KR19990063217A - 유체로부터 불순물을 제거하기 위해 히터 칩의 일부로 형성되는 필터 및 그 필터를 형성하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
필터를 통과하는 유체로부터 불순물을 여과시키기 위한 일체형 필터를 구비하는 잉크제트 방식의 히터 칩이 제공된다. 히터 칩은 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 구비하는 실리콘 기판 및 상기 실리콘 기판을 통해 확장하는 통로를 포함한다. 제 1 에칭 저항물질 층은 제 1 기판 표면상에 형성되고, 제 1 층을 통해 확장하고 기판 통로와 서로 통하는 하나 이상의 개구부를 포함한다. 제 2 에칭 저항물질 층은 제 2 기판 표면상에 형성되고, 제 2 층을 통해 확장하고 기판 통로와 서로 통하는 다수의 기공을 구비하는 부분을 포함한다. 제 2 층의 부분은 필터를 통과하는 잉크로부터 불순물을 여과시키는 필터를 한정한다. 히터 칩을 형성하기 위한 공정이 또한 제공된다.
Description
본 발명은 잉크가 프린트헤드 내의 버블 챔버로 유동하기 전에 잉크로부터 불순물을 여과시키기 위한 히터 칩의 일체 요소로서 형성되는 필터에 관한 것이다.
참조 관련 문헌
본 출원은 본 명세서에 참조에 의해 병합되어 개시된, Attorney Docket No. LE9-97-133을 갖는, 칼 에이. 술리반(Carl E. Sullivan) 에 의해 유체로부터 불순물을 제거하기 위한 필터 및 그 필터를 형성하기 위한 방법(A Filter Removing Contaminants From a Fluid and a Method For Forming Same)이라고 명명된 동시에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 8/993,431호에 관한 것이다.
드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 잉크제트 방식의 프린터는 열에너지를 사용하여, 잉크가 채워진 챔버에서 증기 버블을 생성시켜, 잉크 방울을 방출시킨다. 흔히 저항기라 하는 열에너지 발생기 또는 가열 소자는 방전 오리피스 또는 노즐 가까이에 있는 히터 칩 상의 챔버 내에 위치해 있다. 단일의 가열 소자를 각 챔버에 제공되는, 다수의 챔버가 프린터의 프린트헤드에 제공된다. 프린트헤드는 전형적으로 히터 칩과, 상기 칩 속에 형성되는 다수의 방전 오리피스를 구비한 플레이트를 포함한다. 프린트헤드는 또한 잉크가 채워진 용기를 포함하는 잉크제트 방식의 프린트 카트리지의 부분을 형성한다.
프린트 카트리지 용기는 하나 또는 그 이상의 잉크 챔버를 포함한다. 흑백 또는 단색 프린트 카트리지에 대해, 1개의 챔버가 제공된다. 3색 프린트 카트리지에 대해, 3개의 챔버가 제공된다. 프린트 카트리지 용기는 또한 각각의 챔버에 대해 필터/직립관(standpipe) 조립체를 포함한다. 직립관이란 통로를 의미하며, 상기 통로를 통해 잉크가 챔버로부터 프린트헤드로 진행하면서 유동한다. 필터는 직립관에 부착되고, 잉크가 프린트헤드에 도달하기 전에 잉크로부터 에어 버블 및 불순물을 제거하는 기능을 한다. 잉크로부터 제거되지 않은 불순물은 프린트헤드 오리피스 플레이트의 오리피스를 차단하고, 그 결과 잉크가 이들 오리피스로부터 방출되지 못하게 할 수 있다.
잉크제트 방식의 프린터에 의해 생성되는 프린트되는 이미지의 질은 프린터의 해상도에 상당히 따른다. 도트의 간격이 보다 밀접하게 떨어지는 더 높고 또는 더 세밀한 해상도가 더 높은 질의 이미지를 위해 제공된다.
잉크제트 방식의 프린터의 해상도를 증가시키는 고려사항은 증가된 해상도가 단위면적당 더 많은 프린트되는 도트를 야기한다는 것이다. 예를 들면, 600*600 dpi에서 1200*1200 dpi로 프린트 해상도를 2배로 하면 단위면적당 같은 수의 도트의 4배를 야기한다. 단위면적당 도트의 수가 증가된 해상도와 함께 증가하기 때문에, 각각의 프린트되는 도트의 사이즈는 프린트 매체를 포화시키는 것을 회피하기 위하여 감소시켜야 한다. 그러므로, 오리피스 플레이트의 오리피스 사이즈는 감소하여야 한다. 더 소형의 오리피스가 잉크에 함유되는 불순물에 의해 차단되거나 방해되지 못하게 하기 위하여, 더 세밀한 필터가 요구된다.
직립관에 부착되는 종래의 필터는 전형적으로 금속 메시(mesh)로 만들어진다. 매우 세밀한 금속 메시 필터는 생산하는데 비용이 많이 드는 것으로 여긴다. 게다가, 매우 세밀한 금속 메시 필터를 가로질러 잉크 압력 강하는 잉크가 금속 메시를 통과하면서 지나가야 할 구불구불한 유동 경로 때문에 크다라고 여긴다.
미국 특허 번호 제 5,124,717호, 제 5,141,596호 및 제 5,204,690호는 실리콘 채널 플레이트에 필터를 제공하는 것을 설명한다. 이들 프린트헤드 장치에서, 히트 칩용 하나 및 채널 플레이트용 하나인 2개로 분리된 실리콘 기판이 요구된다. 실리콘은 고가의 물질이기 때문에, 이들 프린트헤드 장치는 비실용적인 것으로 여긴다.
따라서, 필터를 가로질러 유체 압력의 상당한 강하에 또한 영향을 받음이 없이, 잉크로부터 매우 작은 입자를 포함하는 다양한 크기의 입자를 제거할 수 있는 개선된 저비용의 필터가 요구된다.
본 발명에 있어서, 히터 칩의 일체 요소로 형성되는 필터를 구비한 히터 칩이 제공된다. 상기 필터는 필터를 가로질러 유체 압력의 상당한 강하에 또한 영향을 받음이 없이, 잉크로부터 매우 작은 입자를 포함하는 다양한 크기의 입자를 제거할 수 있다. 본 발명의 히터 칩은 그 반대 측면 상에 실리콘 제 1 및 제 2 에칭 저항물질 층을 구비한 기판으로부터 형성된다. 제 2 층의 일부분은 다수의 기공을 포함하며, 각 기공은 약 0.5 μ㎡ 내지 약 25 μ㎡ 의 면적 또는 크기를 가지는 것이 바람직하다. 제 2 층 부분이란 필터를 통과하는 잉크로부터 불순물을 여과하는 필터를 의미한다. 종래의 금속 메시 필터와 반대로, 본 발명의 필터는 곧은 유동 경로를 구비한다. 그러므로, 필터를 통해 흐르는 잉크의 저항 및 필터를 가로지르는 압력 강하는 최소이다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 층 부분은 2개 또는 그 이상의 필터 단면부를 포함하고, 각각의 필터 단면부는 다수의 기공을 포함한다. 제 2 층 부분은 2개 필터 단면부 사이에 배치되는 하나 이상의 강화 리브를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따라 구성되는 프린트 카트리지를 구비한 잉크제트 방식의 프린팅 장치를 부분적으로 절단하여 도시한 사시도.
도 2는 2개의 다른 레벨로 제거되는 오리피스 플레이트의 단면부와 함께 오리피스 플레이트에 연결되는 본 발명에 따라 구성되는 히터 칩의 일부분을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 형성되는 프린트헤드의 일부분을 도시한 횡단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성되는 히터 칩을 부분적으로 절단하여 도시한 평면도.
도 4a는 도 4에 도시되는 히터 칩의 일부분을 도시한 확대도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 형성되는 히터 칩을 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시되는 히트 칩을 형성하기 위한 공정을 개략적으로 도시하는 횡단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 형성되는 히터 칩의 일부분을 도시한 평면도.
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
24 : 프린트헤드 50 : 히터 칩
52 : 저항 가열 소자 59a 및 59b : 제 1 및 제 2 컨덕터
60 : 필터 152 : 실리콘 기판
152a,152b: 제 1, 제 2 기판 표면 152c : 기판 통로
154 : 제 1 에칭 저항물질 층 156 : 제 2 에칭 저항물질 층
158 : 기공 370 : 강화 리브
이제 도 1을 참조로 하여, 본 발명에 따라 구성되는 프린트 카트리지(20)를 구비하는 잉크제트 방식의 프린팅 장치(10)를 도시하고 있다. 카트리지(20)는 캐리어(40) 내에서 지지되는데, 캐리어는 가이드 레일(42) 상에 교대로 슬라이딩이 가능하게 지지되어 있다. 캐리어(40) 및 프린트 카트리지(20)를 가이드 레일(42)을 따라 앞뒤로 왕복운동을 실행시키기 위한 구동 메커니즘(44)이 제공된다. 프린트 카트리지(20)가 앞뒤로 이동함에 따라, 프린트 카트리지는 프린트 카트리지 아래에 제공되는 페이퍼 기초재(12) 위에 잉크 방울을 방출한다.
프린트 카트리지(20)는 용기(22)(도 1 참조) 및 프린트헤드(24)(도 2 및 도 3 참조)를 포함하며, 프린트헤드는 용기(22)에 끈끈하게 결합되거나 그렇지 않으면 용기(22)에 고정된다. 용기(22)는 잉크가 채워진 내부 챔버(미도시됨)를 포함한다. 용기는 잉크가 프린트헤드(24)로 흐르는 출구(미도시됨)를 더 포함한다. 예시되는 실시예의 용기(22)는 단지 하나의 챔버만을 포함한다. 그러나, 용기(22)는 하나 이상의 챔버, 예를 들면 3개의 챔버를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 이러한 용기는 미국 특허 번호 제 5,576,750호에 개시되며, 이 개시는 참조에 의해 본 명세서에 병합된다.
용기(22)는 중합체 물질로부터 형성될 수 있다. 예시되는 실시예에서, 용기(22)는 폴리페닐렌 산화물로부터 형성되는데, 상기 폴리페닐렌 산화물은 NORYL SE-1 상표명으로 제너럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)로부터 상업적으로 구입 가능하다. 본 명세서에 명확하게 설명되지 않는 다른 물질이 또한 사용될 수 있다.
프린트헤드(24)는 다수의 저항 가열 소자(52)(도 2 및 도 3 참조)를 구비한 히터 칩(50)을 포함한다. 프린트헤드(24)는 잉크 방울이 방출되는 다수의 오리피스(56a)를 한정하는 프린트헤드를 통해 펼쳐져 있는 다수의 개구부(56)를 구비하는 플레이트(54)를 더 포함한다. 오리피스(56a)는 전형적으로 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 크기(즉, 직경)를 갖는다. 플레이트(54)는 접착제에 의해 칩(50)에 결합될 수 있다. 이러한 오리피스 플레이트(54)의 예 및 예시적 접착제는 본 명세서에 참조에 의해 병합되어 개시되는, Attorney Docket No. LE9-95-024, 1995년 8월 28일자에 출원된, 토냐 에이치. 잭슨(Tonya H. Jackson) 등에 의해 잉크제트 방식의 프린트헤드 노즐 구조를 형성하는 방법(METHOD OF FORMING AN INKJET PRINTHEAD NOZZLE STRUCTURE)이라는 제목의 미국 출원 번호 제 08/519,906호 및 Attorney Docket No. LE9-97-092, 1997년 11월 7일자에 출원된, 토냐 에이치. 잭슨 등에 의해 잉크제트 방식의 프린트헤드 노즐 구조를 형성하는 방법이라는 제목의 미국 출원 번호 제 08/966,281호인, 공동 소유의 특허 출원서에 설명되어 있다. 본 명세서에 주지되는 바와 같이, 플레이트(54)는 폴리이미드, 폴리에스테르, 플루오르카본 중합체, 또는 폴리카보네이트와 같은 중합체 물질로부터 형성될 수 있으며, 상기 중합체 물질은 두께가 약 15 내지 약 200 미크론이 바람직하고, 가장 바람직하게는 약 75 내지 약 125 미크론의 두께이다.
플레이트(54)와 히터 칩(50)이 함께 접합되면, 플레이트(54)의 단면부(54a) 및 히터 칩(50)의 부분(50a)은 다수의 버블 챔버(55)를 한정한다. 용기(22)로 공급되는 잉크는 잉크 공급 채널(58)을 통해 버블 챔버(55) 속으로 흘러 들어간다. 저항 가열 소자(52)는 각각의 버블 챔버(55)가 단지 가열 소자(52) 하나만을 가지도록 하기 위해 히터 칩(50) 상에 배치된다. 각각의 버블 챔버(55)는 하나의 오리피스(56a)(도 3 참조)와 서로 통한다.
저항 가열 소자(52)는 전압 펄스에 의해 개별적으로 주소가 지정된다. 각각의 전압 펄스가 하나의 가열 소자(52)에 인가되어, 상기 가열 소자(52)와 접촉하고 있는 잉크를 일시적으로 증발시켜서, 가열 소자(52)가 위치해 있는 버블 챔버(55) 내에서 버블을 형성한다. 버블의 기능은 잉크를 버블 챔버(55) 내로 옮겨서, 버블 챔버(55)와 연결된 오리피스(56a)로부터 잉크 방울을 강제로 방출시킨다
용기(22)에 고정되는 플렉시블 회로(미도시됨)는 에너지 펄스가 프린터 에너지 공급 회로로부터 히터 칩(50)으로 진행하는 경로를 제공하기 위해 사용된다. 히터 칩(50) 상에 제공되는 본드 패드들(미도시됨)은 플렉시블 회로 상의 트레이스(미도시됨)의 엔드 단면부에 결합된다. 본드 패드들은 히트 칩(50) 상의 제 1 및 제 2 컨덕터(59a 및 59b)에 결합된다(도 2 참조). 전류는 프린터 에너지 공급 회로로부터 플렉시블 회로 상의 트레이스로 흐르고, 또한 트레이스로부터 히터 칩(50) 상의 본드 패드들로 흐른다. 본드 패드들로부터, 전류는 컨덕터(59a 및 59b) 및 가열 소자(52)를 통해 흐른다.
본 발명에 따라서, 필터(60)는 히터 칩(50)의 일체 요소로 형성된다(도 2 내지 도 5 참조). 히터 칩(50)은 대향하는 각각의 제 1 및 제 2 외부면(152a 및 152b) 및 상기 외부면을 통해 완전히 확장하는 통로(152c)를 구비하는 실리콘 기판(152)을 포함한다. 기판(152)은 500 ㎛ 내지 약 50800 ㎛, 바람직하게는 약 4000 ㎛의 길이(LS)와; 약 500 ㎛ 내지 약 50800 ㎛, 바람직하게는 약 12000 ㎛의 폭(WS)과; 약 25 ㎛ 내지 약 2 ㎜, 바람직하게는 약 525 ㎛의 두께(TS)를 갖는다(도 4 및 도 5 참조). 통로(152c)는 제 2 외부면(152b)과 만나는 직사각형 형상이다. 통로는 또한 정사각형, 달걀형, 및 타원형일 수 있고, 또한 임의의 다른 기하학 형상을 가질 수 있다. 제 2 외부면(152b)에서, 통로(152c)는 약 50 ㎛ 내지 약 37250 ㎛, 바람직하게는 약 350 ㎛의 길이(LP) 및 약 50 ㎛ 내지 약 37250 ㎛, 바람직하게는 약 2930 ㎛의 폭(WP)을 갖는다.
제 1 에칭 저항물질 층(154)은 제 1 기판 표면(152a) 상에 형성된다(도 5 참조). 제 1 층(154)은 기판 통로(152c)와 서로 통하는 제 1 층을 통해 완전히 확장하는 개구부(154a)를 포함한다. 개구부(154a)는 일반적으로 제 1 외부면(152a)에서 통로(152c)와 동일한 형상(즉, 직사각형) 및 크기를 갖는다. 제 1 층(154)은 Z-방향으로 이 안에 적용되는 모든 범위를 포함하는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛의 두께(T1)를 갖는다(도 5 참조). 제 1 층(154)은 예를 들면, 질화 규소, 탄화 규소, 알루미늄, 탄탈, 및 이산화 규소를 함유하는 다수의 공지된 에칭 저항물질중 임의의 하나로부터 형성될 수 있다. 본 명세서에 명확하게 설명되지 않은 다른 물질이 층(154)을 형성할 때 또한 사용될 수 있다.
제 2 에칭 저항물질 층(156)은 제 2 기판 표면(152b)에 걸쳐 형성된다. 예시되는 실시예에서, 제 2 층(156)은 제 2 표면(152b) 상에 직접 형성된다. 그러나, 제 2 층(156)은 층(156)과 제 2 기판 표면(152b) 사이에 배치되는 중간층(미도시됨) 상에 형성될 수 있다. 제 2 층(156)은 기판 통로(152c)와 서로 통하는 제 2 층을 통해 완전히 확장하는 다수의 기공(158)을 구비한 중심 부분(157)을 포함한다. 만약 제 2 층(156)이 중간층에 걸쳐 형성된다면, 또한 증간층이 중심 부분(157)과 본질적으로 같은 범위에 걸치는 중심 부분을 갖는다면, 중간층은 제 2 층(156) 내의 기공들에 상응하는 중간층에 형성되는 기공들을 또한 구비할 수 있다. 제 2 층은 중심 부분(157)과 본질적으로 같은 범위에 걸치는 단일 개방 영역을 갖는 다른 중간층에 걸쳐 형성될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 그러므로, 상기 다른 중간층은 다수의 기공을 포함하지 않는다. 제 2 층 기공(158)은 X-Y 평면에서 이 안에 적용되는 모든 범위를 포함하는 약 0.5 μ㎡ 내지 약 25 μ㎡; 바람직하게는 약 0.5 μ㎡ 내지 약 17 μ㎡; 더 바람직하게는 약 1.0 μ㎡ 내지 약 8 μ㎡; 가장 바람직하게는 약 1.0 μ㎡ 내지 약 5 μ㎡의 면적 또는 크기를 갖는다(도 4 참조). 인접한 기공(158)간의 간격(S)은 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 바람직하게는 약 6 ㎛ 이다(도 4a 참조). 제 2 층(156)은 Z-방향으로 이 안에 적용되는 모든 범위를 포함하는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 가장 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛의 두께(T2)를 갖는다(도 5 참조). 제 2 층 중심 부분(157)은 필터(60)를 한정한다. 필터는 잉크가 잉크 공급 채널(58) 내로 통과하기 전에 잉크로부터 에어 버블 및 불순물을 여과시키는 기능을 한다(도 3 참조). 제 2 층(156)은 예를 들면, 질화 규소, 탄화 규소 및 이산화 규소를 함유하는 다수의 공지된 에칭 저항물질중 임의의 하나로부터 형성될 수 있다. 본 명세서에 명확하게 설명되지 않은 다른 물질이 층(156)을 형성할 때 또한 사용될 수 있다.
가열 소자(52)와, 제 1 및 제 2 컨덕터(59a 및 59b)는 제 2 에칭 저항물질 층(156)에 걸쳐 형성될 수 있다. 예시되는 실시예에서, 가열 소자 및 컨덕터는 제 2 층(156) 상에 직접 형성된다. 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)가 제 2 에칭 저항물질 층(156) 상에 직접 형성될 때, 제 2 층(156)은 유전 물질로부터 형성되는 것이 바람직하다. 트랜지스터(미도시됨) 또는 다른 회로 소자는 또한 제 2 층(156) 상에 형성될 수 있다. 대안적으로, 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)는 제 1 에칭 저항물질 층(154)에 걸쳐 형성될 수 있다. 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)가 제 1 에칭 저항물질 층(154) 상에 직접 형성될 때, 제 1 층(154)은 유전 물질로부터 형성되는 것이 바람직하다. 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)는 제 1 및 제 2 에칭 저항물질 층(154 및 156) 이외의 층에 형성될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 다른 층이 제 2 에칭 저항물질 층(156)에 걸쳐 형성되거나 제 2 에칭 저항물질 층(156)의 일부분 아래에 형성될 수 있다. 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)는 제 2 층(156)에 걸쳐 제공되거나 제 2 층(156) 아래에 제공되는 하나의 상기 부가 층에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 그 이상의 다른 층이 제 1 에칭 저항물질 층(154)에 걸쳐 형성되거나 제 1 에칭 저항물질 층(154)의 일부분 아래에 형성될 수 있다. 가열 소자(52) 및 컨덕터(59a 및 59b)는 제 1 층(154)에 걸쳐 제공되거나 제 1 층(154) 아래에 제공되는 하나의 상기 부가 층에 형성될 수 있다. 가열 소자(52)는 하나의 제 1 층(154) 및 제 2 층(156)의 제 1 측면 상에 형성될 수 있는 반면, 컨덕터(59a 및 59b)는 하나의 층의 다른 측면 상에 형성된다는 것이 더 고려된다.
칩 히터(50)를 형성하기 위한 공정은 도 6 내지 도 8을 참조하여 이제 기술될 것이다. 약 400 ㎛ 내지 약 650 ㎛ 의 두께(TS)를 갖는 실리콘 웨이퍼(252)가 제공된다. 웨이퍼(252)의 두께는 중요하지 않으며, 상기 범위를 벗어나 속할 수 있다. 다수의 히터 칩(50)은 단일 웨이퍼(252) 상에 형성된다. 도시를 용이하게 하기 위하여, 웨이퍼(252)의 일부분만이 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
제 1 에칭 저항물질 층(254)은 웨이퍼(252)의 제 1 측면(252a) 상에 형성된다(도 6 참조). 층(254)은 예를 들면, 질화 규소, 탄화 규소, 알루미늄, 탄탈, 이산화 규소 등을 함유하는 다수의 공지된 에칭 저항물질중 임의의 하나로부터 형성될 수 있다. 제 2 에칭 저항물질 층(256)은 웨이퍼(252)의 제 2 측면(252b) 상에 형성된다(도 6 참조). 예시되는 실시예에서, 가열 소자(52)와 제 1 및 제 2 컨덕터(59a 및 59b)는 종래의 방식으로 제 2 에칭 저항물질 층(256) 상에 형성된다. 그러므로, 제 2 층(256)은 유전 물질로부터 형성된다. 트랜지스터(미도시됨) 또는 다른 회로 소자는 또한 제 2 층(256) 상에 형성될 수 있다. 예시되는 실시예에서, 제 1 및 제 2 층(254 및 256)은 질화 규소 층들을 포함한다. 질화 규소는 종래의 플라즈마 증진된 화학 증착(CVD) 공정을 사용하여 웨이퍼(252)의 외부면(252a 및 252b) 위에 동시에 증착된다. 대안적으로, 이산화 규소 층은 웨이퍼(252)의 외부면(252a 및 252b) 상에서 열적으로 성장될 수 있다. 질화 규소는 종래의 저압 화학 증착(CVD) 공정을 사용하여 웨이퍼(252)의 외부면(252a 및 252b) 위에 증착될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 그러나, 만약 상기의 후자 공정이 사용된다면, 질화 규소는 임의의 금속층이 형성되기 전에 증착되어져야 할 필요가 있다.
제 1 층(254)은 Z-방향으로 약 1.0 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛의 두께를 갖는다(도 6 참조). 제 2 층(256)은 Z-방향으로 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛의 두께를 갖는다(도 6 참조).
제 1 및 제 2 층(254 및 256)이 웨이퍼(252) 위에 증착된 후, 제 1 포토레지스트 층(170)은 종래의 스피닝 공정에 의해 제 1 에칭 저항물질 층(254)에 걸쳐 형성된다. 층(170)은 약 100 Å 내지 약 50 ㎛, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 두께(TP1)를 갖는다(도 7 참조). 포토레지스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 포토레지스트 물질일 수 있다. 예시되는 실시예에서, 층(170)은 상품명 SC-100 레지스트(Resist) 하에서 올린 마이크로일렉트로닉 물질(Olin Microelectronic Materials)로부터 상업적으로 구입 가능한 네거티브 포토레지스트 물질로부터 형성된다. 제 1 층(170)이 웨이퍼(252) 위에서 회전된 후, 포토레지스트 용제를 부분적으로 증발시켜 웨이퍼(252)와의 층(170)의 접착성을 증진시키기 위하여 적당한 온도로 연화 경화된다. 제 1 층(170)을 연화 경화시키는 또 다른 이유는 아래에서 기술되는 제 1 마스크가 제 1 층(170)에 접착하지 못하도록 하는 것이다.
히터 칩(50) 내의 제 1 층 개구부(154a)에 상응하는 다수의 차단되거나 덮여진 영역을 갖는 제 1 마스크(미도시됨)는 제 1 포토레지스트 층(170)에 걸쳐 배치된다. 제 1 마스크는 종래의 방식으로 정렬된다. 예를 들면, 제 1 마스크는 제 2 에칭 저항물질 층(256) 상에 형성되는 하나 또는 그 이상의 정렬 표시(alignment marks)(미도시됨)와 정렬되는 하나 또는 그 이상의 정렬 표시기(marker)로 형성될 수 있다. 제 2 에칭 저항물질 층(256) 상의 정렬 표시는 컨덕터(59a 및 59b)와 동일한 물질 및 컨덕터(59a 및 59b)와 동일한 공정 단계 동안 만들어질 수 있다. 종래의 적외선 마스크 정렬기(aligner) 또는 이중 측면 마스크 정렬기는 제 2 물질 층(256) 상의 하나 또는 그 이상의 정렬 표시와 제 2 마스크 상의 하나 또는 그 이상의 정렬 표시기의 정렬을 실행하기 위해 사용된다.
제 1 포토레지스트 층(170)의 차단되지 않은 부분은 노출된 부분의 경화 또는 중합체 반응을 실행하기 위하여 초음파 광에 노출된다. 그리고 나서, 제 1 마스크는 제거된다. 그 후에, 제 1 포토레지스트 층(170)의 노출되지 않거나 경화되지 않은 부분은 종래의 현상액 화학품을 사용하여 제거된다. 예시되는 실시예에서, 중합되지 않은 부분은 웨이퍼(252)가 스피닝하는 동안 제 1 웨이퍼 측면 위에 현상액을 분사함으로써 제거되며, 상기 현상액은 상품명 PF 현상액(developer) 하에서 올린 마이크로일렉트로닉 물질로부터 상업적으로 구입 가능하다. 현상 공정이 시작된 후, 체적비로 약 90%의 현상액 화학품과 10% 이소프로필 알코올의 혼합물이 스피닝 웨이퍼(252)의 제 1 측면 위에 분사된다. 최종적으로, 현상 공정은 스피닝 웨이퍼(252) 위에 이소프로필 알코올만을 분사함으로써 정지된다. 도 7에 알려진 바와 같이, 제 1 포토레지스트 층(170)의 중합되지 않은 부분이 웨이퍼(252)로부터 제거된 후, 제 1 에칭 저항물질 층(254)의 부분(254a)(한 부분만이 도 7에 도시됨)은 노출된다.
웨이퍼(252) 위에 3개의 다른 현상 조성물을 분사하는 대신에, 웨이퍼(252)는 100%의 현상액, 약 90% 현상액과 10% 이소프로필 알코올의 혼합물, 및 100% 이소프로필 알코올을 각각 함유하는 3개의 다른 배스(bath)에 순서적으로 놓여질 수 있다. 웨이퍼(252)는 현상 공정이 시작될 때까지 제 1 배스에 남아있다. 그 다음에, 제 2 배스에 둔다. 제 2 배스로부터 제거되고, 제 1 층(170)의 중합되지 않은 부분이 제거된 후 제 3 배스에 둔다. 웨이퍼(252)는 배스 각각에 있을 때 교반되는 것이 바람직하다.
다음에, 제 2 포토레지스트 층(172)은 종래의 스피닝 공정에 의해 제 2 에칭 저항물질 층(256)에 걸쳐 형성된다. 층(172)은 약 100 Å 내지 약 50 ㎛, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 두께(TP2)를 갖는다. 층(172)이 형성되는 포토레지스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 포토레지스트 물질일 수 있다. 예시되는 실시예에서, 층(172)은 제 1 층(170)과 동일한 물질로부터 형성된다. 제 2 층(172)이 웨이퍼(252) 위에서 회전된 후, 포토레지스트 용제를 부분적으로 증발시켜 층(256)에 층(172)의 접착성을 증진시키기 위하여 적당한 온도로 연화 경화된다.
히터 칩(50) 내의 제 2 층 기공(158)에 상응하는 다수의 차단되거나 덮여진 영역을 갖는 제 2 마스크(미도시됨)는 제 2 포토레지스트 층(172)에 걸쳐 배치된다. 제 2 마스크의 차단된 영역은 일반적으로 제 1 마스크의 차단된 영역을 갖는 부분과 같은 범위에 걸치거나 상기 부분보다 약간 더 작거나 더 큰 제 2 마스크의 부분에만 형성되는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 기공(158)을 구비한 각각의 히터 칩(50)은 제 2 층(156)의 중심 부분, 즉 기판 통로(152C)에 걸쳐 확장하는 부분에만 형성될 것이다.
제 2 마스크는 종래의 방식으로 정렬된다. 예를 들면, 제 2 마스크는 제 2 에칭 저항물질 층(256) 상에 형성되는 하나 또는 그 이상의 정렬 표시(미도시됨)와 정렬되는 하나 또는 그 이상의 정렬 표시기로 형성될 수 있다. 종래의 마스크 정렬기 제 2 물질 층(256) 상의 하나 또는 그 이상의 정렬 표시와 제 2 마스크 상의 하나 또는 그 이상의 정렬 표시기의 정렬을 실행하기 위해 사용된다.
제 2 포토레지스트 층(172)의 차단되지 않은 부분은 노출된 부분의 경화 또는 중합체 반응을 실행하기 위하여 자외선 광에 노출된다. 그리고 나서, 제 2 마스크가 제거된다. 제 2 포토레지스트 층(172)의 중합되지 않은 부분은 제 1 포토레지스트 층(170)의 중합되지 않은 부분과 동일한 방식으로 제거된다. 도 7에서 알려진 바와 같이, 제 2 포토레지스트 층(172)의 중합되지 않은 부분이 웨이퍼(252)로부터 제거된 후, 제 2 에칭 저항물질 층(256)의 부분(256a)은 노출된다.
제 2 포토레지스트 층(172)의 현상에 이어, 제 1 및 제 2 층(170 및 172)은 상기 층(170 및 172)에서 용제의 최종 증발을 실행하기 위하여 종래의 방식으로 단단하게 경화된다.
제 1 및 제 2 포토레지스트 층(170 및 172)에 형성되는 패턴은 종래의 에칭 공정을 사용하여 제 1 및 제 2 에칭 저항물질 층(254 및 256)으로 이전된다(도 8 참조). 예를 들면, 반응 이온 에칭장치(etcher)를 사용하는 종래의 반응 이온 에칭 공정이 사용될 수 있다. 제 1 및 제 2 에칭 저항물질 층(254 및 256)이 질화 규소로부터 형성될 때, 반응 이온 에칭장치로 공급되는 반응 가스는 CF4이다.
상기 패턴이 제 1 및 제 2 에칭 저항물질 층(254 및 256)으로 이전된 후, 웨이퍼(252) 상에 남아있는 중합된 포토레지스트 물질은 종래의 방식으로 제거된다. 예를 들면, O2플라즈마를 수용하는 종래의 반응 이온 에칭장치가 사용될 수 있다. 대안적으로, 상품명 마이크로스트립(Microstrip) 하에서 올린 마이크로일렉트로닉 물질로부터 상업적으로 구입 가능한 스트리퍼와 같은 상업적으로 구입 가능한 레지스트 스트리퍼가 사용될 수 있다.
최종적으로, 실리콘 웨이퍼(252) 내에 기판 통로(152c)를 형성하기 위해 초미세가공 단계가 수행된다. 상기 단계는 통로(152c)가 형성되도록 하기 위해 충분한 양의 실리콘을 에칭하여 제거하는데 충분한 시간 동안 부식제 배스 내에 웨이퍼(252)를 두는 단계를 포함한다. 테트라메틸 수산화 암모늄(TetraMethyl Ammonium Hydroxide; 이하 TMAH 라 함) 염욕(based bath)이 사용되는 것이 바람직하다. TMAH 염욕은 중량%으로 약 5% 내지 약 40%, 바람직하게는 약 10% 테트라메틸 수산화 암모늄 및 약 60% 내지 약 95%, 바람직하게는 약 90% 물을 포함한다. TMAH/수용액은 상기 용액이 약 11 내지 약 13 pH를 가질 때까지 TMAH/수용액 내에서 실리콘 및/또는 규산을 용해시킴으로써 보호막이 형성된다. 보호막 형성하는 TMAH 용액에 대한 보다 상세한 설명은 논문 즉, 815-818 페이지의 고체 상태 센서 및 액츄에어터(트랜스듀서 1991)에 대한 국제 회의 회보에 U. Schnakenberg, W. Benecke, and P. Lange 에 의한 실리콘 초미세가공을 위한THAHW에칭제(THAHW Etchants for Silicon Micromachining)에서 알 수 있으며, 상의 개시는 여기에 참조 내용으로 병합된다. 보호막 형성되는 TMAH/수용액은 웨이퍼(252) 상에 형성되는 노출된 금속층, 컨덕터 또는 장치에 화학 작용을 하지 않기 때문에 유리하다. 실리콘 기판 통로(152c)가 형성되도록 하기 위해 충분한 에칭이 발생했을 때(도 5 참조), 웨이퍼(252)는 배스로부터 제거된다.
그 후에, 웨이퍼(252)는 주사위 모양으로 잘려져서 개별적인 히터 칩(50)으로 된다.
상기 단계의 순서는 달라질 수 있다. 예를 들면, 현상된 제 1 포토레지스트 층(170)에 의해 한정되는 제 1 패턴은 종래의 에칭 공정을 사용하여 제 1 에칭 저항물질 층(254)에 이전될 수 있고, 제 1 포토레지스트 층(170)은 제 2 포토레지스트 층(172)이 제 2 에칭 저항물질 층(256) 상에 형성되기 전에 제거될 수 있다. 제 2 포토레지스트 층(172)은 제 1 포토레지스트 층(170)이 제 1 에칭 저항물질 층(254)에 걸쳐 형성되기 전에 연화 경화되고 자외선 광에 노출되고 현상되는 제 2 에칭 저항물질 층(256)에 걸쳐 형성될 수 있다는 것이 또한 고려된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따라 형성되는 히터 칩(350)은 도 9에 도시되어 있으며, 상기 도면에서 유사 참조 번호는 유사 요소를 지시한다. 상기 실시예에서, 제 2 에칭 저항물질 층(356)은 강화 리브(370)에 의해 분리되는 다수의 필터 단면부(352)를 구비한 제 1 부분(356a)을 포함한다. 각각의 필터 단면부(352)는 다수의 기공(358)을 포함한다. 예시되는 실시예에서, 제 1 부분(356a)을 넘어서 제 2 층(356)의 제 2 남은 부분(356b)은 기공들(358)을 포함하지 않는다. 제 2 층(356)에 하나 또는 그 이상의 강화 리브(370)를 제공함으로써, 제 2 층(356)의 두께는 감소되어, 그 결과 필터 단면부(352)를 가로지르는 유체 압력 강하를 감소시킬 수 있다. 제 2 층(356)의 두께는 약 1.0 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께에서, 필터 단면부(352)를 가로지르는 압력 강하는 무시할 수 있다고 여긴다.
본 발명은 첨부된 청구범위의 사상 및 범주에서 벗어남이 없이, 많은 변형과 변경이 당업자에게 기대되고 자명하게 될 것이다.
Claims (33)
- 히터 칩에 있어서,대향하는 제 1 및 제 2 표면 및 상기 표면을 통해 확장하는 통로를 구비하는 실리콘 주요 본체 부분과,상기 제 1 기판 표면상에 형성되고, 상기 제 1 층을 통해 확장하고 상기 기판 통로와 서로 통하는 하나 이상의 개구부를 포함하는 제 1 에칭 저항물질 층과,상기 제 2 기판 표면상에 형성되고, 상기 제 2 층을 통해 확장하고 상기 기판 통로와 서로 통하는 다수의 기공을 포함하는 제 2 에칭 저항물질 층으로서, 상기 제 2 층은 상기 제 2 층을 통과하는 잉크로부터 불순물을 여과시키는 필터를 한정하는, 상기 제 2 에칭 저항물질 층과,상기 실리콘 주요 본체 부분에 걸쳐 형성되는 하나 이상의 가열 소자와,상기 하나 이상의 가열 소자에 에너지를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 가열 소자와 결합되는 2개 이상의 컨덕터를, 포함하는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 가열 소자 및 상기 컨덕터는 상기 제 1 층에 걸쳐 형성되는 히터 칩.
- 제 2항에 있어서, 상기 가열 소자 및 상기 컨덕터는 상기 제 1 층 상에 형성되는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 가열 소자 및 상기 컨덕터는 상기 제 2 층에 걸쳐 형성되는 히터 칩.
- 제 4항에 있어서, 상기 가열 소자 및 상기 컨덕터는 상기 제 2 층 상에 형성되는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 0.5 μ㎡ 내지 약 25 μ㎡ 인 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 의 두께를 갖는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 1 μ㎡ 내지 약 17 μ㎡ 인 히터 칩.
- 제 8항에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ 의 두께를 갖는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 1 μ㎡ 내지 약 5 μ㎡ 인 히터 칩.
- 제 10항에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ 의 두께를 갖는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 및 제 2 층은 질화 규소, 탄화 규소, 알루미늄, 탄탈, 및 이산화 규소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질로부터 형성되는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2 층은 하나 이상의 강화 리브를 더 포함하는 히터 칩.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2 에칭 저항물질 층의 일부분만이 기공들을 포함하는 히터 칩.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2 층 부분은 상기 다수의 기공을 각각 포함하는 2개 또는 그 이상의 필터 단면부를 포함하는데, 상기 제 2 층 부분은 상기 2개의 필터 단면부 사이에 배치되는 하나 이상의 강화 리브를 더 포함하는 히터 칩.
- 히터 칩을 형성하기 위한 방법에 있어서,대향하는 제 1 및 제 2 표면을 구비한 실리콘 기판을 제공하는 단계와,상기 제 1 기판 표면상에 제 1 에칭 저항물질 층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 층은 상기 제 1 층을 통해 확장하는 하나 이상의 개구부를 포함하는, 상기 제 1 에칭 저항물질 층을 형성하는 단계와,상기 제 2 기판 표면상에 제 2 에칭 저항물질 층을 형성하는 단계로서, 상기 제 2 층은 상기 제 2 층을 통과하는 잉크를 여과시키기 위해 상기 제 2 층을 통해 확장하는 다수의 기공을 포함하는, 상기 제 2 에칭 저항물질 층을 형성하는 단계와,하나 이상의 가열 소자 및 상기 제 1 및 제 2 실리콘 기판 표면 중 하나에 걸치는 2개 이상의 컨덕터를 형성하는 단계로서, 상기 컨덕터는 상기 하나 이상의 가열 소자에 에너지를 제공하는, 상기 하나 이상의 가열 소자 및 2개 이상의 컨덕터를 형성하는 단계와,상기 제 1 층의 상기 개구부 및 상기 제 2 기판의 상기 기공 일부분 이상과 서로 통하는 상기 실리콘 기판을 통해 하나 이상의 통로를 형성하는 단계를, 포함하는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 기공은 약 0.5 μ㎡ 내지 약 25 μ㎡ 의 크기를 갖는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 기공은 약 1 μ㎡ 내지 약 17 μ㎡ 의 크기를 갖는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ 의 두께를 갖는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 1 μ㎡ 내지 약 5 μ㎡ 인 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ 의 두께를 갖는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 실리콘 기판에 상기 하나 이상의 통로를 형성하는 단계는 테트라메틸 수산화 암모늄 에칭 용액을 사용하여 상기 실리콘 기판의 일부분을 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 제 2 층은 하나 이상의 강화 리브를 포함하는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 제 2 기판 표면상에 제 2 에칭 저항물질 층을 상기 형성하는 단계는 상기 제 2 에칭 저항물질 층의 일부분만에 기공들을 구비하는 상기 제 2 기판 표면상에 제 2 에칭 저항물질 층을 형성하는 단계를 포함하는 히터 칩을 형성하기 위한 방법.
- 필터를 구비한 히터 칩에 있어서,상기 히터 칩과 함께 일체형으로 형성되는 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 25항에 있어서, 상기 칩은 실리콘 주요 본체 부분을 포함하는 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 25항에 있어서, 상기 필터는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 의 두께를 갖는 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 25항에 있어서, 상기 필터는 다수의 기공을 포함하는 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 28항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 0.5 μ㎡ 내지 약 25 μ㎡ 인 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 28항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 1 μ㎡ 내지 약 17 μ㎡ 인 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 30항에 있어서, 상기 필터는 약 1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ 의 두께를 갖는 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 28항에 있어서, 상기 기공 크기는 약 1 μ㎡ 내지 약 5 μ㎡ 인 필터를 구비한 히터 칩.
- 제 32항에 있어서, 상기 필터는 약 1 μ㎡ 내지 약 2.5 μ㎡ 의 두께를 갖는 필터를 구비한 히터 칩.
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