Grabens (
166 ) in der ersten Seite des Sub strats (160 ) ein Ätzen in das Substrat (160 ) von der ersten Seite umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Bilden der Maskenschicht (
167 ) innerhalb des Grabens (166 ) zumindest entweder ein Aufwachsen oder ein Aufbringen eines ätzresistenten Materials innerhalb des Grabens (166 ) umfaßt. - Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das ätzresistente Material entweder ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid oder ein Siliziumcarbid umfaßt.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem das Formen des zumindest einen Lochs (
168 ) in der Maskenschicht (167 ) ein Ätzen in die Maskenschicht (167 ) von der ersten Seite des Substrats (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem das Bilden des zumindest einen Lochs (
168 ) in der Maskenschicht (167 ) ein Strukturieren der Maskenschicht (167 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem das Befüllen des Grabens (
166 ) und des zumindest einen Lochs (168 ) ein Neudefinieren der ersten Seite des Substrats (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem ein Befüllen des Grabens (
166 ) ein Einbetten der Maskenschicht (167 ) umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem das Befüllen des Grabens (
166 ) ein Befüllen des Grabens (166 ) mit entweder einem amorphen Material, einem amorphen Siliziummaterial oder einem polykristallinen Siliziummaterial umfaßt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem das Bilden des Fluidkanals in dem Substrat (
160 ) entweder ein Ätzen oder eine Laserbearbeitung in dem Substrat (160 ) umfaßt. - Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem das Bilden des Fluidzuführlochs in dem Substrat (
160 ) ein Ätzen durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) umfaßt. - Substrat (
160 ) für eine Fluidausstoßvorrichtung, wobei das Substrat (160 ) folgende Merkmale aufweist: eine erste Seite (162 ) mit einem Graben (166 ), der in derselben gebildet ist; eine zweite Seite (164 ) gegenüber der ersten Seite; eine Maskenschicht (167 ), die in dem Graben (166 ) der ersten Seite gebildet ist, wobei die Maskenschicht ein Loch (168 ) aufweist, das in derselben gebildet ist; ein Füllmaterial (169 ), das in dem Graben (166 ) der ersten Seite über der Maskenschicht (167 ) angeordnet ist; und eine Öffnung (150 ), die mit der ersten Seite und der zweiten Seite kommuniziert, wobei ein erster Abschnitt (152 ) der Öffnung (150 ) sich von der zweiten Seite zur Maskenschicht (167 ) erstreckt und ein zweiter Abschnitt (154 ) der Öffnung (150 ) sich durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) und das Füllmaterial zur ersten Seite erstreckt. - Substrat (
160 ) gemäß Anspruch 25, bei dem das Substrat (160 ) aus Silizium gebildet ist. - Substrat (
160 ) gemäß Anspruch 25 oder 26, bei dem der Graben (166 ) in die erste Seite geätzt ist. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem die Maskenschicht (167 ) ein ätzresistentes Material umfaßt, wobei das ätzresistente Material in den Graben (166 ) entweder aufgewachsen oder aufgebracht ist. - Substrat (
160 ) gemäß Anspruch 28, bei dem das ätzresistente Material entweder ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid oder ein Siliziumcarbid umfaßt. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) in die Maskenschicht von der ersten Seite geätzt ist. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, bei dem das Füllmaterial die erste Seite definiert. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 31, bei dem das Füllmaterial die Maskenschicht (167 ) in dem Substrat (160 ) einbettet. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32, bei dem das Füllmaterial entweder ein amorphes Material, ein amorphes Siliziummaterial oder ein polykristallines Siliziummaterial umfaßt. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, bei dem der erste Abschnitt (152 ) der Öffnung (150 ) entweder in die zweite Seite geätzt oder gelasert ist. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 34, bei dem der zweite Abschnitt (154 ) der Öffnung (150 ) durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht (167 ) und das Füllmaterial von der zweiten Seite geätzt ist. - Substrat (
160 ) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 35, bei dem die Fluidausstoßvorrichtung ein Tropfenausstoßelement (131 ) umfaßt, das auf der ersten Seite gebildet ist.
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