KR101364918B1 - 구조체의 제조 방법 및 액체 토출 헤드 기판 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 기판의 가공 방법은 제1 실리콘 기판, 제2 실리콘 기판 및 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판 사이에 있는 복수의 요부를 포함하는 중간층의 조합을 제공하는 단계, 제1 마스크를 사용하여 중간층과의 결합 표면과 마주보는 제1 실리콘 기판의 표면에서 제1 실리콘 기판의 식각을 수행함으로써 제1 실리콘 기판을 관통하는 제1 관통 구멍을 형성하고, 중간층의 복수의 요부에 대응하는 중간층의 부분을 노출하는 단계, 복수의 요부의 바닥을 구성하는 부분을 제거함으로써 중간층에 복수의 개구부를 형성하는 단계, 및 복수의 개구부가 형성된 중간층을 마스크로서 사용하여 제2 실리콘 기판의 제2 식각을 수행함으로써 제2 실리콘 기판을 관통하는 제2 관통 구멍을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 구조체의 제조 방법 및 액체를 토출하도록 구성된 액체 토출 헤드에 사용되는 액체 토출 헤드 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
규소를 가공함으로써 제조되는 미세한 구조체는 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS) 분야 및 전자 기기의 기능적인 소자에서 널리 사용되고 있다. 더 구체적으로, 예를 들어, 미세 구조체는 액체를 토출하도록 구성된 액체 토출 헤드에 사용된다. 액체를 토출하는 액체 토출 헤드는 기록 매질에 잉크를 토출하여 화상을 기록하기 위한 잉크젯 기록 방법에서 사용되는 잉크젯 기록 헤드에 사용된다.
잉크젯 기록 헤드는, 액체를 토출하기 위해서 이용되는 에너지를 발생하도록 구성된 에너지 발생 소자가 설치된 기판과, 기판에 설치된 액체 공급구로부터 공급된 잉크를 토출하도록 구성된 토출구를 구비하고 있다.
미국 특허 제6,679,587호는 이러한 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 다음의 방법이 개시되어 있다. 이 종래의 방법에서, 우선，복수의 개구부를 갖는 마스크를 제１ 실리콘 기판과 제２ 실리콘 기판 사이에 적층한다. 그 후, 제１ 실리콘 기판을 제２ 실리콘 기판까지 식각하고, 제１ 실리콘 기판을 관통하는 제１ 관통 구멍을 형성한다. 이렇게 하여, 마스크의 복수의 개구부를 노출시킨다.
또한, 노출 마스크를 이용함으로써 제2 실리콘 기판에서 식각을 행하도록 식각을 계속한다. 그 후, 복수의 개구부에 대응하는 제2 관통 구멍을 형성한다. 상기-언급된 방식에서, 제1 및 제2 실리콘 기판을 관통하는 공급구가 형성된다.
그러나, 제1 실리콘 기판을 식각하는 동안에, 기판의 두께 방향에서 식각 속도는 실리콘 기판의 표면의 각각 다른 부분마다 다른 경향이 있다. 따라서, 식각이 고속에서 행해지는 영역에서 형성된 제2 관통 구멍은 다른 제2 관통 구멍의 모양에 비하여 실리콘 기판의 표면에 대하여 미리 정해진 모양보다 더 넓은 모양으로 형성될 수 있다. 그 결과, 제2 관통 구멍의 크기의 불균일성 때문에 원하는 액체 공급 특성이 얻어지지 않을 수 있다.
본 발명은 구조체 제조 방법, 특히 제1 관통 구멍과 통하는 제2 관통 구멍이 높은 수율 및 높은 형태 정확성으로 형성되는 구조체를 제조할 수 있는 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 매우 안정적인 액체 공급 특성을 갖고, 높은 수율 및 형태의 높은 형태 정확성으로 형성되는 제1 관통 구멍과 통하는 제2 관통 구멍을 갖는 액체 토출 헤드를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따르면, 실리콘 기판 상에 단차를 갖는 개구부를 형성하는 실리콘 기판을 가공하는 방법은 제1 패턴 형태를 갖는 중간층을 통해 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판을 함께 결합하는 것, 중간층이 제2 패턴 형태를 갖는 마스크를 이용하여 중간층과 제2 실리콘 기판의 결합 표면을 마주보는 제2 실리콘 기판의 표면에 노출되는 깊이까지 제1 건식 식각을 수행하여 제1 개구부를 형성하는 것, 마스크로서 중간층을 이용하여 제2 건식 식각을 행하여 제2 개구부를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일례에 따르면, 제1 식각은 중간층에 의해 정지된다. 따라서, 본 발명의 일례에 따르면, 제2 관통 구멍을 형성하는 공정의 정밀성은 제1 식각의 불균일성에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 따라서, 본 발명의 일례는 제2 관통 구멍이 고수율에서 높은 형태 정확도로 형성되는 구조체의 제조를 시행할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 및 예는 첨부 도면을 참고로 다음의 실시양태의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시양태, 특징 및 실시예를 나타내며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드의 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1H는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 2A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 2B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7H는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 8A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
도 8B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
도 8C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
도 1A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드의 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 1H는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략적인 단면도이다.
도 2A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 2B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 3C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 4C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 5G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 6G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7D는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7E는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7F는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7G는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 7H는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 예의 개략적인 단면도이다.
도 8A는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
도 8B는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
도 8C는 본 발명의 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법의 개략도이다.
명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시양태, 특징 및 실시예를 나타내며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
본 발명의 각 실시양태에 따른 구조체 제조 방법은 액체 토출 헤드 기판 제조 방법뿐만 아니라, 가속 센서와 같은 마이크로-기기의 제조 방법에 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 제1 실시양태를 아래에서 설명할 것이다. 도 1A 내지 1H는 본 실시양태에 따른 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법을 나타낸다.
도 1A를 참고하면, 본 실시양태에서, 제2 실리콘 기판(101) 및 제1 실리콘 기판(102)을 제공한다. 제2 실리콘 기판(101)은 액체 토출용으로 이용되는 에너지를 발생하기 위한 에너지 발생 소자를 포함하는 에너지 발생 소자(104)를 포함한다. 중간층(103)은 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101)의 적어도 하나에 형성된다. 중간층(103)은 공급구가 형성될 때 마스크로 사용되는 복수의 요부(recessed portion)(109)를 포함한다.
더 구체적으로, 중간층(103)은 제1 실리콘 기판(102) 상에 형성되고, 중간층(103)에 공급구를 형성하기 위해 사용되는 제1 패턴 형태가 형성된다. 중간층(103)을 형성할 때, 중간층(103)에는 제1 실리콘 기판(102)이 노출될 만큼 충분히 깊지 않은 개구부가 제공되고, 임의의 두께로 비식각부를 부분적으로 남겨둔다.
중간층(103)은 후속 제1 건식 식각 동안에 사용되는 멈추개(stopper)로서, 및 후속 제2 건식 식각 동안에 사용되는 제1 마스크로서 기능한다. 반면에, 본 실시양태에서, 제1 건식 식각에 의한 통상의 액체 챔버를 형성하는 때에, 중간층(103)은 멈추개로서 기능한다. 반면에, 제2 건식 식각에 의해 공급구를 형성하는 때에는 중간층(103)은 마스크로서 기능한다.
본 실시양태에서, 제1 패턴 형태를 갖는 중간층(103)은 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101) 사이에 제공된다. 따라서, 본 실시양태는 고정확성으로 단차를 갖는 개구부를 형성할 수 있다. 또한, 상기-설명한 구성을 갖는 본 실시양태는 그렇지 않으면 보쉬(Bosch) 공정 동안 발생될 수 있는 벤트 개구부 또는 왕관형 잔류물의 발생을 방지할 수 있다.
중간층(103)의 물질로서, 수지 물질, 규소 산화물, 규소 질화물, 규소 탄화물, 규소로 이루어진 것 이외의 금속 물질, 또는 그들의 금속성 산화물 또는 질화물이 사용될 수 있다. 이것을 다시 말하면, 중간층(103)은 수지층, 규소 산화물 필름, 규소 질화물 필름, 규소 탄화물 필름, 금속성 필름, 또는 그들의 금속성 산화물 필름 또는 질화물 필름을 포함할 수 있다.
수지층이 중간층(103)으로 사용된다면, 광감응 수지층이 사용될 수 있다. 다양한 광감응 수지층 중에서, 감광성 수지층 또는 규소 산화물 필름이 특히 유용한데, 왜냐하면 중간층(103)은 이들이 사용된다면 쉽게 형성될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 제2 실리콘 기판(101)은 50 내지 800 마이크로미터의 두께를 갖는다. 공급구(즉, 제2 관통 구멍)의 모양의 측면에서, 제2 실리콘 기판(101)은 100 내지 200 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 실리콘 기판(102)은 100 내지 800 마이크로미터의 두께를 갖는다. 통상의 액체 챔버(즉, 제1 관통 구멍)의 모양의 관점에서, 제1 실리콘 기판(102)은 바람직하게 300 내지 600 마이크로미터의 두께를 갖는다.
그 후에, 도 1B에 나타낸 바와 같이, 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101)은 중간층(103)을 통해 서로 결합된다.
기판의 결합 방법으로, 수지 물질을 이용하여 기판을 결합하는 방법이 사용될 수 있다. 또한, 퓨전 본딩, 유텍틱 본딩 또는 확산 본딩과 같이 활성화된 기판 표면을 서로 접촉시켜서 자발적으로 함께 결합하게 하는 다양한 다른 방법이 사용될 수 있다.
또한, 도 1C에 나타낸 바와 같이, 경로-형성층(105)은 제2 실리콘 기판(101)의 표면에 형성된다. 더 구체적으로, 경로-형성층(105)은 액체 토출구 및 액체 경로 사이에서 액체 경로를 구성한다.
그 후, 도 1D에 나타낸 바와 같이, 제2 마스크(106)는 제1 실리콘 기판(102)의 표면 상에 형성된다. 제2 마스크(106)는 통상의 액체 챔버를 형성하는 데 마스크로서 사용되는 제2 패턴의 형태를 포함한다.
제2 마스크(106)의 물질은 특정한 물질로 제한되지 않는다. 다시 말하면, 마스크로서 대개 사용되는 물질을 사용할 수 있다. 더 구체적으로, 유기 물질, 규소 화합물, 또는 금속성 필름이 사용될 수 있다. 유기 물질이 사용된다면, 예를 들어, 포토레지스트가 사용될 수 있다.
규소 화합물이 사용된다면, 규소 산화물 필름이 사용될 수 있다. 또한, 금속성 필름이 사용된다면, 크롬 필름 또는 알루미늄 필름이 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기-설명한 물질의 다수 층을 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
또한, 도 1E에 나타낸 바와 같이, 제1 건식 식각 공정은 중간층(103)이 노출되는 깊이까지 제2 마스크(106)를 사용하여 행해진다. 따라서, 통상의 액체 챔버(제1 개구부)(107)가 형성된다.
본 실시양태에서, 중간층(103)은 식각 속도가 규소의 식각 속도보다 더 작지만, 마스크로서 중간층(103)의 기능을 하지 못할 정도로 식각 속도가 작지는 않은 물질로 이루어진다. 이에 따라, 통상의 액체 챔버(107)에서 식각은 제1 패턴 형태를 갖는 개구부를 제외하고는 중간층(103)에 의해 정지된다. 다시 말하면, 중간층(103)은 제1 건식 식각의 멈추개로서 기능한다.
이때, 관통 패턴이 중간층(103) 상에 형성되지 않기 때문에 제2 실리콘 기판(101)은 통상의 액체 챔버(107) 측부로부터 볼 때 전혀 노출되지 않는다. 이에 따라, 제2 실리콘 기판(101)의 식각은 제1 건식 식각 때문에 불리하게 진행되지 않을 수 있다.
그 후에, 도 1F에서 나타낸 바와 같이, 개구부(109)는 중간층(103)의 요부의 바닥을 형성하는 부분을 제거함으로써 형성된다.
또한, 도 1G에서 나타낸 바와 같이, 공급구(108)는 제1 마스크로서 중간층(103)을 이용하여 제2 건식 식각에 의해 형성된다. 공급구(108)는 통상의 액체 챔버(107)와 연결될 수 있다.
제2 건식 식각에서, 제1 건식 식각과 동일한 방법이 사용될 수 있다. 건식 식각을 행하기 위하여, 식각 조건은 변화할 수 있다. 더 구체적으로, 제2 건식 식각은 적절한 종횡비를 얻기에 유용한 미리 정해진 조건하에서 행해질 수 있다.
또한, 상기 언급한 바와 같이, 규소를 건식 식각하는 동안, 중간층(103)의 식각 속도는 공급구(108)을 형성하는 데 사용되는 마스크로서 기능할 만큼 충분히 낮다.
또한, 도 1H에서 나타낸 바와 같이, 제2 마스크(106)는 제거된다. 상기-설명한 방식에서, 액체 토출 헤드 기판에 제공된 경로-형성층(105)을 포함하는 액체 토출 헤드를 생산할 수 있다.
상기-설명한 방식을 수행함으로써, 본 실시양태는 액체 토출 헤드용 실리콘 기판을 가공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 기판의 일면에 일단 건식 식각을 행하기에 충분하다. 이에 따라, 상기-설명한 구성을 갖는 본 실시양태는 경로-형성층(105)이 형성되는 상태에서 통상의 액체 챔버(107) 및 공급구(108)를 형성할 수 있다. 또한, 통상의 액체 챔버를 형성하기 위한 건식 식각 및 공급구를 형성하기 위한 것은 서로 완전히 분리될 수 있다. 이에 따라, 전체 표면상에서 매우 고도로 정밀한 형태 조절이 시행될 수 있다. 본 발명의 각 실시양태는 액체 토출 헤드의 제조 방법으로 적용될 수 있다.
기판과 함께 중간층(103)을 결합하는 예시적인 방법을 아래에서 자세히 설명할 것이다. 중간층(103)이 수지 물질로 이루어진다면, 실리콘 기판은 다음의 방법으로 서로 결합할 수 있다. 먼저, 수지를 실리콘 기판 상에 도포한다. 그 후, 중간층을 패터닝에 의해 형성한다. 그 후, 실리콘 기판을 그들 사이에 샌드위치된 중간층과 함께 적층한다. 또한, 적층된 실리콘 기판을 유리 전이 온도만큼 또는 더 높은 온도에서 압력을 가한다. 상기-설명한 방식으로, 적층된 실리콘 기판은 함께 결합될 수 있다.
상기-설명한 수지 물질로, 대부분의 모든 일반적인 수지 물질이 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 수지 물질로, 아크릴계 수지, 폴리이미드 수지, 규소 수지, 불소 수지, 에폭시 수지 또는 폴리에테르 아미드 수지와 같은 다양한 수지가 사용될 수 있다.
아크릴계 수지가 사용된다면, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 수지가 유용할 수 있다. 또한, 규소 수지로, 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지가 사용될 수 있다. 에폭시 수지가 사용된다면, 카야쿠-마이크로켐 코., 엘티디.의 SU-8 (제품명)이 사용될 수 있다. 또한, 폴리에테르 아미드 수지로서, 히타치 케미칼 코., 엘티디.의 HIMAL (제품명), 벤조시클로부텐 (BCB) 또는 히드로겐 슬라이시스-퀴옥산 (HSQ)이 사용될 수 있다.
상기-설명한 물질은 섭씨 약 300 도의 온도에서 결합될 수 있다. 따라서, 액체 토출 헤드의 에너지 발생 소자의 와이어링 또는 트랜지스터는 상기-설명한 물질로 만들어진 기판의 결합 동안 손상받지 않을 수 있다.
제1 패턴 형태를 형성하는 방법으로, 감광성 수지 물질이 사용된다면 리쏘그래피 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 반면에, 비-감광성 수지 물질이 사용된다면 제1 패턴 형태는 식각에 의해 형성될 수 있다. 규소를 포함하지 않는 수지층이 사용된다면, 제1 패턴 형태는 O2, O2/CF4, O2/Ar, N2, H2, N2/H2 또는 NH3와 같은 기체를 사용하는 플라즈마 식각을 사용하여 형성될 수 있다. 규소를 포함하는 수지층이 사용된다면, 식각은 CF4 또는 CHF3와 같은 플루오로카본 기체 및 상기-언급된 기체의 혼합물을 포함하는 혼합 기체를 사용하여 수행될 수 있다.
그렇지 않으면, 또다른 본딩 방법, 즉 "퓨전 본딩"을 사용할 수 있다. 퓨전 본딩에서, 함께 결합되는 기판의 표면은 플라즈마 공정을 겪는다. 그 후, 기판은 그것에 대해 형성된 불포화 결합(dangling bond)을 사용함으로써 함께 결합된다. 퓨전 본딩은 광의의 뜻으로 두가지 방법을 포함한다.
퓨전 본딩을 위한 첫번째 방법에서, 중간층의 표면은 플라즈마 활성화를 겪는다. 그 후, 중간층의 플라즈마-활성화된 표면은 공기에 노출되어 히드록시기를 형성한다. 그 후, 중간층의 표면은 수소 결합에 의해 기판 표면과 결합된다. 히드록시기는 공기 중에 존재하는 물의 함량에 반응함으로써 형성된다. 그렇지 않으면, 공기 중에 존재하는 물의 함량을 단지 이용하는 대신에, 수분을 의도적으로 증가시킬 수 있다. 그 방법이 적용될 수 있는 중간층의 물질로, 규소 산화물 필름, 규소 질화물 필름 또는 규소 탄화물이 사용될 수 있다. 또한, 그 표면에 산화물 필름이 쉽게 생성될 수 있는 금속성 물질, 금속성 산화물, 특정한 수지 물질이 사용될 수 있다.
상온에서 일시적인 결합 후에, 어닐링 공정이 섭씨 약 200 내지 300도의 온도에서 행해진다. 상기-설명한 공정을 행함으로써, H2O가 히드록시기 중에서 탈수 반응으로 제거된다. 그 결과, 산소 원자를 통해 매우 견고한 결합이 얻어질 수 있다. 이 경우에서, 분자간 힘이 미칠 수 있을 만큼 서로 가깝게 결합되도록 표면을 설정하는 것이 필요하다. 따라서, 1 나노미터만큼 또는 그보다 낮은 표면 거칠기를 설정하는 것이 유용하다.
퓨전 본딩을 위한 두번째 방법에서, 불포화 결합은 수소 결합의 이용없이 진공에서 있는 대로 함께 결합된다. 이 방법에서 역시, 1 나노미터만큼 또는 그보다 낮은 표면 거칠기를 설정하는 것이 필요하다. 그러나, 이론적으로, 연마(polishing)로 그렇게 낮은 표면 거칠기를 얻을 수 있다면, 임의의 물질이 결합될 수 있다.
규소 물질에 대하여, 적어도 규소 산화물 필름 사이에서, 규소 질화물 필름 사이에서, 또는 규소 산화물 필름 또는 규소 질화물 필름 및 규소 사이에서 결합이 관찰된다. 패터닝은 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8 또는 C4F6과 같은 탄화플루오르 기체를 사용하는 플라즈마 식각에 의해 규소 산화물 필름 및 규소 질화물 필름에 제공될 수 있다.
패터닝은 베이스로 플루오르화된 산을 사용한 습식 식각에 의해 규소 산화물 필름에 제공될 수 있다. 또한, 패터닝은 뜨거운 인산을 사용하는 습식 식각에 의해 규소 질화물 필름에 제공될 수 있다. 또한 중간층이 금속성 물질 또는 금속성 산화물로 이루어진다면, 결합 전에 패터닝이 제공될 수 있다면, 중간층은 본 발명을 시행할 수 있다.
또한, 또다른 결합 방법으로, 유텍틱 본딩 및 확산 본딩이 사용될 수 있다. 유텍틱 본딩으로, 규소 물질, 주석 물질 및 게르마늄 물질과 금 물질의 결합 및 금 물질 사이의 결합이 일반적으로 관찰된다. 또한, 유텍틱 본딩에 대하여, 팔라듐 물질과 인듐 물질 사이의 결합 및 구리 물질 및 주석 물질 사이의 결합이 일반적으로 관찰된다. 확산 본딩으로, 금 물질 사이의, 구리 물질 사이의 및 알루미늄 물질의 결합이 일반적으로 관찰된다.
이제, 중간층, 실리콘 기판 및 건식 식각 사이의 관계를 아래에서 상세하게 설명할 것이다.
더 구체적으로, 규소의 건식-식각을 위한 대표적인 심도 반응성 이온-식각 (RIE) 방법으로서, 보쉬 공정이 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 보쉬 공정에서, C4F8와 같은 C-풍부 탄화플루오르 기체의 플라즈마를 사용함으로써 증착 필름을 형성, SF6 플라즈마의 이온 성분을 사용하는 측부 표면 외의 표면상에서 증착 필름의 제거, 및 라디칼을 이용함으로써 규소에의 식각 공정을 반복적으로 실행한다.
보쉬 공정을 실행함으로써, 50만큼 또는 그보다 높은 보통의 레지스트 마스크에 대한 규소 식각 속도비를 쉽게 얻을 수 있다. 중간층이 수지 물질로 이루어진다면, 물질의 조성이 레지스트 마스크의 것과 매우 유사하기 때문에 유사한 결과가 수지 물질의 거의 모든 종류에서 얻어질 수 있다. 중간층의 물질인 수지 물질로 이루어지고 코팅된 필름의 두께는 예를 들어 약 수백 나노미터에서 수십 마이크로미터이다. 상기-설명한 필름 두께는 50 내지 800 마이크로미터의 깊이로 규소를 식각하는 데 사용되는 멈추개 또는 마스크의 두께로 충분하다.
규소 산화물 필름을 사용한다면, 최소 100 만큼의 규소 대 규소 산화물의 식각 속도비를 얻을 수 있다. 또한, 규소 산화물 필름이 열적 산화 방법을 사용하여 발생된다면, 25 마이크로미터 또는 그보다 두꺼운 두께로 규소 산화물 필름을 얻을 수 있다는 것이 널리 알려져 있다. 그러나, 가능한 한 쉬운 방법으로 공정을 수행하거나 결과로 생성된 필름의 질을 향상시키기 위하여, 규소 산화물 필름의 두께가 2 마이크로미터 또는 그보다 작은 경우가 유용하다. 또한, 플라즈마 증강 화학 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition) (플라즈마 CVD) 방법이 규소 산화물 필름을 형성하는 데 사용된다면, 50 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 규소 산화물 필름을 형성할 수 있다. 그러나, 가능한 한 쉬운 방법으로 공정을 수행하거나 결과로 생성된 필름의 질을 향상시키기 위하여, 규소 산화물 필름의 두께는 10 마이크로미터 이하인 경우가 유용하다. 상기-설명한 필름 두께는 규소를 50 내지 800 마이크로미터 깊이로 식각하기 위해 사용되는 마스크의 두께로 충분히 작다.
규소 이외의 금속 물질 또는 금속성 산화물을 사용한다면, 상기-설명한 비율보다 더 높은 규소에 대한 식각 선택성을 얻을 수 있다. 더 구체적으로, F 라디칼에 대해 낮은 반응 지수를 갖는 물질이 특히 유용하다. 크롬 물질 또는 알루미늄 물질이 사용된다면, 1,000 만큼 높은 식각 선택성을 얻을 수 있다. 금속 물질 또는 금속성 산화물을 사용하여 형성된 필름의 두께는 일반적으로 약 수 마이크로미터이다. 원하는 깊이로 식각을 시행하기 위하여, 규소와 그 물질의 식각 비율에 기초하여 코팅되도록 필름의 두께를 적절히 선택하는 것이 유용하다.
본 실시양태에서, 보쉬 공정은 규소 건식 식각에 대해 행해지는 것으로 가정된다. 그러나 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 더 구체적으로, 또다른 식각 공정은 중간층의 두께 및 물질을 적절히 선택하고 사용함으로써 본 공정을 시행할 수 있다.
본 실시양태는 이상적으로 높은 정확성으로 통상의 액체 챔버의 바닥을 평탄하게 하고, 표면 내의 균일한 깊이에서 식각을 수행하는 특징적인 효과를 갖는다. 다시 말하면, 멈추개로 기능하는 보통의 액체 챔버의 바닥 모양은 중간층에 의해 조절되기 때문에, 본 실시양태는 소자의 에이징 또는 면내 분포에 상관없이 균일한 깊이에서 기판을 가공할 수 있다.
또한, 본 실시양태는 왕관형 잔류물 또는 벤트 개구부를 효과적으로 방지하여, 공급구의 매우 정밀한 수직 모양을 얻을 수 있다. 식각이 종래의 듀얼 마스크 공정을 사용하여 수행된다면, 이전에 식각된 규소의 모양 만을 가지는 식각 마스크가 공급구를 형성하는 데 사용된다. 반면에, 본 발명에 따른 공정은 마스크로서 기능하는 중간 층을 사용한다. 이에 따라, 본 실시양태는 벤트 개구부와 같은 침식 개구부의 현상을 쉽게 억제할 수 있다.
또한, 본 실시양태에서 보쉬 공정을 사용함으로써, 식각의 종점이 쉽게 감지될 수 있다. 규소 식각에서, 일반적으로, 반응 생산물인 SiF의 방출 강도(440 나노미터)의 감소가 감지된다. 이에 따라, 식각이 종료된다면, 식각의 종료를 감지할 수 있다.
그러나, 종래의 제조 방법에서, 다음의 이유 때문에 공급구의 식각 종료를 감지하기가 어려울 수 있다. 그것은, 종래의 제조 방법이 사용된다면, 공급구의 식각이 종료될 때, 면적이 공급구의 면적보다 큰 통상의 액체 챔버의 바닥 표면에서 그때 규소의 식각이 계속된다. 따라서, 백그라운드 신호가 너무 커서 공급구의 식각 종료를 쉽게 감지할 수 없다.
반면에, 본 실시양태에서, 통상의 액체 챔버의 식각은 공급구의 식각을 시작하기 전에 종료된다. 이에 따라, 식각의 종점은 쉽게 감지될 수 있다. 따라서, 공정의 재현성이 증가될 수 있다.
또한, 본 실시양태에 따르면, 공급구 및 통상의 액체 챔버의 식각을 위한 조건이 변화될 수 있다. 더 구체적으로, 통상의 액체 챔버의 종횡비 및 구경비가 공급구의 것과 다르기 때문에, 최적의 조건은 보통의 액체 챔버의 식각 및 공급구의 식각 사이에서 다를 수 있다. 종래의 듀얼 마스크 공정에서, 통상의 액체 챔버의 식각 및 공급구의 식각은 서로 평행하게 실행된다. 이에 따라, 식각 공정 모두는 서로 분리되지 않는다.
반면에, 본 실시양태에서, 통상의 액체 챔버의 규소 식각은 중간층을 사용하는 제1 건식 식각에 의해 완료된다. 통상의 액체 챔버의 구경비가 공급구의 것보다 더 높기 때문에, 본 실시양태는 통상의 액체 챔버의 식각의 완료를 쉽게 감지할 수 있다.
본 실시양태에서, 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101)을 함께 결합한 후에 경로-형성층(105)을 형성하는 것이 유용하다. 유기 수지 물질은 경로-형성층의 물질로 사용된다. 또한, 유기 수지 물질의 수지 물질의 내열성은 일반적으로 낮다.
상기 설명한 바와 같이, 실리콘 기판은 그것에 열(예를 들어, 섭씨 200 내지 300 도)을 가함으로써 함께 결합될 수 있다. 열을 실리콘 기판에 가한다면, 유기 수지 물질은 그 모양 및 조성이 유지될 수 없다. 이에 따라, 본 실시양태는 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101)을 함께 결합한 후에, 경로-형성층(105)을 형성한다. 따라서, 본 실시양태는 유기 수지 물질의 낮은 내열성의 상기-설명한 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 다음의 구성은 본 발명의 효과를 시행하는 데 또한 유용하다. 즉, 제2 실리콘 기판(101)을 마주보는 오목한 부분(recess)을 갖는 요부 (도 2A)가 먼저 형성된다. 그 후, 요부의 바닥은 제거되어, 도 2B에서 나타낸 모양을 형성한다.
이제, 본 발명의 제2 실시양태를 아래에서 자세히 설명할 것이다. 본 실시양태에서, 트랜지스터와 와이어링은 보통의 반도체 제조 라인을 통해 토출 에너지 발생 소자를 갖는 제1 실리콘 기판상에 형성된다. 또한, 보통의 반도체 제조 라인을 통해 운반되는 실리콘 기판은 수백 마이크로미터의 두께를 갖는다. 더 구체적으로, 6-인치 기판은 약 625 마이크로미터-두께인데 반해, 8-인치 기판은 725 마이크로미터의 두께를 갖는다.
6-인치 및 8-인치 기판이 단지 함께 결합된다면, 총 기판 두께는 1 밀리미터를 넘을 수 있다. 종래의 액체 토출 헤드 제조 라인은 보통의 두께를 갖는 규소 웨이퍼가 그것을 통해서 운반된다고 가정하여 설계된다. 따라서, 1 밀리미터보다 두꺼운 기판이 액체 토출 헤드 제조 라인을 통해 운반된다면, 규소 웨이퍼는 일반적으로 운반될 수 없다. 이 경우, 제조 라인은 재설계될 필요가 있을 수 있다.
통상의 액체 챔버 및 공급구의 깊이로, 보통 크기의 규소 웨이퍼를 완전히 통과하기에 충분하게 깊은 깊이를 사용하는 것은 필요하지 않다. 통상의 액체 챔버 및 공급구가 보통 크기의 규소 웨이퍼를 통과하기에 충분하게 깊은 깊이를 갖는다면, 종횡비는 불리하게 높아질 수 있다. 이 경우, 공정의 어려움이 증가할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 각 실리콘 기판의 두께를 보통의 규소 웨이퍼의 두께와 동일하도록 총 기판 두께를 제한하고, 필요한 강도를 갖는 가능한 최저의 두께로 제한하는 것이 유용하다.
이제, 본 발명의 상기-설명한 효과에 의하고, 상기-설명한 문제점을 방지하여 액체 토출 헤드를 제조하는 예시적인 방법을 도 3A 내지 3C를 참고로 아래에서 상세히 설명할 것이다. 도 3A를 참고하면, 그 상에 에너지 발생 소자(104)가 형성되어 있고, 제2 실리콘 기판을 형성하는 데 이용되는 기판(101a)이 제공된다. 기판(101a)은 도 3B에 나타낸 바와 같이 얇게 되어, 제2 실리콘 기판을 형성한다.
기판(101a)은 백 그라인딩(back grinding), 화학적-기계적 연마 (CMP), 습식 식각 또는 건식 식각 또는 상기-설명한 방법의 임의의 조합과 같은 기계적 연마에 의해 제2 실리콘 기판으로 얇게 될 수 있다. 기판(101a)의 표면은 필요에 따라 미세한 기계적 연마, 화학적 연마, 또는 그들의 조합에 의해 경면 마감(mirror-finished)될 수 있다. 제2 실리콘 기판(101)의 두께는 바람직하게는 100 내지 200 마이크로미터일 수 있다.
또한, 중간층(103)은 도 3C에서 나타낸 바와 같이 제1 실리콘 기판(102)에 형성된다. 또한, 공급구를 형성하기 위한 제1 패턴 형태인 요부는 중간층(103)에 형성된다. 제1 실리콘 기판(102)으로, 약 300 내지 600 마이크로미터의 두께를 갖는 얇은 기판이 사용될 수 있다. 제1 실리콘 기판(102)은 상기-설명한 방법으로 또한 얇게 될 수 있다.
그 후, 제2 실리콘 기판(101) 및 제1 실리콘 기판(102)은 중간층(103)을 통해 함께 결합된다.
그 후, 실리콘 기판은 제1 실시양태에서 상기 설명한 것과 동일한 공정에 의해 가공될 수 있다.
본 실시양태에 따른 방법을 행함으로써, 결합된 실리콘 기판의 총 두께는 보통의 규소 웨이퍼의 두께만큼 얇은 두께로 적절하게 제어될 수 있다. 상기 설명한 바와 같이 실리콘 기판을 얇게 함으로써, 본 실시양태는 가능한 최저 비율로 종횡비를 효과적으로 제한할 수 있다.
본 실시양태에서, 다음의 이유 때문에 결합 후에 액체 토출 노즐을 구성하는 경로-형성층을 형성하는 것이 유용하다. 제조 기구의 기계적 강도 및 적응성의 면에서, 단지 얇아진 실리콘 기판에 경로-형성층을 형성하고, 제조 라인을 통해 얇은 기판을 운반하는 것은 어려울 수 있다. 경로-형성층의 물질로, 유기 필름과 같은 두꺼운 필름이 사용된다. 이에 따라, 응력은 경로-형성층에 의해 발생된다. 따라서, 얇은 웨이퍼가 사용된다면, 웨이퍼는 응력을 견딜 수 없고, 결국 비틀어질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 아래에서 상세하게 설명할 것이다.
이제, 본 발명의 실시예 1을 아래에서 설명할 것이다. 도 3A에 나타낸 바와 같이, 먼저, 그의 일 표면에 형성된 에너지 발생 소자(104)를 갖는 제2 실리콘 기판(101)을 형성하기 위한 기판(101a)을 만들었다. 그 후, 기판(101a)은 도 3B에서 나타낸 바와 같이 다른 표면에서 백 그라운딩함으로써 200 마이크로미터로 얇게 하였다. 그 후에, 기판의 표면을 CMP로 연마하여, 표면 거칠기가 1 나노미터 이하로 낮은 경면 마감된 표면을 얻었다.
또한, 표면에 두께가 2.0 마이크로미터인 규소 산화물 필름이 열적 산화로 형성되고, 그 두께가 400 마이크로미터인 제1 실리콘 기판(102)을 제조하였다. 그 후, 감광성 포지티브형 레지스트 (도쿄 오카 코교 코., 엘티디.의 OFPR-PR8-PM (제품명))를 제1 실리콘 기판(102)의 결합 표면에 도포하였다. 또한, 제1 실리콘 기판(102)을 유시오, 인크.의 심층-UV 노출 장치 UX-4023(제품명)을 사용하여 노출하고, 현상하였다. 이렇게 하여, 도포된 포지티브형 레지스트를 오목한 제1 패턴 형태로 가공하였다.
또한, CHF3, CF4 및 Ar을 포함하는 혼합 기체를 사용함으로써 0.5 마이크로미터 두께의 비식각부를 남기고 1.5 마이크로미터 깊이로 규소 산화물 필름의 식각을 수행하였다. 또한, 제1 패턴 형태를 갖는 규소 산화물 필름을 포함하는 중간층(103)을 제1 실리콘 기판(102)에 형성하였다. 잔류하는 포지티브형 레지스트를 제거하였다. 제1 패턴 형태를 갖는 중간층(103)은 공급구를 형성하는 데 사용되는 제1 마스크로서 기능한다.
또한, 제2 실리콘 기판(101)의 결합 표면 및 제1 실리콘 기판(102)상에 형성된 중간층(103)의 결합 표면을 N2 플라즈마로 활성화하였다. 그 후, 기판을 EV 그룹에 의해 제조된 얼라이너를 사용하여 정렬하였다. 또한, 도 1B에서 나타낸 바와 같이, 제1 실리콘 기판(102) 및 제2 실리콘 기판(101)을 EV 그룹의 결합 기구(제품명: EVG 520IS)를 사용하여 퓨전 본딩으로 제1 패턴 형태를 갖는 규소 산화물 필름을 포함하는 중간층(103)을 통해 함께 결합하였다.
그 후, 액체 토출 헤드를 구성하는 경로-형성층(105)을 도 1C에서 나타내는 바와 같이 제2 실리콘 기판(101)의 결합 표면과 마주보는 표면에 형성하였다.
또한, 감광성 포지티브 레지스트 (클라리언트 재팬 K.K.의 AZP4620 (제품명))를 제1 실리콘 기판(102)의 결합 표면과 마주보는 표면에 도포하였다. 또한, 도포된 포지티브 레지스트를 심층-UV 노출 장치(유시오, 인크.의 UX-4023(제품명))를 사용하여 노출하고, 그 후 현상하였다. 또한, 통상의 액체 챔버를 형성하기 위한 제2 패턴 형태를 갖는 제2 마스크를 도 1D에 나타낸 바와 같이 형성하였다.
그 후, 제1 건식 식각을 제2 마스크를 사용하여 SF6 및 C4F8를 교대로 사용하는 보쉬 공정으로 수행하여, 도 1D에서 나타내는 바와 같이, 제1 실리콘 기판(102) 에 통상의 액체 챔버를 형성하였다.
그 후, 도 1E에서 나타낸 바와 같이, 중간층(103)의 일부를 제거하여, 요부에 대응하는 개구부를 형성하였다. 또한 도 1G에서 나타낸 바와 같이, 마스크로서 중간층(103)을 사용하여 상기 언급한 것과 동일한 식각 방법인 보쉬 공정을 사용하는 제2 건식 식각을 수행하여 제2 실리콘 기판(101) 상에 공급구를 형성하였다.
상기-설명한 공정을 수행함으로써, 발명자는 본 실시예가 적용되는 액체 토출 헤드를 제조하는 것이 가능하였다.
또한 중간층(103)은 다음의 방법에 의해 형성될 수 있다.
더 구체적으로, 도 4A에서 나타낸 바와 같이, 중간층(503b)은 제1 실리콘 기판(502)에 형성되고, 동일한 물질로 이루어진 중간층(503a)은 제2 실리콘 기판(501) 에 형성된다. 오목한 형태는 제1 패턴 형태로서 기판의 어느 하나(도 4A에 나타낸 예에서 중간층 503b)에 형성된다.
그렇지 않으면, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 다른 물질로 이루어진 두 개의 중간층(503a 및 503b)이 제1 실리콘 기판(502) 및 제2 실리콘 기판(501)의 어느 하나에 형성된다. 제1 패턴 형태는 최상위 중간층(503b)에 형성된다.
또한 그렇지 않으면, 도 4C에 나타낸 바와 같이, 다른 물질로 이루어진 중간층은 제1 실리콘 기판(502) 및 제2 실리콘 기판(501)의 각각에 형성되고, 제1 패턴 형태는 제1 실리콘 기판(502) 및 제2 실리콘 기판(501)의 어느 하나에 형성된다.
중간층의 물질은 상기 설명된 물질로부터 선택될 수 있다.
이제, 본 발명의 실시양태를 적용한 실시예 2를 아래에서 상세하게 설명할 것이다.
도 4B에서 나타낸 바와 같이, 1.5 마이크로미터 두께를 갖는 열적으로 산화된 필름을 제1 실리콘 기판(502)에 형성하고, 0.5 마이크로미터 두께를 갖는 플라즈마 CVD 방법으로 형성된 규소 산화물 필름을 제1 실리콘 기판(501)에 형성하였다. 다시 말하면, 실시예 2에 따라서, 중간층은 각 기판에 형성되는 결합된 규소 산화물 필름의 쌍이다. 통상의 액체 챔버의 식각을 완전히 수행한 후에, 노출된 열적으로 산화된 필름 및 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성된 노출된 규소 산화물 필름을 C4F8 및 O2를 포함하는 혼합 기체를 사용하여 0.5 마이크로미터로 균일한 깊이로 식각하여, 제1 패턴 형태를 형성하였다. 그 후에, 제2 건식 식각을 제1 실리콘 기판(502)에 수행하여 공급구를 형성하였다. 공정의 다른 부분은 실시예 1에서 상기 설명한 바와 동일하다.
실시예 3을 아래에서 상세히 설명할 것이다. 도 4B에서 나타낸 바와 같이, 2.0 마이크로미터의 두께를 갖는 폴리에테르 아미드 수지 (히타치 케미칼 코., 엘티디.의 HIMAL (제품명))를 0.7 마이크로미터-두께로 열적으로 산화된 필름이 형성되어 있는 제1 실리콘 기판(502)에 형성하였다. 다시 말하면, 실시예 3에 따라, 중간층은 열적으로 산화된 필름 및 폴리에테르 아미드 수지층을 포함하는 두 층을 포함한다.
또한, 폴리에테르 아미드 수지를 O2 및 CF4를 포함하는 혼합 기체를 사용하여 식각하여 제1 패턴 형태를 형성하였다. EVG 520IS를 사용하여 섭씨 280도의 온도에서 열압착 본딩에 의해 결합을 행하였다. 통상의 액체 챔버의 식각은 단지 중간층(열적으로 산화된 필름)까지 수행하였다. 그 후에, 중간층(열적으로 산화된 필름)을 C4F8 및 O2를 포함하는 혼합 기체로 식각하였다. 또한, 중간층(폴리에테르 아미드 수지)을 노출하고, 공급구를 건식 식각으로 형성하였다. 공정의 다른 부분은 실시예 1에서 상기 언급된 것과 동일하다.
이제, 실시예 4를 아래에서 상세하게 설명할 것이다. 도 5A에 나타낸 바와 같이, 0.7 마이크로미터의 두께를 갖고, 열적으로 산화된 규소로 이루어진 중간층(1103)을 제1 실리콘 기판(1102)에 형성하였다. 또한, 감광성 포지티브형 레지스트(도쿄 오카 코교 코., 엘티디.의 OFPR-PR8-PM (제품명))를 그것에 도포하였다. 또한, 감광성 포지티브형 레지스트를 노출하고, 현상하여 공급구를 형성하기 위한 중간층(1103)에 제1 패턴 형태를 형성하였다. 감광성 포지티브형 레지스트를 유시오, 인크의 근접 마스크 얼라이너 UX-3000SC를 사용하여 노출하였다.
그 후, 중간층(1103)을 상기-설명한 방식에서 형성된 패턴을 사용함으로써 건식 식각하여, 원하는 패턴을 얻었다. 중간층(1103)에 제1 실리콘 기판(1102)이 노출되기에 충분히 깊은 개구부가 제공되지 않고, 임의의 두께로 비식각부를 부분적으로 남겼다. 더 자세하게는, 중간층(1103)의 부분은 약 300 나노미터의 깊이로 비식각부를 부분적으로 남겼다.
또한, 도 5B에서 나타낸 바와 같이, 제1 실리콘 기판(1102)에 형성된 중간층의 결합 표면과 제2 실리콘 기판(1101)의 결합 표면을 N2 플라즈마로 활성화하였다. 그 후, 기판을 EV 그룹에서 제조된 얼라이너를 사용하여 정렬하였다.
또한, 제1 실리콘 기판(1102)과 제2 실리콘 기판(1101)을 EV 그룹의 결합 기구(제품명: EVG 520IS)를 사용하여 퓨전 본딩으로 규소 산화물 필름을 포함하고, 제1 패턴 형태를 갖는 중간층(1103)을 통해 함께 결합하였다. 더 자세하게는, 제1 실리콘 기판(1102) 및 제2 실리콘 기판(1101)을 중간층(1103)을 통해 함께 직접적으로 결합하였다.
또한, 도 5C에서 나타낸 바와 같이, 액체 토출 헤드 노즐(1105)을 그의 결합 표면과 마주보는 제2 실리콘 기판(1101)의 표면에 형성하였다.
또한, 도 5D에서 나타낸 바와 같이, 폴리에테르 아미드 수지 (히타치 캐미칼 코., 엘티디.의 HIMAL (제품명))를 그의 결합 표면과 마주보는 표면의 제1 실리콘 기판(1102) 상에 형성하였다. 또한, 감광성 포지티브 레지스트 (도쿄 오카 코교 코., 엘티디.의 OFPR-PR8-PM(제품명))를 폴리에테르 아미드 수지상에 도포하였다. 그 후, 감광성 포지티브 레지스트를 유시오, 인크.의 근접 노출 기구 UX-3000 (제품명)을 이용하여 노출하고, 그 후 현상하였다.
감광성 포지티브 레지스트로부터 상기-설명한 방식에서 형성된 마스크 패턴을 사용함으로써, 이전에 형성되었던 폴리에테르 아미드 수지를 산소 플라즈마를 사용하여 건식 식각으로 식각하였다. 이 방식에서, 제2 마스크(1106)를 얻었다. 폴리에테르 아미드 수지는 높은 알칼리 저항성을 갖기 때문에, 폴리에테르 아미드 수지는 이방성 규소 식각에 사용되는 마스크의 물질로 사용될 수 있다.
또한, 도 5E에서 나타낸 바와 같이, 마스크로서 제2 마스크(1106)를 사용하여 제2 실리콘 기판을 이방성 식각으로 식각하였다. 식각 액체로서, 20%의 밀도를 갖는 테트라메틸 암모늄 히드로옥사이드 수용액을 사용하였다. 제1 실리콘 기판을 섭씨 80도의 온도에서 12시간 동안 식각하였다. 제1 실리콘 기판을 웨이퍼 표면의 모든 패턴에서 중간층(1103)까지 식각하였다. 또한, 중간층(1103)을 제1 패턴 형태가 완전히 개구되는 깊이까지 건식 식각으로 식각하였다.
또한, 도 5F 및 5G에서 나타낸 바와 같이, 제2 실리콘 기판(1101)을 마스크로서 중간층(1103)을 사용하여 제1 실시양태에서 상기 설명한 바와 동일한 보쉬 공정으로 제2 건식 식각으로 식각하여, 그것에 대해 공급구(1108)를 형성하였다.
상기-설명한 공정을 수행함으로써, 발명자는 본 실시예가 적용된 액체 토출 헤드를 제조할 수 있었다.
이제 실시예 5를 아래에서 상세하게 설명할 것이다. 도 6A에서 나타낸 바와 같이, 0.7 마이크로미터의 두께를 갖고, 열적으로 산화된 규소로 이루어진 중간층(1203)을 제1 실리콘 기판(1202)에 형성하였다. 또한, 감광성 포지티브형 레지스트 (도쿄 오카 코교 코., 엘티디.의 OFPR-PR8-PM (제품명))를 그것에 도포하였다. 또한, 감광성 포지티브형 레지스트를 노출하고, 현상하여 공급구를 형성하기 위한 중간층에 제1 패턴 형태를 형성하였다. 감광성 포지티브형 레지스트는 유시오, 인크의 근접 마스크 얼라이너 UX-3000SC를 사용하여 노출하였다.
그 후, 중간층(1203)은 상기-설명한 방식에서 형성된 패턴을 사용하여 건식-식각하여, 원하는 패턴을 얻었다. 중간층(1203)에 제1 실리콘 기판(1202)이 노출되기에 충분히 깊지 않은 개구부를 제공하고, 임의의 두께로 비식각부를 부분적으로 남겼다. 더 자세하게는, 중간층(1203)의 부분은 약 300 나노미터의 깊이로 비식각부를 부분적으로 남겼다.
또한, 도 6B에서 나타낸 바와 같이, 제2 실리콘 기판(1201)에 형성된 중간층의 결합 표면과 제1 실리콘 기판(1202)의 결합 표면을 N2 플라즈마로 활성화하였다. 그 후, 기판을 EV 그룹에서 제조된 얼라이너를 사용하여 정렬하였다.
또한, 제1 실리콘 기판(1202)과 제2 실리콘 기판(1201)을 EV 그룹의 결합 기구(제품명: EVG 520IS)를 사용하여 퓨전 본딩으로 제1 패턴 형태를 갖고 규소 산화물 필름을 포함하는 중간층(1203)을 통해 함께 결합하였다. 더 자세하게는, 제1 실리콘 기판(1202) 및 제2 실리콘 기판(1201)을 중간층(1203)을 통해 함께 직접적으로 결합하였다.
또한, 도 6C에서 나타낸 바와 같이, 액체 토출 헤드 노즐(1205)을 그의 결합 표면과 마주보는 제2 실리콘 기판(1202)의 표면에 형성하였다.
또한, 도 6D에서 나타낸 바와 같이, 폴리에테르 아미드 수지 (히타치 캐미칼 코., 엘티디.의 HIMAL (제품명))를 그의 결합 표면과 마주보는 표면의 제1 실리콘 기판(1202) 상에 형성하였다. 또한, 감광성 포지티브 레지스트 (도쿄 오카 코교 코., 엘티디.의 OFPR-PR8-PM(제품명))를(도시하지 않음) 폴리에테르 아미드 수지상에 도포하였다. 그 후, 감광성 포지티브 레지스트를 유시오, 인크.의 근접 노출 기구 UX-3000 (제품명)을 이용하여 노출하고, 그 후 현상하였다.
마스크로서 상기-설명한 방식에서 형성된 패턴을 사용함으로써, 이전에 형성되었던 폴리에테르 아미드 수지를 산소 플라즈마를 사용하는 화학적 건식 식각으로 식각하였다. 이 방식에서, 제2 마스크(1206)를 얻었다. 폴리에테르 아미드 수지는 높은 알칼리 저항성을 갖기 때문에, 폴리에테르 아미드 수지는 이방성 규소 식각에 사용되는 마스크의 물질로 사용될 수 있다.
또한, 도 6D에서 나타낸 바와 같이, 이트륨 알루미늄-가넷(YAG) 레이저를 사용하여, 리드 단자 공정을 제2 패턴 내부에서 행하였다. 더 자세하게는, YAG 레이저의 3차 웨이브(즉, 3차 고조파(THG) 레이저 (355 나노미터))를 사용함으로써, 레이저의 파워 및 진동수를 적절하게 설정하였다. 이렇게 하여, 약 40 마이크로미터의 지름을 갖는 리드 단자를 형성하였다.
또한, 도 6E에 나타낸 바와 같이, 규소 결정 이방성 식각을 중간층(1203)이 제2 마스크(1206)를 사용함으로써 완전히 노출되도록 충분히 깊은 깊이로 행하였다. 따라서, 단면이 앵글 브라켓으로써 공간형 모양을 갖는 통상의 액체 챔버(제1 개구부)(1207)를 형성하였다. 더 구체적으로, 중간층(1203)은 관통하여 완전히 식각되지도, 그것에 대해 형성된 임의의 패턴도 가지지 않기 때문에, 제2 실리콘 기판(1201)을 통상의 액체 챔버(1207) 측부로부터 볼 때, 전혀 노출되지 않는다. 따라서, 제2 실리콘 기판(1201)의 식각은 결정 이방성 식각 때문에 불리하게 진행되지는 않을 것이다.
또한, 도 6F에서 나타내는 바와 같이, 중간층(1203)을 제1 패턴 형태가 완전히 개구되는 깊이까지 건식 식각으로 식각하였다.
또한, 도 6G에서 나타내는 바와 같이, 중간층(1203)을 제1 패턴 형태의 개구부가 노출되도록 제2 실리콘 기판(1201)에 대해 충분히 깊은 깊이까지 건식 식각으로 식각하였다.
상기-설명한 공정을 수행함으로써, 발명자는 본 실시예가 적용되는 액체 토출 헤드를 제조할 수 있었다.
실시예 6을 아래에서 상세하게 설명할 것이다. 도 7A 내지 7H는 본 실시양태에 따른 액체 토출 헤드 제조 방법에 의해 제조된 액체 토출 헤드의 단면이다. 도 7A를 참고하면, 액체 토출 에너지 발생 소자(1010) 및 소자(1010)을 구동하는 반도체 회로를 (100) 면상의 제2 실리콘 기판(1011)상에 형성한다. 왜냐하면, 제2 실리콘 기판(1011)상의 고-품질 금속 산화물 반도체(MOS) 트랜지스터를 형성하는 데 필요하기 때문에, 그의 표면 상에 (100) 면을 갖는 실리콘 기판을 제2 실리콘 기판(1011)으로 사용한다.
제2 실리콘 기판(1011)을 접지하고, 도 7B에 나타낸 바와 같이 그의 후방 표면을 연마하여 적절하게 얇게 한다. 또한, 제1 실리콘 기판(1013)을 제조한다. 제1 실리콘 기판(1013)으로, 그의 표면상에 (110)면을 갖는 실리콘 기판을 사용하였다. 이는 다음의 이유때문이다. 즉, (110)면을 갖는 기판을 강염기로 규소 이방성 습식 식각으로 식각한다면, 기판의 표면의 방향에서 식각이 제한될 수 있는데, 왜냐하면 낮은 식각 속도를 갖는 (111) 면이 기판의 표면에 수직이기 때문이다. 또한, 그 결과, 실질적으로 수직이 되도록 통상의 액체 챔버의 측벽을 식각하기 위한 이방성 식각이 수행될 수 있다.
제1 패턴을 갖는 중간층(1012)을 제1 실리콘 기판(1013)의 표면상에 형성한다. 제1 패턴은 개구부를 갖지만, 개구부는 중간층(1012)을 완전히 관통할 정도로 깊지는 않다. 중간층(1012)은 포토리쏘그래피를 행하고, 열적으로 산화된 필름을 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 식각은 산화 필름의 중간에서 정지된다.
제2 실리콘 기판(1011) 및 제1 실리콘 기판(1013)을 도 7C에서 나타내는 바와 같이 적절한 위치에서 정렬한다.
또한, 도 7D에서 나타내는 바와 같이, 제2 실리콘 기판(1011) 및 제1 실리콘 기판(1013)을 함께 결합한다. 그 결합 후에, 도 7E에서 나타내는 바와 같이, 제2 패턴을 갖는 제2 마스크층(1014)을 제1 실리콘 기판(1013)의 후방 표면에 형성한다.
실리콘 기판의 이방성 습식 식각 및 건식 식각에 대하여 충분히 높은 식각 저항성을 갖는 물질을 중간층(1012) 및 제2 마스크 층(1014) 각각의 물질로서 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 규소 산화물 필름, 규소 질화물 필름, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 규소 수지, 플루오르 수지, 에폭시 수지 또는 폴리에테르 아미드 수지와 같은 수지가 사용될 수 있다.
도 7F에서 나타내는 바와 같이, 경로 몰딩 물질(1015) 및 경로-형성층(1016)을 제2 실리콘 기판(1011)의 표면에 형성한다. 경로-형성층(1016)은 경로 몰딩 물질(1015)을 덮고, 그 표면에 토출구를 갖는다. 경로 몰딩 물질(1015)은 희생층이기 때문에, 공정의 후반 단계에서 제거된다.
또한, 건식 식각 또는 이방성 습식 식각 때문에 발생할 수 있는 경로-형성층(1016)상의 손상을 방지하기 위해, 경로-형성층(1016)을 보호 필름(1017)으로 덮는다. 보호 필름(1017)이 표면뿐만 아니라, 기판의 측부 연부를 덮는 것이 또한 유용하다.
보호 필름(1017)을 형성한 후에, 제1 실리콘 기판(1013)은 기판의 후방 측부에서 제2 마스크층(1014)을 통해 이방성 습식 식각에 의해 가공된다. 식각 액체로, KOH 또는 테트라메틸 암모늄 히드로옥사이드 (TMAH)와 같은 알칼리성 용액이 사용될 수 있다. 제1 실리콘 기판(1013)에서, 중간층(1012)과 기판의 표면에 수직인 방향에서의 이방성 식각 공정은 그 후, 도 7G에 나타낸 바와 같이 노출된다.
도면에서 나타낸 바와 같이, 이방성 습식 식각은 중간층(1012)에서 정지한다. 따라서, 기판 내에서 균일한 깊이로서 통상의 액체 챔버(1019)의 식각을 가공하는 것이 가능하다. 또한, 식각의 깊이는 효과적으로 제어할 수 있다.
그 후, 중간층(1012)을 제1 패턴 형태가 완전히 개구되는 깊이까지 건식 식각으로 식각하였다. 중간층(1012)은 습식 식각 또는 건식 식각 중 하나로 식각할 수 있다. 그러나, 그 깊이의 방향에서 이방성 식각을 건식 식각으로 쉽게 행할 수 있기 때문에, 건식 식각이 더 유용할 수 있다.
중간층(1012)의 개구부가 노출된다면, 공급구(1020)는 개구부를 통해 건식 식각으로 가공된다. 그 후, 경로 몰딩 물질(1015) 및 보호 필름(1017)을 제거한다. 상기-설명한 방식에서, 기판을 통한 잉크 공급 경로는 도 7H에서 나타낸 바와 같이 완전하게 형성된다.
상기-설명한 구성을 갖는 이 실시예에 따라, 통상의 액체 챔버는 이방성 습식 식각에 의해 기판의 수직 방향에서 가공될 수 있다. 이에 따라, 본 실시양태는 공정의 재현성을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 실시양태에서 사용되는 습식 식각 기구는 일반적으로 비싸지 않다. 또한, (111) 면은 이방성 습식 식각으로 가공에 의해 보통의 액체 챔버의 측벽에서 노출되기 때문에, 그렇지 않으면 가능한 잉크와 같은 알칼리성 용액에 의한 통상의 액체 챔버 측벽의 침식을 쉽게 방지하게 된다.
이제 실시예 7을 아래에서 상세하게 설명할 것이다. 도 8A 내지 8C는 그 후방 측부로부터 본 기판의 평면도이다. 먼저, 실시예 6에서의 것과 유사한 공정을 수행함으로써, 제1 실리콘 기판 및 제2 실리콘 기판을 함께 결합한다.
그 후에, 도 8A에서 나타낸 바와 같이, 제2 마스크 층(1021)을 제2 실리콘 기판의 후방 측부에 형성한다. 제2 마스크 층(1021)은 평행사변형-모양의 개구부(1022)를 포함한다. 또한, 제1 실리콘 기판의 (111) 면은 평행사변형-모양의 개구부(1022)의 긴-연부와 일치한다.
도 8B에 나타낸 바와 같이, 이방성 습식 식각에 의해 그 후방 표면에서 제1 실리콘 기판을 가공하기 전에, 개구부(1022)를 그의 4개의 모서리에서 식각한다. 본 실시양태에서, 식각은 레이저 공정에 의해 행해진다. 도 8B에 나타낸 레이저-가공된 구멍(1023)을 형성하는 공정의 깊이로, 제1 실리콘 기판의 두께와 동일한 깊이까지 구멍을 형성하는 것이 유용하다.
도 8C에 나타낸 바와 같이 이방성 습식 식각을 행함으로써, 이방성 습식 식각은 레이저-가공된 구멍(1023)으로부터 진행한다. 이에 따라, 식각때문에 왜곡이 없는 (111) 면이 통상의 액체 챔버의 하부에서 발생할 수 있다. 따라서, 통상의 액체 챔버의 하부에 존재하는 전체 중간층(1024)은 완전히 노출될 수 있다. 그 후에, 실시예 6에서의 것과 유사한 공정을 수행함으로써, 공급구를 중간층(1024)의 개구부를 통해 건식 식각으로 식각한다. 상기-설명한 방식에서, 잉크 공급 경로를 완전하게 형성할 수 있다.
이방성 습식 식각 전에 수행되는 식각 공정은 레이저 공정으로 제한되지 않는다. 그렇지 않으면, 제3 식각 마스크 층을 제2 마스크 층(1021)에 형성하고, 보쉬 공정과 같은 건식 식각으로 가공할 수 있다. 또한 그렇지 않으면, 대신에 샌드블라스팅을 사용할 수 있다. 이방성 습식 식각 전에 수행되는 식각으로, 매우 높은 형태-발생(form-generation) 공정 정확성을 얻을 필요는 없다. 이에 따라, 공정 속도가 증가될 수 있는 식각 공정 및 식각 조건을 사용할 수 있다.
본 발명은 실시양태를 참고로 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시양태에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 다음의 청구항의 범위는 모든 변형, 균등물 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석을 부여할 것이다.
본 출원은 그 전체가 본원에 참고로 포함되어 있는 2010년 1월 14일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-005824호 및 2011년 1월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-002039호로부터 우선권을 주장한다.
Claims (7)
- 제1 실리콘 기판, 제2 실리콘 기판 및 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판 사이에 있는 복수의 요부를 포함하는 중간층의 조합을 제공하는 단계;
제1 마스크를 사용하여 중간층과의 결합 표면과 마주보는 제1 실리콘 기판의 표면에서 제1 실리콘 기판의 식각을 수행하여, 제1 실리콘 기판을 관통하는 제1 관통 구멍을 형성하고, 중간층의 복수의 요부에 대응하는 중간층의 부분을 노출하는 단계;
복수의 요부의 바닥을 구성하는 부분을 제거함으로써 중간층에 복수의 개구부를 형성하는 단계; 및
복수의 개구부가 형성된 중간층을 마스크로서 사용하여 제2 실리콘 기판의 제2 식각을 수행하여 제2 실리콘 기판을 관통하는 제2 관통 구멍을 형성하는 단계
를 포함하는 실리콘 기판 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제공 단계에서, 제1 실리콘 기판 및 제2 실리콘 기판이 중간층을 통해 함께 결합된 것인 실리콘 기판 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 중간층이 수지층, 규소 산화물 필름, 규소 질화물 필름, 규소 탄화물 필름, 규소와 다른 금속성 필름 또는 그들의 산화물 필름 또는 질화물 필름인 실리콘 기판 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 식각이 건식 식각인 실리콘 기판 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 식각이 결정 이방성 식각인 실리콘 기판 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 식각이 건식 식각인 실리콘 기판 가공 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 실리콘 기판의 면방향이 [110]이고, 제2 실리콘 기판의 면방향이 [100]인 실리콘 기판 가공 방법.
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