KR100963740B1 - 기판을 관통하는 개구의 형성 방법 및 유체 분사 장치용기판 - Google Patents
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Abstract
기판(60)을 관통하는 개구(50, 50', 150, 150')의 형성 방법은 개구의 제 1 부분(52, 152)을 형성하기 위해 제 1 측면(62)으로부터 기판 내로 에칭하는 단계와, 개구의 제 2 부분(54, 154)을 형성하기 위해 제 1 측면과 대향하는 제 2 측면(64)으로부터 기판 내로 에칭하는 단계와, 개구의 제 1 부분과 제 2 부분을 연통시키기 위해 제 1 측면과 제 2 측면 중 적어도 하나로부터 제 1 측면과 제 2 측면 중 나머지 하나를 향해 기판 내로 계속하여 에칭하는 단계와, 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면(55, 155)으로부터 기판 내로 에칭하는 단계로서, 기판의 제 2 측면을 향해 에칭하는 단계와 개구의 제 3 부분(56, 56', 156)을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 에칭 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄 시스템의 일 실시예를 도시하는 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 유체 분사 장치의 일부의 일 실시예를 도시하는 개략적인 단면도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 3d는 도 3c의 개구의 주물(casting)의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구의 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 4d는 도 4c의 개구의 주물의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구 형성 단계의 일 실시예를 도시하는 개략적인 측단면도,
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구 형성 단계의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 측단면도,
도 7은 종래의 한쌍의 관통 개구를 포함하는 기판의 일 실시예를 도시하는 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 한쌍의 관통 개구를 포함하는 기판의 일 실시예를 도시하는 평면도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구의 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 10a 내지 도 10f는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 개구 형성 단계의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 측단면도,
도 11a는 본 발명에 따른 기판을 관통하는 한쌍의 개구의 주물의 일 실시예를 도시하는 평면 사시도,
도 11b는 도 11a의 주물의 저면 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 한쌍의 관통 개구를 포함하는 기판의 다른 실시예를 도시하는 평면도,
도 13은 본 발명에 따른 한쌍의 관통 개구를 포함하는 기판의 다른 실시예를 도시하는 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 잉크젯 인쇄 시스템 12 : 잉크젯 프린트 헤드 조립체
14 : 잉크 공급 조립체 16 : 장착 조립체
18 : 매체 이송 조립체 20 : 전자 제어기
50 : 개구 60 : 기판
본 발명은 유체 분사 장치에 관한 것이며, 특히 유체 분사 장치용 기판에 관한 것이다.
프린트 헤드와 같은 몇몇 유체 분사 장치에 있어서, 방울 분사 요소는 기판상에 형성되고 유체는 기판 내의 개구 또는 슬롯을 통해 방울 분사 요소의 분사 챔버에 보내진다. 종종, 기판은 실리콘 웨이퍼이고 슬롯은 화학적 에칭에 의해 웨이퍼에 형성된다. 그러나, 현재의 화학적 에칭 처리에 의하면 에칭 각도에 의해 기판 내에 슬롯의 매우 넓은 배면 개구를 발생시킨다. 기판의 배면은 방울 분사 요소가 형성되는 측면의 대향측의 기판 측면으로 규정된다.
불행히도, 넓은 배면 슬롯 개구는 서로 가까운 슬롯이 특정 다이(die)에 형성될 수 있는 것을 제한한다. 넓은 배면 슬롯 개구는 기판 배면의 유용 면적을 감소시킨다. 예를 들면, 넓은 배면 슬롯 개구는 기판 배면의 접착 면적을 감소시킨다.
따라서, 기판의 배면 내의 개구의 사이즈를 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예는 기판을 관통하는 개구를 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 개구의 제 1 부분을 형성하기 위해 제 1 측면으로부터 기판 내로 에칭하는 단계와, 개구의 제 2 부분을 형성하기 위해 제 1 측면과 대향된 제 2 측면으로부터 기판 내로 에칭하는 단계와, 개구의 제 1 부분 및 제 2 부분을 연통시키도록 제 1 측면 및 제 2 측면 중 적어도 하나로부터 제 1 측면 및 제 2 측면 중 나머지 하나를 향해 기판 내로 계속하여 에칭하는 단계와, 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 기판 내로 에칭하는 단계로서, 기판의 제 2 측면을 향해 에칭하는 단계와 개구의 제 3 부분을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 에칭 단계를 포함한다.
바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명에 있어서, 본원의 일부를 구성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예의 예시를 위해 도시된 첨부도면을 참조한다. 이에 관해서는, "상부", "하부", "정면", "배면", "전(leading)", "후(trailing)" 등과 같은 방향 용어는 도시되는 도면의 방향을 기준으로 사용된다. 본 발명의 구성요소가 다수의 상이한 방향으로 위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 도시 목적으로 사용되고 제한적인 방법으로는 사용되지 않는다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예가 사용될 수 있으며, 구조적 또는 논리적 변화가 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 하기의 상세한 설명은 제한적인 의도로 기술된 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정된다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 잉크젯 인쇄 시스템(10)은 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12), 잉크 공급 조립체(14), 장착 조립체(16), 매체 이송 조립체(18) 및 전자 제어기(20)를 포함한다. 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성되고, 인쇄 매체(19) 상에 인쇄하기 위해 잉크 방울을 다수의 오리피스 또는 노즐(13)을 통해 인쇄 매체(19) 상으로 분사시키는 하나 또는 그 이상의 프린트 헤드 또는 유체 분사 장치를 포함한다. 인쇄 매체(19)는 종이, 카드 스톡, 투명지, 마일러(Mylar) 등과 같은 적절한 형태의 시트 재료이다. 일반적으로, 노즐(13)은 하나 또는 그 이상의 칼럼 또는 어레이로 배열되어, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12) 및 프린트 매체(19)가 서로에 대해 이동함에 따라 노즐(13)로부터의 잉크의 적절한 순차적인 분사는 문자, 기호, 및/또는 다른 그림 또는 이미지가 인쇄 매체(19) 상에 인쇄되도록 한다.
잉크 공급 조립체(14)는 잉크를 프린트 헤드 조립체(12)에 공급하며, 잉크를 저장하기 위한 용기(15)를 포함한다. 이와 같이, 잉크는 용기(15)로부터 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)로 유동한다. 잉크 공급 조립체(14) 및 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 단방향 잉크 이송 시스템 또는 재순환 잉크 이송 시스템을 형성할 수 있다. 단방향 잉크 이송 시스템에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)에 공급된 실질적인 모든 잉크는 인쇄 동안 소비된다. 그러나, 재순환 잉크 이송 시스템에 있어서, 프린트 헤드 조립체(12)로 공급된 잉크 중 일부만이 인쇄 동안 소비된다. 이와 같이, 인쇄 동안 소비되지 않은 잉크의 일부는 잉크 공급 조립체(14)로 복귀된다.
일 실시예에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12) 및 잉크 공급 조립체(14)는 함께 잉크젯 카트리지 또는 펜(pen) 내에 내장된다. 다른 실시예에 있어서, 잉크 공급 조립체(14)는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)와 분리되고, 공급 튜브와 같은 계면 연결부를 통해 잉크를 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)로 공급한다. 다른 실시예에 있어서, 잉크 공급 조립체(14)의 용기(15)는 제거되고, 교체되거나, 및/또는 재충전될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12) 및 잉크 공급 조립체(14)는 함께 잉크젯 카트리지 내에 내장되고, 용기(15)는 카트리지 내에 위치된 로컬(local) 용기 및/또는 카트리지로부터 떨어져 위치된 보다 큰 용기를 포함한다. 이와 같이, 분리된 보다 큰 용기는 로컬 용기를 충전하는 기능을 한다. 따라서, 분리된 보다 큰 용기 및/또는 로컬 용기는 제거되고, 교체되며 및/또는 재충전될 수 있다.
장착 조립체(16)는 매체 이송 조립체(18)에 대해 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)를 위치시키고, 매체 이송 조립체(18)는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)에 대해 인쇄 매체(19)를 위치시킨다. 따라서, 인쇄 영역(17)은 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)와 인쇄 매체(19) 사이의 영역에서 노즐(13)에 근접하여 규정된다. 일 실시예에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 스캐닝 형태의 프린트 헤드 조립체이다. 마찬가지로, 장착 조립체(16)는 인쇄 매체(19)를 스캔하도록 매체 이송 조립체(18)에 대해 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)를 이동시키기 위한 캐리지를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 비스캐닝 형태의 프린트 헤드 조립체이다. 마찬가지로, 장착 조립체(16)는 매체 이송 조립체(18)에 대해 소정의 위치에 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)를 고정한다. 따라서, 매체 이송 조립체(18)는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)에 대해 인쇄 매체(19)를 위치시킨다.
전자 제어기(20)는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12), 장착 조립체(16) 및 매체 이송 조립체(18)와 연통한다. 전자 제어기(20)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터 데이터(21)를 전송받으며, 데이터(21)를 임시적으로 저장하기 위한 메모리를 구비한다. 일반적으로, 데이터(21)는 전자, 적외선 또는 다른 정보 이송 경로를 따라 잉크젯 인쇄 시스템(10)에 전송된다. 데이터(21)는 예를 들면 인쇄될 문서 및/또는 파일을 나타낸다. 마찬가지로, 데이터(21)는 잉크젯 인쇄 시스템(10)용 인쇄 작업을 이루며, 하나 또는 그 이상의 인쇄 작업 명령 및/또는 명령 변수를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 전자 제어기(20)는 노즐로부터 잉크 방울의 분사를 위한 타이밍 제어를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)의 제어를 제공한다. 마찬가지로, 전자 제어기(20)는 인쇄 매체(19) 상에 문자, 기호 및/또는 다른 그림 또는 이미지를 형성하는 분사되는 잉크 방울의 패턴을 규정한다. 타이밍 제어, 및 그에 따른 분사된 잉크 방울의 패턴은 인쇄 작업 명령 및/또는 명령 변수에 의해 결정된다. 일 실시예에 있어서, 전자 제어기(20)의 일부를 형성하는 논리 및 구동 회로는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)에 위치된다. 다른 실시예에 있어서, 논리 및 구동 회로는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12) 밖에 위치된다.
도 2는 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)의 일부의 일 실시예를 도시한다. 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 인쇄 또는 방울 분사 요소(30)의 어레이를 포함한다. 방울 분사 요소(30)는 기판 내에 형성된 잉크 공급 슬롯(42)을 갖는 기판(40)상에 형성된다. 마찬가지로, 잉크 공급 슬롯(42)은 방울 분사 요소(30)에 대해 액체 잉크의 서플라이를 제공한다. 각각의 방울 분사 요소(30)는 박막 구조체(32), 오리피스 층(34) 및 발사 레지스터(firing resistor)(38)를 포함한다. 박막 구조체(32)는 그 내부에 형성되었으며 기판(40)의 잉크 공급 슬롯(42)과 연통하는 잉크 공급 채널(33)을 갖는다. 오리피스 층(34)은 전방 표면(35) 및 이 전방 표면(35)에 형성된 노즐 개구(36)를 구비한다. 또한 오리피스 층(34)은 그 내부에 형성되었으며 노즐 개구(36) 및 박막 구조체(32)의 잉크 공급 채널(33)과 연통하는 노즐 챔버(37)를 구비한다. 발사 레지스터(38)는 노즐 챔버(37) 내에 위치되고, 발사 레지스터(38)를 구동 신호 및 접지에 전기적으로 연결하는 리드(leads)(39)를 구비한다.
인쇄 동안, 잉크는 잉크 공급 채널(33)을 통해 잉크 공급 슬롯(42)으로부터 노즐 챔버(37)로 유동한다. 노즐 개구(36)는 발사 레지스터(38)의 가전 시에 잉크 방울이 노즐 개구(36)[발사 레지스터(38)의 평면에 수직함]를 통해 노즐 챔버(37)로부터 인쇄 매체 쪽으로 분사되도록 발사 레지스터(38)와 작동식으로 결합된다.
잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)의 예시적인 실시예는 열 프린트 헤드, 압전 프린트 헤드, 플렉스-텐션널(flex-tensional) 프린트 헤드, 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 형태의 유체 분사 장치를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)는 완전히 일체화된 열 잉크젯 프린트 헤드이다. 마찬가지로, 기판(40)은 예를 들면 실리콘, 유리, 또는 적절한 중합체에 의해 형성되고, 박막 구조체(32)는 이산화 규소, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 탄탈륨, 폴리-실리콘 유리, 또는 다른 적절한 재료의 하나 또는 그 이상의 비활성 또는 절연 층에 의해 형성된다. 또한, 박막 구조체(32)는 발사 레지스터(38) 및 리드(39)를 규정하는 도전 층을 포함한다. 이 도전 층은 예를 들면 알루미늄, 금, 탄탈륨, 탄탈륨-알루미늄, 또는 다른 금속 또는 금속 합금에 의해 형성된다.
도 3a 내지 도 3d는 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 일 실시예를 도시한다. 기판(60)은 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 구비한다. 제 2 측면(64)은 제 1 측면(62)과 대향되며, 일 실시예에 있어서, 제 1 측면(62)과 실질적으로 평행하게 배향된다. 개구(50)는 기판(60)을 관통하는 채널 또는 통로를 제공하기 위해 기판(60)의 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)과 연통한다.
일 실시예에 있어서, 기판(60)은 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)의 기판(40)을 나타내고, 개구(50)는 기판(40)에 형성된 잉크 공급 슬롯(42)을 나타낸다. 마찬가지로, 잉크젯 프린트 헤드 조립체(12)의 방울 분사 요소(30)는 기판(60)의 제 1 측면(62) 상에 형성된다. 따라서, 제 1 측면(62)은 기판(60)의 전면(frontside)을 형성하고, 제 2 측면(64)은 기판(60)의 배면을 형성하며, 잉크는 개구(50)를 통해 유동하고 따라서 배면에서 전면까지 기판(60)을 통과한다. 따라서, 개구(50)는 잉크가 기판(60)을 관통하여 방울 분사 요소(30)와 연통하기 위한 유체 채널을 제공한다.
도 3a의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(50)는 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54)을 포함한다. 개구(50)의 제 1 부분(52)은 기판(60)의 제 1 측면(62)에 형성되고 이 제 1 측면과 연통하며, 개구(50)의 제 2 부분(54)은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 형성되고 이 제 2 측면과 연통한다. 마찬가지로, 제 1 부분(52)은 제 1 측면(62)에 구멍(63)을 형성하고, 제 2 부분(54)은 제 2 측면(64)에 구멍(65)을 형성한다. 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)은 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 부분을 형성하도록 서로 연통한다.
일 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 1 부분(52)은 기다란 슬롯 또는 채널의 형상이며 실질적으로 V자형 또는 역삼각형 단면을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 1 부분(52)은 실질적으로 사다리꼴 단면을 갖는다. 또한, 일 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 2 부분(54)은 다면체 형상이고 실질적으로 삼각형 단면을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 2 부분(54)은 실질적으로 사다리꼴 단면을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 부분(52)의 오목부는 제 2 부분(54)의 팁(tip)과 연통한다. 마찬가지로, 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54)은 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 부분을 형성하도록 연통 또는 접촉한다.
도 3b의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(50)는 제 3 부분(56)을 또한 구비한다. 개구(50)의 제 3 부분(56)은 기판(60) 내에 형성되고 개구(50)의 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에서 연장한다. 특히, 제 3 부분(56)은 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에 형성된 계면(55)으로부터 제 2 측면(64) 쪽으로 연장한다. 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54)을 오버에칭(overetching)시킴으로써 제 3 부분(56)을 형성하는 일 실시예가 도 5d 내지 도 5f를 참조하여 하기에 도시되고 상술되어 있다.
제 3 부분(56)의 일 측면은 제 1 부분(52)과 연통하고, 제 3 부분(56)의 인접 측면은 제 2 부분(54)과 연통하며, 제 3 부분(56)의 다른 측면은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62) 쪽을 향해 제 1 부분(52)으로 연장한다. 따라서, 제 3 부분(56)은 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 추가적인 부분을 형성하도록 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)과 연통한다. 일 실시예에 있어서, 제 3 부분(56)은 제 2 부분(54)의 양 대향 측면으로부터 연장한다. 그러나 제 3 부분(56)이 제 2 부분(54)의 일 측면에서만 연장하는 것은 본 발명의 범위 내이다.
일 실시예에 있어서, 후술하는 바와 같이 제 3 부분(56)은 기판(60)의 로우-인덱스(low-index) 평면을 따라서 에칭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 3 부분(56)은 실질적인 삼각형 프로파일 및 실질적인 사다리꼴 단면을 가지며, 이것은 제 2 부분(54)과 제 1 부분(52) 사이에서 크기가 감소한다. 특히, 제 3 부분(56)의 실질적인 사다리꼴 단면은 개구(50)의 제 2 부분(54)의 측면에서 개구(50)의 제 1 부분(52)의 단부를 향해 크기가 감소한다. 마찬가지로, 제 3 부분(56)의 베이스는 제 2 부분(54)의 측면과 연통하고 제 3 부분(56)의 팁은 제 1 부분(52)과 연통한다.
도 3c의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56)은 서로 연통하여 기판(60)을 관통하는 개구(50)를 형성한다. 특히, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56)은 제 1 측면(62)내의 구멍(63)이 제 2 측면(64)내의 구멍(65)과 연통하도록 조합된다. 마찬가지로, 개구(50)는 기판(60)을 관통하는 채널 또는 통로를 제공한다.
본 발명의 명확성을 위해, 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 주물(70)이 도 3d의 실시예에 도시되어 있다. 주물(70)에 의하면, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56)에 의해 형성된 조합된 개구(50)가 실선으로 도시되어 있다.
개구(50)의 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56)은 후술하는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 형성된다. 제 1 부분(52)은 제 2 부분(54) 전에, 제 2 부분(54) 후에, 및/또는 제 2 부분(54)과 동시에 형성될 수 있거나, 또는 제 2 부분(54)은 제 1 부분(52) 전에, 제 1 부분(52) 후에, 및/또는 제 1 부분(52)과 동시에 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 1 부분(52)이 제일 먼저 형성되고 기판(60) 내에서 자체 종단된다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 2 부분(54)은 제 1 부분(52)과 연통하도록 두 번째로 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 2 부분(54)은 제일 먼저 형성되고 기판(60) 내에서 자체 종단된다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 1 부분(52)은 제 2 부분(54)과 연통하도록 두 번째로 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 개구(50)의 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54)은 동시에 형성된다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 1 부분(52)은 기판(60) 내에서 자체 종단되고 개구(50)의 제 2 부분(54)은 제 1 부분(52)과 연통하도록 형성된다.
도 4a 내지 도 4d는 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 다른 실시예를 도시한다. 개구(50')는 개구(50)와 마찬가지로 기판(60)을 관통하는 채널 또는 통로를 제공하도록 기판(60)의 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)과 연통하다. 도 4a의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(50')는 전술된 개구(50)를 참조했을 때 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)을 구비한다.
도 4b의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(50')는 제 3 부분(56')을 또한 구비한다. 개구(50')의 제 3 부분(56')은 개구(50)의 제 3 부분(56)과 마찬가지로 기판(60)에 형성되고 개구(50')의 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에서 연장한다. 특히, 제 3 부분(56')은 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에 형성된 계면(55)으로부터 제 2 측면(64) 쪽으로 연장한다. 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54)을 오버에칭함으로써 제 3 부분(56')을 형성하는 일 실시예가 도 6d 내지 도 6f를 참조하여 하기에 도시되고 상술되어 있다.
제 3 부분(56')의 일 측면은 제 1 부분(52)과 연통하고, 제 3 부분(56')의 인접 측면은 제 2 부분(54)과 연통하며, 제 3 부분(56')의 다른 측면은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 제 1 부분(52)으로 연장한다. 따라서, 제 3 부분(56')은 기판(60)을 관통하는 개구(50')의 추가적인 부분을 형성하도록 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)과 연통한다. 일 실시예에 있어서, 제 3 부분(56')은 제 2 부분(54)의 양 대향 측면으로부터 연장한다. 그러나, 제 3 부분(56')이 제 2 부분(54)의 일 측면에서만 연장하는 것은 본 발명의 범위 내이다.
일 실시예에 있어서, 후술하는 바와 같이 제 3 부분(56')은 기판(60)의 하이-인덱스(high-index) 평면을 따라서 에칭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 개구(50')의 제 3 부분(56')은 일정 각도로 배향되거나 끝이 잘라졌으며 실질적인 다이아몬드형 베이스를 갖는 다면체 형상이다. 따라서, 제 3 부분(56')은 제 2 부분(54)과 제 1 부분(52) 사이에서 크기가 감소하는 실질적인 다이아몬드형 단면을 갖는다. 특히, 제 3 부분(56')의 실질적인 다이아몬드형 단면은 개구(50')의 제 2 부분(54)의 측면에서 개구(50')의 제 1 부분(52)의 단부를 향해 크기가 감소한다. 마찬가지로, 제 3 부분(56')의 베이스는 제 2 부분(54)의 측면과 연통하고 제 3 부분(56')의 팁은 제 1 부분(52)과 연통한다. 또한, 제 3 부분(56')은 개구(50')의 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에 복합 표면을 형성한다. 복합 표면은 예를 들면 제 2 부분(54)의 측면과 제 1 부분(52)의 단부 사이에서 연장하고 이 제 2 부분(54)의 측면에서 이 제 1 부분(52)의 단부를 향해 감소되는 대향하는 실질적인 V자형 표면을 갖는다.
도 4c의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56')은 서로 연통하여 기판(60)을 관통하는 개구(50')를 형성한다. 특히, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56')은 제 1 측면(62)내의 구멍(63)이 제 2 측면(64)내의 구멍(65)과 연통하도록 조합된다. 마찬가지로, 개구(50')는 기판(60)을 관통하는 채널 또는 통로를 제공한다.
본 발명의 명확성을 위해, 기판(60)을 관통하는 개구(50')의 주물(70')이 도 4d의 실시예에 도시되어 있다. 주물(70')에 의하면, 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56')에 의해 형성된 조합된 개구(50')가 실선으로 도시되어 있다.
개구(50')의 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56')은 후술하는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 형성된다. 또한, 위에서 개구(50)를 참조하여 상술한 바와 같이, 제 1 부분(52)은 제 2 부분(54) 전에, 제 2 부분(54) 후에, 및/또는 제 2 부분(54)과 동시에 형성될 수 있거나, 또는 제 2 부분(54)은 제 1 부분(52) 전에, 제 1 부분(52) 후에, 및/또는 제 1 부분(52)과 동시에 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f 및 도 6a 내지 도 6f는 각기 기판(60)을 관통하는 개구(50) 및 개구(50')를 형성하는 일 실시예를 도시한다. 도 5a 내지 도 5f 및 도 6a 내지 도 6f 각각은 각기 기판(60)을 관통하는 개구(50) 및 개구(50')를 형성하는 단계의 개략적인 단부도 및 측면도를 포함한다. 따라서, 개략적인 측면도는 제 1 방향에서의 단면도를 나타내고, 개략적인 단부도는 제 1 방향과 실질적으로 수직한 제 2 방향에서의 단면도를 나타낸다. 단지 하나의 개구(50) 및 개구(50')가 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 다수의 개구(50) 및/또는 개구(50')가 기판(60)을 관통해 형성될 수 있음을 알 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기판(60)은 실리콘 기판이고, 개구(50) 및 개구(50')는 화학적 에칭에 의해 기판(60)에 형성된다. 바람직하게는, 개구(50) 및 개구(50')는 이방성 화학적 에칭 처리를 이용해 형성된다. 특히, 화학적 에칭 처리는 습식 에칭 처리이며 테트라-메틸 암모늄 하이드로사이드(tetra-methyl ammonium hydroxide : TMAH), 포타슘 하이드로사이드(KOH)와 같은 습식 이방성 에칭액, 또는 다른 알칼리성 에칭액을 사용한다. 마찬가지로, 기판(60)을 관통하는 개구(50) 및 개구(50')의 형상은 후술하는 바와 같이 실리콘 기판의 결정 평면(crystalline planes)에 의해 규정된다. 실리콘 기판의 상이한 결정 평면은 예를 들면 습식 이방성 에칭액의 농도를 변화시킴으로써 에칭된다.
도 5a 및 도 6a의 실시예에 도시된 바와 같이, 기판(60)이 에칭되기 전에, 마스크 층(masking layers)(72, 74)이 기판(60)에 형성된다. 특히, 마스크 층(72)은 기판(60)의 제 1 측면(62)에 형성되고 마스크 층(74)은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 형성된다. 마스크 층(72, 74)은 각기 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)의 에칭을 선택적으로 제어 및 차단하도록 사용된다. 마찬가지로, 마스크 층(72)은 기판(60)의 제 1 측면(62)을 따라서 형성되고, 제 1 측면(62)의 영역을 노출시키도록 패턴 형성되며, 구멍(63) 및 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)을 형성하도록 기판(60)이 에칭될 곳을 규정한다. 또한, 마스크 층(74)은 기판(60)의 제 2 측면(64)을 따라서 형성되고, 제 2 측면(64)의 영역을 노출시키도록 패턴 형성되며, 구멍(66) 및 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)을 형성하도록 기판(60)이 에칭될 곳을 규정한다. 마스크 층(72) 및/또는 마스크 층(74)은 각기 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64) 상에 형성된 하나 또는 그 이상의 층을 포함함을 알 수 있다.
일 실시예에 있어서, 마스크 층(72, 74)은 침착에 의해 형성되며 기판(60)의 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)의 노출 부분을 규정하기 위한 포토리소그래피 및 에칭에 의해 패턴 형성된다. 특히, 마스크 층(72)은 제 1 측면(62)에 구멍(63) 및 제 1 측면(62)으로부터 기판(60) 내에 형성될 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)의 윤곽을 나타내도록 패턴 형성된다. 또한, 마스크 층(74)은 제 2 측면(64)에 구멍(65) 및 제 2 측면(64)으로부터 기판(60) 내에 형성될 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)의 윤곽을 나타내도록 패턴 형성된다. 마스크 층(72, 74)은 각기 전술한 바와 같이 기판(60)을 에칭하기 위해 사용되는 에칭액에 대해 저항성을 갖는 재료로 형성된다. 마스크 층(72, 74)에 적합한 재료의 예는 이산화 규소 또는 실리콘 니트라이드를 포함한다.
다음으로, 도 5b 및 도 6b의 실시예에 도시된 바와 같이 구멍(63)은 기판(60)의 제 1 측면(62)에 에칭되고, 구멍(65)은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 에칭된다. 마찬가지로, 구멍(63)은 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)의 일부로서 형성되고, 구멍(65)은 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)의 일부로서 형성된다. 따라서, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)은 제 1 측면(62)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 기판(60)을 에칭함으로써 형성되고, 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 기판(60)을 에칭함으로써 형성된다.
바람직하게는, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)은 전술한 바와 같이 이방성 습식 에칭 처리를 사용함으로써 형성된다. 마찬가지로, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)은 기판(60)의 결정 평면(76)을 뒤따르며, 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 기판(60)의 결정 평면(77)을 뒤따른다. 일 실시예에 있어서, 기판(60)은 <100> Si 결정 방향을 가지며 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)의 습식 이방성 에칭은 기판(60)의 <111> Si 평면을 뒤따른다. 마찬가지로, 결정 평면(76, 77)은 기판(60)의 <111> Si 평면을 포함한다. 따라서, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)의 측면 및 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)의 부분은 약 54°의 각도로 배향된다. 기판(60)의 <111> Si 평면은 2진(binary)("0", "1") 평면이며 기판(60)의 로우-인덱스 평면을 나타낸다. 상이한 결정 방향을 갖는 웨이퍼를 사용할 때 이용될 수 있는 로우-인덱스 평면의 다른 실시예는 <100> 및 <110> Si 평면을 포함한다.
도 5c 및 도 6c의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 측면(62)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 및/또는 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 개구(50, 50')의 제 1 부분(52) 및 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)이 접촉 또는 연통하도록 계속된다. 마찬가지로, 계면(55)은 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이에 형성된다. 또한, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)은 제 1 측면(62)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 수렴하고, 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 수렴한다. 마찬가지로, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)은 제 1 측면(62)에서 가장 넓고, 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 제 2 측면(64)에서 가장 넓다. 전술한 바와 같이, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)은 제 2 부분(54) 전에, 제 2 부분(54) 후에, 및/또는 제 2 부분(54)과 동시에 형성될 수 있으며, 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 제 1 부분(52) 전에, 제 1 부분(52) 후에, 및/또는 제 1 부분(52)과 동시에 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5d 및 도 6d의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56')은 기판(60)을 에칭함으로써 각기 개구(50) 및 개구(50')의 제 1 부분(52)과 제 2 부분(54) 사이의 계면(55)에 형성된다. 일 실시예에 있어서, 기판(60)은 계면(55)으로부터 기판(60)의 제 1 측면(62)을 향해서 및 계면(55)으로부터 기판(60)의 제 2 측면(64)을 향해서 에칭된다. 특히, 제 3 부분(56, 56')은 각기 도 5d 및 도 6d의 단부도에 도시된 바와 같이 계면(55)으로부터 제 1 측면(62)에 대해 일정 각도로 이 제 1 측면(62)을 향해서, 및 도 5d 및 도 6d의 측면도에 도시된 바와 같이 계면(55)으로부터 제 2 측면(64)에 대해 일정 각도로 이 제 2 측면(64)을 향해서 기판(60)을 에칭함으로써 형성된다. 마찬가지로, 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)은 각기 오버에칭되어 제 3 부분(56, 56')을 형성한다. 바람직하게는, 제 3 부분(56, 56')이 에칭되는 각도는 제 1 측면(62) 및/또는 제 2 측면(64)에 평행하지 않고 수직하지 않다.
바람직하게는, 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56')은 각기 전술한 바와 같이 이방성 에칭 처리를 사용함으로써 형성된다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56')은 각기 기판(60)의 결정 평면(78)을 뒤따른다. 일 실시예에 있어서, 제 3 부분(56)의 습식 이방성 에칭은 기판(60)의 <111> Si 평면을 뒤따라서, 개구(50)의 제 3 부분(56)의 측면이 약 54°의 각도로 배향된다. 따라서, 제 3 부분(56)의 결정 평면(78)은 기판(60)의 <111> Si 평면을 포함한다. 기판(60)의 <111> Si 평면은 2진 평면이며 기판(60)의 로우-인덱스 평면을 나타낸다. 일 실시예에 있어서, 제 3 부분(56')의 습식 이방성 에칭은 기판(60)의 <310> Si 평면을 뒤따라서, 개구(50')의 제 3 부분(56')의 측면이 약 18°의 각도로 배향된다. 따라서, 제 3 부분(56')의 결정 평면(78)은 기판(60)의 <310> Si 평면을 포함한다. 기판(60)의 <310> Si 평면은 비-2진(non-binary) 평면이고 기판(60)의 하이-인덱스 평면을 나타낸다. 하이-인덱스 평면의 다른 실시예는 <210>, <311>, <711> 및 <510> Si 평면을 포함한다.
도 5e 및 도 6e의 실시예에 도시된 바와 같이, 계면(55)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 제 1 측면(62)에 대해 일정 각도로 연속되며, 계면(55)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 대해 일정 각도로 연속된다. 개구(50, 50')의 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54) 중 하나 또는 그 이상의 대향 측면을 따라서 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56')을 각기 에칭함으로써, 개구(50, 50')의 제 1 부분(52) 및 제 2 부분(54)은 오버에칭된다.
도 5f 및 도 6f의 실시예에 도시된 바와 같이, 계면(55)으로부터 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 계속되어 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56') 각각은 기판(60)의 제 2 측면(64)을 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)과 각기 연통시킨다. 마찬가지로, 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56') 각각은 제 2 측면(64)내의 구멍(65), 따라서 제 1 측면(62)내의 구멍(63)을 각기 개구(50, 50')의 제 1 부분(52)과 연통시킨다. 바람직하게는, 계면(55)으로부터 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 향해 일정 각도로 개구(50)의 제 3 부분(56) 및 개구(50')의 제 3 부분(56')의 에칭은 각기 기판(60)을 관통해 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)으로 개구(50, 50')의 측방향 또는 수평 영역을 최소화한다.
일 실시예에 있어서, 계면(55)으로부터 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 향해 일정 각도로 개구(50)의 제 3 부분 및 개구(50')의 제 3 부분(56')의 에칭은, 제 1 방향으로 기판(60)의 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)으로 향해 개구(50, 50')의 발산하는 제 2 부분(54)과, 제 1 방향과 실질적으로 수직한 제 2 방향으로 기판(60)의 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)으로 향해 개구(50, 50')의 발산하는 제 2 부분(54)을 포함한다. 마찬가지로, 일 방향에서 개구(50, 50')의 제 2 부분(54)은 제 1 측면(62)을 향해 가장 넓다. 따라서, 일 방향에서 도 5f 및 도 6f의 측면도에 도시된 바와 같이, 개구(50, 50')는 제 2 측면(64)으로 부터 제 1 측면(62)을 향해 발산하며, 다른 방향에서 도 5f 및 도 6f의 단부도에 도시된 바와 같이 개구(50, 50')는 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 발산한다. 따라서, 일 방향에서 구멍(65)은 구멍(63)보다 넓다. 그러나, 다른 방향에서 구멍(63)은 구멍(65)보다 길다.
도 7 및 도 8은 각기 종래의 방법 및 본 발명에 따른 기판(60)을 관통해 형성된 한쌍의 개구를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 개구(90a, 90b)는 종래의 에칭 기술을 포함한 종래의 방법에 따라 기판(60)을 관통해 형성되며, 각각은 기판(60)의 제 1 또는 전방측에 형성된 슬롯(92)과, 기판(60)의 제 2 또는 후방측에 형성된 슬롯(94)을 포함한다. 그러나 종래의 에칭 기술을 사용함으로써, 슬롯(94)은 단일의 기다란 슬롯 또는 트랜치(trench)로 형성된다.
불행히도, 슬롯(94)이 단일의 기다란 트랜치로서 형성되기 때문에, 상당량의 재료가 기판(60), 보다 상세하게는 기판(60)의 배면으로부터 제거된다. 마찬가지로, 기판(60)의 강도가 손상되고 기판(60)의 배면의 작업가능한 또는 유용한 면적이 감소된다. 또한, 기판(60) 내에 다수의 개구(90a, 90b)를 적합시키기 위해, 개구(90a, 90b)는 서로로부터 및 기판(60)의 단부로부터 상이한 거리로 이격되어, 강도 그리고 개구(90a, 90b) 사이 및/또는 둘레의 배면 지지 및/또는 접착 면적과 같은 기판 설계 제한 또는 요구치를 적합하게 한다.
그러나 도 8의 실시예에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 기판(60)을 관통해 형성된 개구(50a, 50b) 각각은 기판(60)의 제 1 측면(62)으로부터 형성된 제 1 부분(52)과, 기판(60)의 제 2 측면(64)으로부터 형성된 제 2 부분(54)과, 전술된 바와 같은 제 2 부분(54)과 제 1 부분(52) 사이에 형성된 제 3 부분(56)[제 3 부분(56')을 포함함]을 포함한다. 마찬가지로, 각 개구(50a, 50b)의 제 1 부분(52)은 기판(60)의 제 1 측면(62)에 단일의 기다란 슬롯을 형성하고, 각 개구(50a, 50b)의 제 2 부분(54)은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 짧은 슬롯을 형성한다.
기판(60)에 제 1 부분(52), 제 2 부분(54) 및 제 3 부분(56)[제 3 부분(56')을 포함함]을 구비한 개구(50)[개구(50')를 포함함]를 형성함으로써, 감소된 사이즈의 슬롯은 단일의 기다란 슬롯을 제공할 수 있다. 특히, 개구(50)의 제 2 부분(54)을 오버에칭하고 제 2 부분(54)과 제 1 부분(52) 사이에 개구(50)의 제 3 부분(56)을 형성함으로써, 제 2 측면(64)의 구멍(65)은 제 1 측면(62)의 구멍(63)보다 짧을 수 있는데, 이는 일 방향에서 제 3 부분(56)이 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 개구(50)의 치수를 발산 또는 증가시킬 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 구멍(63)의 단부를 지나는 구멍(65)의 단부의 연장부는 제거된다. 따라서, 일반적으로 돌출부로서 간주되는 제 1 측면(62)내의 구멍(63)의 단부와 기판(60)의 단부 사이의 치수 또는 면적은 감소될 수 있는데, 이는 구멍(65)의 단부가 더 이상 구멍(63)의 단부를 지나 연장할 수 없기 때문이다.
또한, 기판(60)의 제 2 측면(64)으로부터 기판(60)의 제 1 측면(62)을 향한 하나의 축에서 개구(50)[개구(50')를 포함함]의 수렴 또는 감소 치수, 및 기판(60)의 제 2 측면(64)으로부터 기판(60)의 제 1 측면(62)을 향한 다른 축에서 개구(50)[개구(50')를 포함함]의 발산 또는 증가 치수로 인해, 기포 포획 영역을 형성하는데 기여하는 측방향 유동 영역은 개구(50) 내에 회피된다. 따라서, 기판(60) 내에 제 1 부분(52), 제 2 부분(54), 및 이 제 2 부분(54)과 제 1 부분(52) 사이에서 연장하는 제 3 부분(56)을 갖는 개구(50)를 형성함으로써, 개구(50)는 양호하게 가스를 배출시키고 어떠한 명확한 기포 포획도 제공하지 않는다.
도 9a 및 도 9b는 기판(60)을 관통하는 개구(50)의 다른 실시예를 도시한다. 개구(50, 50')와 유사한 개구(150)는 기판(60)의 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)과 연통하고, 기판(60)을 관통하는 채널 또는 통로를 제공한다. 또한, 개구(50, 50')와 유사한 개구(150)는 기판(60)의 제 1 측면(62)에 형성되었으며 이 제 1 측면과 연통하는 제 1 부분(152)을 포함한다. 마찬가지로, 제 1 부분(52)과 유사한 제 1 부분(152)은 제 1 측면(62) 내에 구멍(63)을 형성한다.
그러나 개구(150)는, 기판(60)의 제 2 측면(64) 내에 형성되고 이 제 2 측면과 연통하는 다수의 제 2 부분(154a, 154b)을 포함한다. 마찬가지로, 제 2 부분(154a, 154b)은 제 2 측면(64) 내에 개별 구멍(65a, 65b)을 형성한다. 따라서, 개구(150)는 기판(60)에 형성된 다수의 제 3 부분(156a, 156b)을 포함하고 개구(150)의 제 1 부분(152)과 개별적인 제 2 부분(154a, 154b) 사이에서 연장한다. 특히, 제 3 부분(156a, 156b) 각각은 제 1 부분(152)과 연통하는 측면과, 각각의 제 2 부분(154a, 154b)과 연통하는 측면, 및 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 제 1 부분(152)까지 연장하는 측면을 구비한다. 따라서, 제 1 부분(152), 제 2 부분(154a, 154b) 및 제 3 부분(156a, 156b)은 결합되어 기판(60)을 관통하는 개구(150)를 형성한다.
바람직하게는, 제 2 부분(154a, 154b)은 제 2 측면(64)을 따라서 배치된다. 일 실시예에 있어서, 제 2 부분(154a, 154b)은 제 1 부분(152)과 각각의 인접한 제 2 부분(154a, 154b) 사이에서 연장하는 인접한 제 3 부분(156a, 156b)이 연통하도록 배치된다. 특히, 제 1 부분(152)과 제 2 부분(154a) 사이에서 연장하는 제 3 부분(156a)이 제 1 부분(152)과 제 2 부분(154b) 사이에서 연장하는 제 3 부분(156b)과 연통한다. 마찬가지로, 인접한 제 2 부분(154a, 154b)은 각각의 제 3 부분(156a, 156b)을 통해 연통하고 제 2 측면(64)내의 구멍(65a, 65b) 각각은 제 1 측면(62)내의 구멍(63)과 연통한다. 특히, 구멍(65a)은 제 2 부분(154a), 제 3 부분(156a) 및 제 1 부분(152)을 통해 구멍(63)과 연통하고, 구멍(65b)은 제 2 부분(154b), 제 3 부분(156b) 및 제 1 부분(152)을 통해 구멍(63)과 연통한다. 제 3 부분(156a, 156b)은 각각의 제 2 부분(154a, 154b)을 오버에칭함으로써 형성되고, 인접한 제 2 부분(154a, 154b)은 직접 연통한다.
도 10a 내지 도 10f는 기판(60)을 관통하는 개구(150)를 형성하는 일 실시예를 도시한다. 단지 1개의 개구(150)만이 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 다수의 개구(150)가 기판(60)을 관통해 형성될 수 있음을 알 수 있다. 도 10a의 실시예에 도시된 바와 같이, 마스크 층(72, 74')은 기판(60)상에 형성된다. 마스크 층(72, 74')은 각각 기판(60)의 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)의 에칭을 선택적으로 제어 또는 차단하도록 사용된다. 마스크 층(74')이 기판(60)의 제 2 측면(64)의 다수의 노출된 부분을 규정하도록 패턴 형성되는 것을 제외하고는, 마 스크 층(72, 74')은 전술한 바와 같이 형성되고 패턴 형성된다.
다음으로, 도 10b의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(150)의 제 1 부분(152)은 제 1 측면(62)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 기판(60)을 에칭함으로써 형성되고, 제 2 부분(154a, 154b)은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 기판(60)을 에칭함으로써 형성된다. 바람직하게는, 제 1 부분(152) 및 제 2 부분(154a, 154b)은 전술한 바와 같이 이방성 습식 에칭 처리를 사용함으로써 형성된다. 마찬가지로, 개구(150)의 제 1 부분(152)은 기판(60)의 결정 평면(76)을 뒤따르고 개구(150)의 제 2 부분(154a, 154b)은 기판(60)의 결정 평면(77)을 뒤따른다. 일 실시예에 있어서, 결정 평면(76) 및 결정 평면(77)은 전술한 바와 같이 기판(60)의 <111> Si 평면을 갖는다.
도 10c의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 측면(62)으로부터 제 2 측면(64)을 향해서 및/또는 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)을 향해서 기판(60) 내로의 에칭이 계속되어 개구(150)의 제 1 부분(152) 및 개구(150)의 제 2 부분(154a, 154b)은 연결 또는 연통한다. 마찬가지로, 계면(155a, 155b)은 제 1 부분(152)과 각각의 제 2 부분(154a, 154b) 사이에 형성된다.
다음으로, 도 10d의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(150)의 제 3 부분(156a, 156b)은 제 1 부분(152)과 각각의 제 2 부분(154a, 154b) 사이의 각각의 계면(155a, 155b)으로부터 기판(60)의 제 1 측면(62)을 향해서 및 기판(60)의 제 2 측면(64)을 향해서 기판(60)을 에칭함으로써 형성된다. 바람직하게는, 개구(150)의 제 3 부분(156a, 156b)은 전술한 바와 같이 이방성 에칭 처리를 사용함으로써 형성된다. 마찬가지로, 개구(150)의 제 3 부분(156a, 156b)은 기판(60)의 결정 평면(78)을 뒤따른다. 일 실시예에 있어서, 결정 평면(78)은 기판(60)의 <111> Si 평면과 같은 로우-인덱스 평면을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 결정 평면(78)은 기판(60)의 <310> Si 평면과 같은 하이-인덱스 평면을 포함한다.
도 10e의 실시예에 도시된 바와 같이, 계면(155a, 155b)으로부터 제 1 측면(62)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 제 1 측면(62)에 대해 일정 각도로 계속되고, 계면(155a, 155b)으로부터 제 2 측면(64)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 대해 일정 각도로 계속된다. 마찬가지로, 개구(150)의 제 1 부분(152) 및 제 2 부분(154a, 154b)은 전술한 바와 같이 오버에칭된다.
도 10f의 실시예에 도시된 바와 같이, 계면(155a, 155b)으로부터 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 향해 기판(60) 내로의 에칭은 개구(150)의 제 3 부분(156a, 156b)이 기판(60)의 제 2 측면(64)을 개구(150)의 제 1 부분(152), 그에 따라 기판(60)의 제 1 측면(62)과 연통시키도록 계속된다. 일 실시예에 있어서, 제 3 부분(156a, 156b)의 에칭은 전술한 바와 같이 제 3 부분(156a, 156b)이 연통하도록 계속된다. 제 3 부분(156a, 156b)이 각각의 제 2 부분(154a, 154b)을 오버에칭함으로써 형성되기 때문에, 인접한 제 2 부분(154a, 154b)은 직접 연통한다. 바람직하게는, 계면(155a, 155b)으로부터 제 1 측면(62) 및 제 2 측면(64)을 향해 일정 각도로 개구(50)의 제 3 부분(156a, 156b)의 에칭은 제 2 측면(64)으로부터 제 1 측면(62)으로 기판(60)을 관통하는 개구(150)의 측방향 또는 수평 면적을 최소화한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따라 기판(60)을 관통해 형성된 한쌍의 개구(150')의 주물(170)의 일 실시예를 도시한다. 각각의 개구(150')는 전술한 것과 유사한 방법으로 형성된 제 1 부분(152), 다수의 제 2 부분(154a, 154b, 154c) 및 다수의 제 3 부분(156a, 156b, 156c, 156d, 156e)을 포함한다. 특히, 제 3 부분(156a, 156b, 156c, 156d, 156e)은 전술한 바와 같이 기판(60)의 하이-인덱스 평면을 따라서의 에칭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 제 1 부분(152), 제 2 부분(154a, 154b, 154c) 및 제 3 부분(156a, 156b, 156c, 156d, 156e)은 기판(60)을 관통하는 개구(150')를 형성하도록 연통한다. 마찬가지로, 제 1 부분(152), 제 2 부분(154a, 154b, 154c) 및 제 3 부분(156a, 156b, 156c, 156d, 156e)에 의해 형성된 각각의 조합된 개구(150')가 주물(170)에 의해 실선으로 도시되어 있다.
도 12 및 도 13은 각기 본 발명에 따라 기판(60)을 관통해 형성된 한쌍의 개구를 도시한다. 도 12의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(150a, 150b) 각각은 전술한 바와 같이 기판(60)의 제 1 측면(62)에 의해 형성된 제 1 부분(152)과, 기판(60)의 제 2 측면(64)에 의해 형성된 다수의 제 2 부분(154)과, 각 제 2 부분(154)과 제 1 부분(152) 사이에 형성된 다수의 제 3 부분(156)을 포함한다. 마찬가지로, 각 개구(150a, 150b)의 제 1 부분(152)은 기판(60)의 제 1 측면(62)에 단일의 기다란 슬롯을 형성하고, 각 개구(150a, 150b)의 제 2 부분(154)은 기판(60)의 제 2 측면(64)에 다수의 이격된 슬롯을 형성한다. 따라서, 제 2 측면(64) 내에 이격된 슬롯을 구비한 개구(150a, 150b)를 형성함으로써, 기판(60)의 제 2 측면(64)내의 단일의 기다란 트랜치는 회피된다. 따라서, 기판(60)의 강도는 향상되고 제 2 측면(64)의 가공 가능한 또는 유용한 면적은 증가된다.
도 13의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(150a', 150b') 각각은 전술한 바와 같이 기판(60)의 제 1 측면(62)에 의해 형성된 제 1 부분(152)과, 기판(60)의 제 2 측면(64)에 의해 형성된 다수의 제 2 부분(154)과, 각 제 2 부분(154)과 제 1 부분(152) 사이에 형성된 다수의 제 3 부분(156)을 포함한다. 제 2 측면(64) 내에 이격된 슬롯을 구비한 개구(150a', 150b')를 형성함으로써, 이 개구(150a', 150b')는 교차되거나 및/또는 오프셋(offset)될 수 있다. 마찬가지로, 인접한 개구(150a', 150b') 사이의 간격은 감소될 수 있는 반면, 강도 및 개구(150a', 150b') 사이의 배면 지지 및/또는 접착 면적과 같은 기판 설계 제약은 유지된다.
도 12 및 도 13의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구(150a, 150a')의 제 1 부분(152)은 기판(60)의 제 1 측면(62) 내에 제 1 슬롯을 형성하고 개구(150b, 150b')의 제 1 부분(152)은 기판(60)의 제 1 측면(62) 내에 제 2 슬롯을 형성하며, 제 1 슬롯과 제 2 슬롯은 서로 이격되어 있고 기판(60) 내에 한쌍의 제 1 측면 슬롯을 형성한다. 또한, 개구(150a, 150a')의 제 2 부분(154)은 기판(60)의 제 2 측면(64) 내에 제 1 복수의 슬롯을 형성하고 개구(150b, 150b')의 제 2 부분(154)은 기판(60)의 제 2 측면(64) 내에 제 2 복수의 슬롯을 형성하며, 이 제 1 복수의 슬롯은 기판(60)의 제 1 측면(62)내의 제 1 슬롯과 정렬되고, 이 제 2 복수의 슬롯은 기판(60)의 제 1 측면(62)내의 제 2 슬롯과 정렬된다. 따라서, 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯은 기판(60) 내에 제 1 복수의 제 2 측면 슬롯을 형성하고, 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯은 기판(60) 내에 제 2 복수의 제 2 측면 슬롯을 형성한다.
도 12에 도시된 바와 같은 일 실시예에 있어서, 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯과 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯은 실질적으로 서로 정렬된다. 도 13에 도시된 바와 같은 다른 실시예에 있어서, 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯과 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯은 서로 교차되거나 또는 오프셋된다. 마찬가지로, 개구(150a', 150b') 사이의 간격, 특히 개구(150b, 150b')의 제 1 부분(152) 사이의 간격은 전술한 바와 같이 감소될 수 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같은 일 실시예에 있어서, 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯과 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯은 서로 교차되거나 또는 오프셋되고, 개구(150a', 150b') 사이의 간격은 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯과 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯이 중첩되도록 감소된다. 특히, 제 2 측면(64)내의 제 1 복수의 슬롯을 제 2 측면(64)내의 제 2 복수의 슬롯과 번갈아 포개거나 중첩시킴으로써, 개구(150b, 150b')의 제 1 부분(152) 사이의 간격은 더욱 감소될 수 있다.
위의 상세한 설명은 잉크젯 프린트 헤드 조립체에서 그 내부에 형성된 개구(50)[개구(50', 150, 150')를 포함함]를 갖는 기판(60)을 구비하는 것을 언급하지만, 그 내부에 형성된 개구(50)를 갖는 기판(60)이 비인쇄 적용예 또는 시스템 뿐만 아니라 의료 장치와 같은 기판을 관통하는 유체 채널을 갖는 다른 적용예를 포함한 다른 유체 분사 시스템에 일체화될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 프린트 헤드에 제한되지 않고, 슬롯이 형성된 기판에 적용가능하다.
바람직한 실시예를 기술할 목적으로 본원에 비록 특정 실시예가 도시되고 상술되었지만, 당업자는 동일한 목적을 달성하기 위해 의도된 매우 다양한 여러 및/또는 동등한 구현이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 도시되고 상술된 특정 실시예를 대신할 수 있음을 알 수 있다. 화학 분야, 기계 분야, 전기-기계 분야, 전기 분야 및 컴퓨터 분야의 숙련된 사람들은 본 발명이 매우 광범위한 예로 구현될 수 있음을 쉽게 알 수 있다. 본 발명은 본원에 상술된 바람직한 실시예의 개작 또는 변형을 포함한다. 따라서, 본 발명이 특허청구범위 및 그의 동등물에 의해서만 제한된다고 하는 것은 명백하다.
본 발명은 기판 내의 슬롯의 배면 개구를 작게 할 수 있으며, 기판 배면의 유용 면적을 증가시키는 효과를 갖는다.
Claims (15)
- 기판(60)을 관통하는 개구(50, 50', 150, 150')의 형성 방법에 있어서,상기 개구의 제 1 부분(52, 152)을 형성하는 것을 포함하여, 제 1 측면(62)으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계와,상기 개구의 제 2 부분(54, 154)을 형성하는 것을 포함하여, 상기 제 1 측면과 대향하는 제 2 측면(64)으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계와,상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분을 연통시키는 것을 포함하여, 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면 중 적어도 하나로부터 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면 중 나머지 하나를 향해 상기 기판 내로 계속하여 에칭하는 단계와,상기 기판의 제 2 측면을 향해 에칭하는 것과 상기 개구의 제 3 부분(56, 56', 156)을 형성하는 것을 포함하여, 상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면(55, 155)으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계를 포함하는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판의 제 2 측면에 대해 일정 각도로 상기 기판의 제 2 측면을 향해 에칭하는 단계를 포함하고, 상기 각도는 상기 기판의 제 2 측면과 평행하지 않고 직교하지 않는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판의 제 1 측면을 향해 에칭하는 단계를 포함하는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판의 제 1 측면에 대해 일정 각도로 상기 기판의 제 1 측면을 향해 에칭하는 단계를 포함하고, 상기 각도는 상기 기판의 제 1 측면과 평행하지 않고 직교하지 않는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 측면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 실리콘 기판의 제 1 결정 평면(crystalline plane)(76)을 따라 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 측면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 실리콘 기판의 제 2 결정 평면(77)을 따라 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 실리콘 기판의 제 3 결정 평면(78)을 따라 에칭하는 단계를 포함하는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 실리콘 기판의 제 1 결정 평면, 제 2 결정 평면 및 제 3 결정 평면은 각각 상기 실리콘 기판의 로우-인덱스 평면(low-index plane)인기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 실리콘 기판의 제 1 결정 평면 및 제 2 결정 평면은 각각 상기 실리콘 기판의 로우-인덱스 평면이고, 상기 실리콘 기판의 제 3 결정 평면은 상기 실리콘 기판의 하이-인덱스 평면(high-index plane)인기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 측면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판 내로 이방성 습식 에칭하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 측면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판 내로 이방성 습식 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 개구의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 기판 내로 에칭하는 단계는 상기 기판 내로 이방성 습식 에칭하는 단계를 포함하는기판을 관통하는 개구의 형성 방법.
- 유체 분사 장치용 기판(60)에 있어서,제 1 측면(62)과,상기 제 1 측면과 대향하는 제 2 측면(64)과,상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면과 연통하는 유체 채널(50, 50', 150, 150')을 포함하고,상기 유체 채널의 제 1 부분(52, 152)은 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향해 연장하고, 상기 유체 채널의 제 2 부분(54, 154)은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 연장하며, 상기 유체 채널의 제 3 부분(56, 56', 156)은 상기 유체 채널의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면(55, 155)으로부터 상기 제 2 측면을 향해 연장하는유체 분사 장치용 기판.
- 제 9 항에 있어서,상기 유체 채널의 제 3 부분은, 상기 유체 채널의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 연장하는유체 분사 장치용 기판.
- 제 9 항에 있어서,상기 유체 채널의 제 3 부분은 상기 유체 채널의 제 2 부분의 적어도 일 측면으로부터 연장하는유체 분사 장치용 기판.
- 제 9 항에 있어서,상기 유체 채널의 제 3 부분은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 제 1 방향으로 발산하고, 상기 유체 채널의 제 3 부분은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 제 2 방향으로 수렴하는유체 분사 장치용 기판.
- 유체 분사 장치용 기판(60)에 있어서,제 1 측면(62)과,상기 제 1 측면과 대향하는 제 2 측면(64)과,상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면과 연통하는 유체 채널(50, 50', 150, 150')을 포함하며, 상기 유체 채널의 제 1 부분(52, 152)은 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향해 수렴하고, 상기 유체 채널의 제 2 부분(54, 154)은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 수렴하며, 상기 유체 채널의 제 3 부분(56, 56', 156)은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 발산하는유체 분사 장치용 기판.
- 제 13 항에 있어서,상기 유체 채널의 제 3 부분은 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 제 1 방향으로 발산하고, 상기 제 2 측면으로부터 상기 제 1 측면을 향해 제 2 방향으로 수렴하는유체 분사 장치용 기판.
- 제 13 항에 있어서,상기 유체 채널의 제 1 부분은 실질적으로 삼각형 단면 및 실질적으로 사다리꼴 단면 중 하나를 갖고,상기 유체 채널의 제 2 부분은 실질적으로 삼각형 단면 및 실질적으로 사다리꼴 단면 중 하나를 가지며,상기 유체 채널의 제 3 부분은 실질적으로 다이아몬드형 단면 및 실질적으로 사다리꼴 단면 중 하나를 가지며,상기 유체 채널의 제 3 부분의 상기 실질적으로 다이아몬드형 단면 및 상기 실질적으로 사다리꼴 단면 중 하나는 상기 유체 채널의 제 2 부분으로부터 상기 유체 채널의 제 1 부분의 단부를 향해 크기가 감소하는유체 분사 장치용 기판.
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