KR20030011701A - 유체 공급 슬롯의 에칭 방법과 유체 방출 장치의 제조방법과 마이크로-유체 채널의 제조 방법 및 슬롯형 기판 - Google Patents

유체 공급 슬롯의 에칭 방법과 유체 방출 장치의 제조방법과 마이크로-유체 채널의 제조 방법 및 슬롯형 기판 Download PDF

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Abstract

기판(102, 120, 122, 124, 127)을 통과하는 유체 채널(126)을 제조하는 방법은 기판의 제 1 표면 상에 노출된 부분에 에칭(140, 370)하는 단계와, 그 기판의 에칭된 부분에 코팅(142, 370)하는 단계를 포함한다. 에칭 및 코팅(370, 390, 590)은 유체 채널이 형성될 때까지 번갈아가며 반복된다.

Description

유체 공급 슬롯의 에칭 방법과 유체 방출 장치의 제조 방법과 마이크로-유체 채널의 제조 방법 및 슬롯형 기판{SUBSTRATE WITH FLUIDIC CHANNEL AND METHOD OF MANUFACTURING}
본 발명은 유체 채널(fluidic channel)을 구비한 기판과 그 제조 방법에 관한 것이다.
프린트헤드(printhead) 등과 같은 몇몇 유체 방출 장치(fluid ejection device)에 있어서, 유체는 기판의 슬롯을 통하여 방출실(ejection chamber)로 보내진다. 대개의 경우, 슬롯은 알칼리 에칭제(alkaline etchant) 등에 의한 습식 화학 에칭(wet chemical etching)을 통해서 웨이퍼에 형성된다. 그러한 에칭 기법은, 매우 넓은 뒷면 슬롯 개구부(backside slot opening)를 형성하는 에칭 각도(etch angle)를 야기한다. 그 넓은 뒷면 개방부는, 웨이퍼 상에서 특정 다이(die)가 얼마나 작을 수 있는지 제한하고, 그에 따라 웨이퍼 당 다이 수(분할률(separation ratio))를 제한한다. 그 분할률을 최대화시키는 것이 바람직하다.
일실시예에서, 기판을 통과하는 유체 채널을 제조하는 방법은, 기판의 제 1면상에서 노출 부분(exposed section)을 에칭하는 단계와, 기판에서 그 에칭된 부분을 코팅하는 단계를 포함한다. 유체 채널이 형성될 때까지 에칭과 코팅이 번갈아 반복된다.
첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 본 발명에 있어서의 많은 부수적 특징들을 용이하게 알 수 있을 것이며, 첨부 도면에서는 그 전체에서 같은 부분을 같은 참조번호로 나타내고 있다.
도 1은 본 발명의 프린트 카트리지(print cartridge)의 일실시예에 관한 사시도,
도 2a는 도 1에 도시된 카트리지를 부분(2-2)으로 절단하여 얻은 프린트헤드의 단면도,
도 2b는 도 2a와 다른 프린트헤드의 단면도,
도 3a 내지 도 3e는, 본 발명에 따라서 슬롯형 기판을 형성하는 제조 프로세스의 여러 실시예에 대한 프로세스 흐름도,
도 4a 내지 도 4c는 도 3a에 도시된 프로세스에 따라서 슬롯형 기판을 형성하는 과정을 나타내는 도면,
도 5a 내지 도 5e는 도 3b에 도시된 프로세스에 따라서 슬롯형 기판을 형성하는 과정을 나타내는 도면,
도 6a 내지 도 6d는 도 3d 및 도 3e에 도시된 프로세스에 따라서 슬롯형 기판을 형성하는 과정을 나타내는 도면,
도 7a는 본 발명의 프로세스에 의하여 형성된 슬롯형 기판의 일실시예를 도시하는 도면,
도 7b는 도 7a에 도시된 슬롯형 기판을 확장하여 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 프로세스에 의하여 형성된 슬롯형 기판의 또 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 프로세스에 의하여 형성된 슬롯형 기판의 또 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 프로세스에 의하여 형성된 슬롯형 기판의 또 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 프로세스에 의하여 형성된 슬롯형 기판의 또 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 12는 도 3b에 도시된 프로세스 중 하나에 따른 슬롯형 기판의 일실시예를 도시하는 도면,
도 13은 도 3b에 도시된 프로세스 중 하나에 따른 슬롯형 기판의 또 다른 일실시예를 도시하는 도면,
도 14는 도 2a에서의 부분(14-14)으로부터 얻은 쉘프(shelf)의 일실시예에 관한 정면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 잉크젯 카트리지14 : 프린트헤드
102 : 기판107 : 저항층
112 : 장벽층132 : 노즐 구멍
110 : 비활성층111 : 캐비테이션 층
도 1은, 본 발명의 일실시예인, 프린트헤드(14)(즉, 유체 방울 발생기(fluid drop generator) 또는 유체 방출 장치)를 갖춘 잉크젯 카트리지(inkjet cartridge)(10)의 사시도를 도시하고 있다. 도 2A는 트렌치(또는 측면) 벽(128)을 갖춘 슬롯 영역(즉, 슬롯이나 트렌치) (126)이 기판(102)을 관통하여 형성되어 있는 프린트헤드의 단면도이다. 슬롯의 구조가 이하에서 보다 상세히 설명된다. 특정 실시예에서는, 본 발명을 이용해서 치수를 10미크론(micron)보다 더 적게 제어하여 슬롯(126)을 에칭한다. 다른 실시예에서는, 주어진 다이에서 더 높은 밀도로 슬롯을 에칭한다.
도 2A의 프린트헤드의 일실시예에 도시된 바와 같이, 캡핑층(capping layer)(104)과, 저항층(resistive layer)(107)과, 도전층(conductive layer)(108)과, 비활성층(passivation layer)(110)과, 캐비테이션 층(cavitation layer)(111)과, 장벽층(barrier layer)(112)이 기판(102) 위에 형성 즉 증착된다. 이 실시예에서는, 그 박막층들(thin film layers)을 적절히 패터닝하고 에칭하여, 저항층에서 저항(resistor)을 구성하고, 도전층에서 도전 트레이스를 구성하며, 장벽층에서 점화실(firing chamber)(130)을 구성한다. 특정 실시예에서는, 대응 저항에 의하여 유체가 가열되는 점화실(130)과, 그 가열된 유체가 방출되는 노즐 구멍(nozzle orifice)(132)이 장벽층(112)에 구성된다. 또 다른 실시예에서는, 구멍(orifice)(132)을 갖춘 구멍층(도시되지 않음)이 장벽층(112) 위에 증착된다. 장벽층의 물리적 구조와, 박막 기판 구조의 일예가, Hewlett-Packard Journal 1994년 2월 44페이지에 나타나 있다. 잉크젯 프린트헤드에 관한 다른 실시예는, 본 출원인의 미국 특허 제 4,719,477호와, 제 5,317,346호와, 제 6,162,589호에 설명되어 있다.
다른 도시된 실시예에서는, 적어도 하나의 층, 즉 적어도 하나의 박막층이 기판(102)위에 증착된다. 본 발명의 실시예는, 슬롯형 기판이 이용될 애플리케이션에 따라서, 기판 위에 임의의 수의, 그리고 임의의 유형의 층을 증착(어떠한 층도 증착시키지 않을 수도 있음)시키는 단계를 포함한다.
도 2A에 도시된 실시예에서, 기판 위의 층을 관통하는 홀(hole), 즉 유체 공급 슬롯(fluid feed slot)으로서 채널(129)이 형성된다. 채널(129)은 점화실(130)과 슬롯(126)을 유체역학적으로 연결하여, 유체가 슬롯(126)을 통해 흘러서 채널(129)을 거쳐 점화실(130)로 흐르게 된다. 도시된 특정 실시예에서는, 유체를 위한 채널 입구(channel entrance)(129)가 슬롯(126)의 중앙에 있지 않다. 그러나, 이하에서 설명하는 바와 같이, 그 입구(129)가 중앙에 배치되는 경우나 중앙을벗어나 배치되는 경우나, 슬롯형 기판은 실제로 동일하게 구성된다. 도 2B에 도시된 실시예에서는, 적어도 두 개의 채널(129)(또는 홈(recess))이 슬롯형 기판을 단일 점화실(single firing chamber)(130)과 유체역학적으로 연결한다.
도 3A의 흐름도에서의 단계(200) 내지 단계(230)에 설명되고 도 4A에 예시된 실시예에서, 박막층(또는 스택)(120)이 기판의 앞면(front side)에 증착된다. 박막 스택(120)은 기판 상 형성된 적어도 하나의 층을 말하고, 특정 실시예에서는, 그 박막 스택이 기판(102)을 마스크(mask)한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 층(102)은 기판(120)을 전기적으로 절연시킨다.
도 4A의 박막층(120)이 패터닝되고 에칭되어 홀을 형성하는데, 그 홀은 홈(recess)(114)을 구성한다. 이 실시예에서, 정면 보호(front side protection; FSP) 층(106)이 박막층(120) 위에 또한 홈(114)안으로 증착된다. 특정 실시예에서는, 홈(114) 영역에서, FSP 층(106)의 윗표면이 기판(102)을 향해서 아래로 기울어져 있다. 이하에서 설명하는 바와 같이, FSP 층을 패터닝하고 에칭하여 층(120)에 플러그(plug)를 형성하는데, 그 플러그는 에칭 스톱(etch stop)으로 기능하고, 또한/또는 기판(예컨대, SU-8) 상에 형성된 층을 애싱(ashing) 또한/또는 에칭 가스로부터 보호한다. 도시된 실시예에서는, 그 위에 층(112)이 증착되고, 패터닝되고, 형성된다. 그러나, 애플리케이션에 따라서, 일부 실시예에서는 층(112)이 존재하지 않는다. 이와 다른 실시예에서는, 애플리케이션에 따라서, 슬롯이 형성된 다음, 추가적 층이 그 기판 위에 증착된다.
도 3A의 흐름도에서의 단계(240,250)에서 설명되는 실시 예에서는, 하드 마스크(hard mask)(122)와 광이미지가능 물질층(photoimageable material layer)(124)이 박막층(120)의 반대쪽 기판의 뒷면에 형성된다. 층(122,124)은, 기판 상에서, 성장(grown)되거나, 증착되거나, 스핀(spun)되거나, 적층(laminated)되거나, 스프레이(sprayed)된다. 이와 다른 특정 실시예에서는, 단계(200)에서 박막층을 형성하는 동안 뒷면 마스크(하드 마스크 및/또는 광이미지가능 층)가 형성된다.
단계(260)에 설명되고 도 4A에 도시된 바와 같이, 마스크(122)와 광이미지가능 물질층(124)을 패터닝하고 에칭하여 기판(102)의 일부분을 노출시킨다. 기판의 뒷면에서의 그 노출된 부분은 박막층(120)에서의 홈(114)과 실질적으로 반대쪽에 있고, 특정 실시예에서는, 형성될 슬롯의 실질적인 폭이 된다.
일실시예에서, '하드 마스크'나 '뒷면 마스크'라는 용어는 층(122)과 층(124)을 포함할 수 있다. 즉, '뒷면 마스크'는 기판의 뒷면에 있는 하나의 층이나 여러 층, 또는 전체 층을 지칭한다. 예컨대, 층(122,124) 즉 뒷면 마스크는 동일한 물질이다. 특히, 하드 마스크(122) 또한/또는 광이미지가능 물질층(124)을 위한 물질은, 열 산화물(thermal oxide) 또는 FOX 등의 적어도 하나의 산화물이나, 에칭에 선택적인 증착막이나, 광저항 물질(photoresist material) 또는 광감성 수지(photosensitive resin) 등의 광이미지가능 물질이나, 장벽층(112)에 이용된 물질(장벽층 물질에 대해서는 이하를 참조) 중 하나이다.
뒷면 마스크에 이용되는 물질과 그 구성에 따라서, 층(122,124)의 두께가 변한다. 제 1 실시예에서, 광이미지가능 물질은 적어도 10 내지 18 미크론의 두께를갖는다. 다른 실시예에서는, 에칭에 이용되는 기계 타입과, 웨이퍼 두께와, 광이미지가능 물질로 이용되는 물질의 타입에 따라서, 광이미지가능 물질은 적어도 34미크론이 된다. 일실시예에서, 산화물은 약 2 미크론까지의 두께를 갖는다. 보다 특정한 실시예에서는, 산화물층이 약 1 미크론의 두께를 갖는다.
도 3A의 흐름도에서 단계(270)에 설명된 실시예에서는, 도 4A 내지 도 4C에 도시되고 이하에서 설명되는 바와 같이, 번갈은 코팅 에칭(또는 뎁-에칭 프로세스(dep-etch process))에 의하여 기판을 관통하는 슬롯(126)이 형성된다. 슬롯 즉 트렌치(126)는 기판의 뒷면의 노출 영역(뒷면 마스크에 의하여 마스크되지 않는 영역)으로부터 에칭된다. 도 4A는 기판의 노출 영역 쪽으로 보내져서 부분적으로 슬롯을 형성하는 에칭제(140)을 도시하고 있다.
에칭제(140)는, 예컨대, TMDE 모드, ECR 모드, 및/또는 RIE 모드 등에 이용되는, 당업자에게 알려져 있는 임의의 이방성 에칭제(anisotropic etchant)이다. 에칭제(140)는, 건식(dry) 에칭 및/또는 습식 에칭에 이용되는 것이다. 특정 실시예에서, 반응성 에칭 가스(reactive etching gas)는 SF6으로부터 불소 라디칼(fluorine radical) 및 전기적으로 충전된 입자를 생성하여 휘발성 SiFx를 형성한다. 라디칼은 기판을 화학적 및/또는 물리적으로 에칭하여 기판 물질을 물리적으로 제거한다. 특정 실시예에서, SF6은 아르곤(argon)과, 산소(oxygen)와, 질소(nitrogen) 중 하나와 혼합된다. 에칭제(140)는 미리 정해진 만큼의 시간 동안 기판 쪽으로 보내진다.
뎁 에칭 프로세스에서, 도 4B에서 도시된 바와 같이, 층 혹은 코팅(142)은 측벽(128)과 하부(103)를 포함하여 형성중인 트렌치의 내부 표면에 증착된다. 특정 실시예에서, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 코팅(142)은 에칭제(140)에 선택적이거나 또는 비활성 층이거나 일시적인 에칭 스톱을 형성한다. 또 다른 특정 실시예에서, 코팅(142)의 물질은 적어도 중합체(polymer), 금속, 알루미늄, 산화물, 금속 산화물, 금속 질화물(nitride), 알루미늄 질화물 중에 하나다.
일 특정 실시예에서, 층(142)은 탄소-불소(carbon-fluorine)를 사용하여 생성되고 형성중인 트렌치의 내부 표면에 중합체를 형성한다. 보다 특정한 실시예에서, 탄소-불소 가스는 이러한 표면상에, (CF2)n, 테프론(Teflon)과 같은 물질 또는 테프론-생성 단량체(monomer)를 생성한다. 또 다른 특정 실시예에서, 중합체는 후속하는 에칭동안 측벽의 에칭을 실질적으로 저지한다.
코팅 에칭을 번갈아가며 하는 특정 실시예에서, 트렌치 에칭 단계의 에칭제(140) 가스는 트렌치 안쪽 위의 코팅(142)을 형성하는 가스와 교대한다. 대안적인 프로세스의 보다 특정한 실시 예에서, SF6로부터 트렌치의 내부 표면상의 코팅(142)을 형성하는 가스로의 변화가 있으며, 그리고 난후 다시 SF6로 되돌아간다. 그러므로, 도 4C의 에칭제(140)는 미리 정해진 만큼의 시간 동안 부분적으로 에칭된 트렌치의 하부 표면으로 다시 보내진다. 이온은 트렌치의 하부 표면으로 보내지고 하부 표면의 바로 아래 있는 또는 인접한 기판 물질 뿐만아니라, 하부표면(103)을 따라 코팅(140)을 물리적 또한/또는 화학적으로 제거한다.
특정 실시예에서, 얼마나 많은 코팅(142)이 증착되었냐에 따라, 이온은 수 초내에 하부 표면상의 코팅(142)을 침투한다. 그러나, 에칭 동안, 측벽(128)을 따른 코팅(142)은 에칭 단계동안 실질적으로 손상되지 않고 그대로 남아 있다. 일반적으로, 코팅된 측벽(128)은 직접 타격되는 하부 표면(103)보다 더 낮은 속도로 에칭된다. 하부 표면으로의 에칭의 의도적인 지향뿐만 아니라, 측벽상의 코팅(142)은 측벽이 에칭되는 것을 실질적으로 막는다. 특정 실시예에서, 이 방법은 거의 수직인 측벽을 만들어내고, 다른 실시예에서 예를들어 이하에서 더 자세히 설명된 방법에서도 또한 가능하다.
보다 특정한 실시예에서, 에칭과 증착 단계는 슬롯이 형성될 때까지 교대로 반복한다. 각 에칭 및 증착 단계의 지속 시간은 약 1 내지 15 초이다. 특정 실시예에서, 코팅(142)을 증착하기 위한 각각의 시간은 약 5초인 반면, 에칭 시간은 약 6초에서 10초이고 동일한 슬롯 형성 프로세스에서 그 사이에서 변할 수 있다.
일 특정 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 에칭이 완료되고 슬롯이 실질적으로 형성된 후에 코팅(142)(예로, 폴리머 코팅의 경우에서처럼, 탄화 불소)은 측벽(128)을 따라 100 옹스트롬(angstroms)보다 작은 두께를 가진다. 보다 특정한 실시예에서, 코팅(142)은 약 50 옹스트롬의 두께를 가진다. 또 다른 특정 실시예에서, 코팅된 측벽(128)은 더 깊은 곳에서 코팅 두께가 감소된다. 이것은 특히 요구되는 코팅 형성 단계의 사이보다 에칭 단계가 더 길 경우이다. 도 4A 내지 4C에 관련하여 설명된 실시예에서, 트렌치의 하부 표면(103)은 코팅 형성 단계 사이에서약 1 내지 5 미크론이다. 이 실시예에서, 에칭 속도는 여러 가지 요소에 따라 약 3 내지 20 미크론/분이다. 평균은 약 11 미크론/분이다.
특정 실시예에서, 뎁-에칭 프로세스 동안, 웨이퍼는 약 40°C 까지 가열된다. 뎁-에칭 프로세스(깊은 반응성 이온 에칭으로 또한 알려진, DRIE 프로세스 또는 이방성 플라즈마 에칭)는 일반적으로 뒷면 마스크를 상당히 에칭하지 않는다. 또 다른 실시예에서, 비록 더 높은 에너지가 달성될 수 있을지라도, 불소 이온 에너지는 1 eV와 40 eV 사이에 있다. 특정 실시예에서, 탄소 불소 가스는 약 1 내지 500 sccm, 또는 약 300 sccm의 범위내에 있다. 또 다른 실시예에서, 에칭 SF6약 75 내지 400 sccm, 또는 약 250 sccm의 범위내에 있다. 특정 실시예에서, 대략 625 미크론의 두께를 갖는 웨이퍼에 대해서, 사용된 도구, 사용된 기판, 또한 다른 요소에 따라, 웨이퍼를 통한 슬롯은 실질적으로 약 20 분 내지 6 시간내에 형성된다.
도 4A 내지 4C와 관련하여 설명된 실시예에서, 탄소-불소의 가스는 C2F4, C2H2F2, C4F8,트리플루오로메탄(Trifluoromethane) CHF3 또한 아르곤, 과불소가 첨가된(perfluorinated), 스티렌-같은(styrene-like) 단량체(monomers) 또는 에테르-같은(ether-like) 불소 화합물, 그리고 그것의 혼합물과 같은 과불소 방향 물질 중에 하나다. 기술된 실시예에서, 에칭제(140)는 불소, 질소 트리플루오리드(nitrogen trifluoride) NF3또는 테트라플루오로메탄 CF4또는 그것의 혼합물을 방출하는 공통 에칭 가스중에 하나다.
도 3A의 흐름도의 단계(280, 290)에서 설명된 실시예에서, 슬롯이 실질적으로 단계(270)에서 형성된 후에, 광이미지가능 물질(124)은 애싱(ashing)에 의해 제거되고, FSP 층(106)은 에칭에 의해 제거된다. 이 실시예에서, 광이미지가능 물질의 애싱은 FSP 층(106)이 제거되기 전에 발생하고, 그런 중에, 장벽 층(112)의 손상 또한/또는 디라미네이션(delamination)은 애쉬(ash)때문에 회피되거나 최소화되기 쉽다. 이 실시예에서, FSP 층은 단계(290)에서 완충된 산화 에칭(BOE)에 의해 제거된다. 종종, BOE는 불화 수소 산(hydrofluoric acid)과 암모늄 불화물(ammonium fluoride)의 혼합이다. 에칭은 수성이고 두 개의 주 성분의 임의의 혼합 강도가 될 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 건식 에칭이 FSP 층을 제거하는데 이용된다. 이 실시예에서, 단계(280, 290)의 제거 후에는 더 이상의 슬롯 에칭은 발생하지 않는다.
도 3B의 흐름도에서 설명된 실시예에서, 단계(300) 그리고 단계(330) 내지 단계(380)는 단계(200) 그리고 단계(230) 내지 단계(280)에 대응한다. 도 3A와 도 3B의 차이는 도 3B에서, FSP 층(106)이 없다는 것이다. 도 3B의 흐름도에서 개요적으로 설명된 바와 같이, 도 5A 내지 5E는 하부 표면(103)과 슬롯의 측벽(128)의 에칭을 예시한다. 이 실시예에서, 광이미지가능 물질을 제거하는 애쉬로부터 박막 층(120)을 보호하기 위해, 도 5A 내지 5C에 도시된 바와 같이, 트렌치 또는 슬롯이 부분적으로 형성된다. 그리고 난 후 도 5D에 도시된 바와 같이, 광이미지가능 물질은 제거되고 다음으로 도 5E에 도시된 바와 같이, 슬롯이 완성된다.(다시, 응용에 따라, 층(112)은 몇몇 실시예에서는 존재하지 않는다. 또 다른 실시예에서, 부가적인 층이 응용에 따라, 슬롯이 형성된 후에 기판 위에 증착된다.) 도 5D에 도시된바와 같이, 하드 마스크(122)는 후속하는 에칭으로부터 기판의 그 면을 보호하기 위해 뒷면에 남아있다.
이 실시예에서, 에칭 단계(370)가 완료됐을 때 기판에서 슬롯은 뒷면에서부터 앞면 앞으로 약 300 내지 600 미크론까지 형성되고, 애쉬 단계(380)가 시작된다. 또 다른 실시예에서, 슬롯은 이 단계에서 웨이퍼를 통하여 적어도 절반까지는 형성된다. 도 3B의 방법의 단점은 슬롯 형성에서 중단이 있고 그러므로 슬롯 형성은 추가적인 시간이 소요된다.
도 5E에 도시된 바와 같이, 애쉬 단계(380)가 완료된 후에, 상이한 여러 방법 중에 적어도 하나를 활용하면서, 슬롯은 기판을 통해 완전히 에칭된다. 특정 실시예에서, 뎁-에칭 프로세스는 단계(390)에서 설명된 것처럼 지속된다. 또 다른 실시예에서, (이후에 더 자세히 설명되는) 도 12와 도 13에서 도시된 바와 같이, 슬롯은 단계(490)에서 설명된 습식 에칭에 의해 완성된다. 또 다른 실시예에서, 슬롯은 단계(590)에서 설명된 바와 같이 기판의 앞면에서부터 뎁-에칭 프로세스에 의해 완성된다. 단계(590)에 대해, 장벽 층(112)을 갖는 실시예에서, 층(112)은 슬롯이 완성된 후에 형성되어야한다. 또 다른 실시예에서, 슬롯은 단계(690)에서 설명된 바와 같이 기판의 앞면에서부터 건식 에칭 프로세스에 의해 완성된다. 또 다른 실시예에서, 도시되지 않았지만, 슬롯은 뒷면으로부터 건식 에칭에 의해 완성된다.
도 3C의 흐름도에서 설명된 실시예에서, 코팅된 기판은 단계(700)에서 형성된다. 기판에서의 슬롯은 먼저 단계(770)에서, 뎁-에칭 프로세스 방법을 사용하여 기판의 앞면에서부터 홈을 형성하여 형성된다. 단계(790)에서, 기판은 뒷면에서부터 에칭되고 그것을 통해 슬롯을 형성한다. 뒷면 에칭은 상이한 여러 방법 중에 적어도 하나를 이용하여 완료될 수 있다. 대안의 실시예에서, 뒷면 에칭은 습식 에칭, 건식 에칭, 또한 뎁-에칭 프로세스 중에 하나다. 이 실시예에서, 단계(730)에서, 층(112)은 슬롯이 형성된 후에 층(120) 위에 형성된다.
도 3D의 흐름도의 단계(800, 810)에서 설명되고 도 6A에서 예시된 일 실시예에서, 박막 층(120)은 기판(102)의 앞면 위에 형성 또는 증착되고, 뒤면 마스크(127)는 기판의 뒷면 위에 형성 또는 증착된다. 특정 실시예에서, 층(120)과 층(127) 모두는 실질적으로 동일한 시간에 증착되고, 패터닝되고, 에칭된다. 대안적인 실시예에서, 그들은 순차적으로 증착되고, 패터닝되고, 에칭된다. 층(120)과 층(127)은 에칭으로부터 기판을 보호하고 커버하기 위한 마스크로서 기능한다. 대안적인 실시예에서, 층(127) 또한/또는 층(120)은 열 산화물, 에칭에 선택적인 증착된 막, 광이미지가능 물질, 또한 장벽 물질 중에 적어도 하나로 구성된다. 다른 대안적인 실시예에서(도시되지 않음), 기판은 추가적인 층으로 마스크/코팅되고, 또는 예를 들어, 층(127) 또는 층(120) 중에 하나가 형성되는 것과 같이 기판의 일 면 위에 코팅/마스크만 된다.
도 6B에 도시되고, 단계(820)에서 도시된 바와 같이, 슬롯(126)은 본 명세서에서 설명된 뎁-에칭 프로세스를 사용하여 웨이퍼를 통과하여 에칭된다. 일 실시예에서, 단계(830)에서 설명된 것처럼, 뒷면은 웨이퍼 통과 에칭 후에 취급하는 동안 보호를 위해 테이핑된다. 단계(840)에서, 또 다른 박막 층(이번 경우에는, 층(112))은 도 6D에 도시된 바와 같이 증착되고, 패터닝되고, 에칭된다.
도 3E의 흐름도의 단계(900, 910)에서 설명되고 또한 도 6A에서 예시된 일 실시예에서, 박막 층(120)은 기판(102)의 앞면 위에 형성 또는 증착되고, 뒷면 마스크(127)는 도 3D와 유사하게, 기판의 뒷면 위에 형성 또는 증착된다.
도 6A에 도시되고, 단계(920)에서 설명된 바와 같이, 슬롯(126)은 본 명세서에서 설명된 뎁-에칭 프로세스를 사용하여 웨이퍼를 통하여 에칭된다. 일 실시예에서, 단계(930)에서 도시된 바와 같이, 기판의 뒷면은 취급하는 동안 웨이퍼를 보호하기 위해 테이핑된다. 단계(940)에서, 또 다른 박막 층(이 경우에서는, 층(112))은 도 6C에 도시된 바와 같이, 증착되고, 패터닝되고 증착된다. 도 6D에 도시되고, 단계(950)에서 설명된 바와 같이, 슬롯(126)은 본 명세서에서 설명된 뎁-에칭 프로세스를 사용하여 웨이퍼를 통하여 실질적으로 완전하게 에칭된다. 대안적인 실시예에서, 뒷면 마스크 단계(910) 후에, 단계(960)(슬롯을 형성하도록 번갈은 코팅(alternating coating)을 번갈아 가며 수행함)가 발생한다. 그리고 난 후, 단계(970)에서, 또 다른 박막 층은 층(120) 위에 증착되고, 패터닝되고 에칭된다.
도 7A는 위에서 기술한 프로세스 중에 하나에 위해 형성된 슬롯(126)을 예시한다. 여기서 예시된 슬롯(126)은 실질적으로 휘었다. 슬롯은 약 119 미크론의 상부 폭(126a)을 가지고 있다. 슬롯의 중간-부분(126b)에서의 폭은 약 121 미크론이고, 하부(126a)에서는 약 118 미크론이다. 또 다른 실시예에서, 슬롯의 길이를 따르는 폭의 범위는 약 148.5 내지 약 150.5 미크론이다. 특정 실시예에서, 트렌치를 따라, 폭은 측벽(128)을 따라 약 2 내지 6.5%의 범위에서 변한다. 또 다른 실시예에서, 트렌치 폭 균일에서의 평균 변화는 약 3.5%이다. 특정 실시예에서, 트렌치폭 변화는 최소화된다. 사실상, 설계 유연성은 최대화된다. 트렌치폭이 최소화되면, 다이 취약성(fragility)은 최소화되고, 다이 산출량은 최대화된다. 또 다른 실시예에서, 슬롯 또는 트렌치(126)는 실질적으로 일정한 폭을 가진다. 응용에 따라,실질적으로 일정한 폭은 약 50 내지 155 미크론의 범위내에 있다.
대안적인 실시예에서, 홈(114)의 폭은 슬롯의 상부 폭(126a)에 대응한다. 사용된 기판과 프로세스에 따라, 홈 폭은 약 30 내지 250 미크론의 범위이다. 특정 실시예에서, 홈(114) 폭은 약 80 미크론이다. 도 7B는 도 6A의 일 실시예의 클로즈 업(close up)이다. 측벽(128)은 돌출부(128a)를 가지고 있다. 특정 실시예에서, 측벽(128), 돌출부(128a)의 거칠기(roughness)는 약 1 내지 3 미크론이다. 이 특정 실시예에서, 돌출부는 에칭 흐름 방향으로 있고, 일반적으로 슬롯과 실질적으로 평행이다. 또 다른 실시예에서(도시되지 않음), 돌출부는 슬롯과 실질적으로 평행하지 않고 심지어 슬롯과 수직일 수도 있다.
도 8에서 예시된 실시예에서, 상부(126d)에서의 슬롯 폭은 약 144.5 미크론인 반면에, 하부(126e)에서의 폭은 약 106.5 미크론이다. 이 실시예에서, 중간-부분에서는 약간 부푼(bulging) 반면, 하부는 슬롯의 가장 작은 폭을 가진다. 이 실시예에서, 슬롯(126)은 실질적으로 휘었다.
도 9에서 예시된 실시예에서, 가리비 모양으로된(scalloped) 측벽(128)을 가지고 있다. 도시된 실시예에서, 가리비는 매우 대칭적이고 에칭에 영향을 주는 요소가 보상됨에 따른 프로세스에서의 변화를 나타낸다.
도 10의 양으로 테이퍼된(tapered) 슬롯 측면도의 실시예에서, 슬롯(126)의폭은 기판의 앞면에서 홈(144)을 향해 테이퍼한다. 특정 실시예에서, 상부 폭(126f)은 약 50 미크론이고, 중간-부분(126g)에서의 폭은 약 69 미크론이며, 하부 폭(126h)은 약 81 미크론이다. 이 예시된 실시예에서, 하부 폭과 테이퍼된 슬롯은 습식 에칭된 슬롯보다 상당히 작은 영역을 가지고 있다. 슬롯은 약 25도까지의 범위를 갖는 테이퍼 각으로 기판을 통하여 테이퍼한다.
도 11의 재 진입(reentrant) 슬롯 측면도의 실시예에서, 슬롯(126)의 폭은 기판의 뒷면으로 테이퍼한다. 특정 실시예에서, 하부와 상부 폭의 측정치는 각각 도 10의 상부와 하부 폭에 대응한다. 대안적인 실시예에서, 도 10과 도 11의 테이퍼된 측벽(128)은 실질적으로 직선(straight)(도 10에 도시됨), 가리비 모양(도 9), 지그재그(도 11에 도시됨), 곡선(도 8) 중에 하나다.
도 12와 도 13의 실시예에서, 도 3B에 설명된 바와 같이 슬롯은 단계(380)까지 부분적으로 형성되고, 그런 다음 단계(490)가 수행된다. 단계(490)는 기판의 나머지의 습식 에칭을 포함하고 실질적으로 슬롯을 완성한다. 일 실시예에서, 사용된 기판은 실리콘 기판(100)이다. 또 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 사용된 기판은 실리콘 기판(110)이다.
도 12에서, 단계(380)에서 형성된 슬롯(126)은 박막 층(120)에서 형성된 홈(114)(또는 채널(129))의 폭보다 더 작은 폭을 가지고 있다. 결과적으로, 습식 에칭이 발생했을 경우 슬롯은 박막 층(120)의 모서리까지 개방한다. 예시된 실시예에서, 벽(128)은 기판의 뒷면에 인접하고, 단계(370)에서 형성되며, 실질적으로 곧다. 반면 앞면에 인접한 벽은 테이퍼된다. 그러나, 대안적인 실시예에서 벽(128)은직선 모양, 가리비 모양, 지그재그, 테이퍼된 모양, 곡선 또는 그것의 결합 중에 하나일 수 있다.
도 13에서, 단계(380)에서 형성된 슬롯(126)은 박막 층(120)에서 형성된 홈(114)(또는 채널(129))의 폭보다 더 넓은 폭을 가지고 있다. 결과적으로, 습식 에칭이 발생했을 경우 슬롯은 박막 층(120)의 모서리를 향해 안으로 테이퍼한다. 이 예시된 실시예에서, 도 10과 관련하여 설명된 바와 같이, 벽(128)은 기판의 뒤면에 인접하고, 단계(370)에서 형성되며, 실질적으로 테이퍼된다. 동시에 앞면에 인접한 벽도 테이퍼된다. 그러나, 벽(128)은 직선 모양, 가리비 모양, 지그재그, 테이퍼된 모양, 곡선 또는 그것의 결합 중에 하나일 수 있다. 예를 들어, 뒷면에 인접한 벽은 뎁-에칭 프로세스에 의해 형성되고 실질적으로 직선 모양이며, 앞면에 인접한 벽은 습식 에칭에 의해 형성되고 실질적으로 직선 모양이다.
도 14는 도 2A의 부분(14-14)을 통과하는 개략 평면도를 예시하고 있다. 도 14에서, 슬롯(126)과 저항(133)사이에 쉘프(shelf)(134)이 있다. 도시된 실시예에서, 쉘프(134)의 끝 모서리(127)는 슬롯(126)의 끝을 따라 둥근 모양인 반면, 쉘프(134)의 측면 모서리(136)는 실질적으로 지그재그이다. 지그재그의 쉘프 모서리(136)는 실질적으로 기판을 따라 지그재그로 위치한 저항(133)의 뒤를 따른다. 특정 실시예에서, 슬롯 모서리에서 저항까지의 거리는 실질적으로 모서리(136)를 따라 일정하게 유지된다. 도시된 실시예에서, 지그재그 모양의 쉘프 모서리(136) 또한/또는 둥근 모양의 끝 모서리(127)는 뒷면 마스크(122)가 실질적으로 앞면 위의 쉘프 모서리(127,136)의 형태를 반영(mirror)하는 형태를 갖도록 패터닝하고 에칭함으로써 형성된다. 이 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 뎁-에칭 프로세스는 뒷면에서 수행되고 뒷면 마스킹 층의 패턴은 앞면에 전송된다. 특정 실시예에서, 에칭 속도는 더 큰 쉘프 모서리 제어를 얻기 위해 감소된다.
대안적인 실시예에서, 도 14의 기판의 앞면은 그 위에 형성되고,패터닝되고, 에칭된 마스크를 가지고 있다. 이 실시예에서, 마스크는 도 14에서 도시된 쉘프 모서리(127,136)의 형태에 대응한다. 앞면은 본 명세서에서 설명된 뎁-에칭 프로세스에 의해 에칭된다. 대안적인 실시예에서, 앞면에서부터의 에칭은 슬롯을 부분적으로 형성하고, 뒷면에서부터의 에칭은 슬롯을 완성한다.
위에서 예시된 실시예들 중의 일 실시예에서, 기판(102)은 단결정(monocrystalline) 실리콘 웨이퍼이다. 특정 실시예에서 기판은 낮은 BDD(실리콘 결정 격자(silicon crystal lattice)에 있어서 낮은 결함 수(a low number of imperfections)이고 또는 산화물 침전체의 감소된 양(reduced amount of oxide precipitants) 벌크 결함 밀도(Bulk Defect Density))를 가지고 있다. 그러나, 위에서 설명된 몇몇 에칭 프로세스를 사용함으로써, 슬롯은 낮은 BDD 기판으로 시작 또는 시작하지 않고 실질적으로 수직적으로 또는 정확하게 형성된다. 특정 실시예에서, 웨이퍼는 예를 들어, 4, 6, 8, 또는 12 인치의 주어진 직경에 대해 대략 100 내지 700 미크론의 두께를 가지고 있다.
일 실시예에서, 도 3 내지 도 5에서 예시되고 설명된 박막 스택(120)은 도 2A에서 도시된 각 층(104, 107, 108, 110, 111 그리고 112)을 가지고 있다. 이 실시예에서, 기판(102)은 프린트 또는 잉크젯 카트리지(10)의 프린트헤드(14)를 위해형성된다. 특정 실시예에서, FSP 층(106)은 증착된 산화물 가스로 구성된다. 또 다른 실시예에서, FSP 층(106)과 층(104)은 동일한 물질로 이루어진다. 부가적인 대안의 실시예에서, 장벽 층(112)은 광이미지가능 에폭시(epoxy)(IBM에 의해 개발된 SU8과 같은), 광이미지가능 중합체와 같은 빠른 교차-결합(cross-linking) 중합체 또는 ShinEtsuTM에 의해 제조된 SINR-3010과 같은 감광성(photosensitive) 실리콘 유전체 또는 잉크의 부식 작용(corrosive action)에 실질적으로 불활성인 유기 중합체 플라스틱 중 적어도 하나이다.
따라서 본 발명은 특별히 설명된 것 외에 달리 실현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명은 열 작용 프린트헤드에 제한되지 않고, 기계적으로 작용하는 프린트헤드도, 또한, 예를 들어, 의료 장치와 같은, 기판을 통과하는 마이크로-유체 채널을 갖는 다른 응용들에도 적용된다. 뿐만 아니라, 본 발명은 프린트헤드에 제한되지 않고, 어떠한 슬롯형의 기판에도 적용가능하다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 제한적이 아닌 예시적인 관점에서 이해되야 하며, 본 발명의 범위는 앞선 설명이 아닌 첨부한 청구항에 의해 표시된 다른 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 따르면, 유체 채널을 구비한 기판을 제조할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판(102, 120, 122, 124, 127)의 제 1 표면 상에 노출된 부분(exposed section)을 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 상기 에칭된 부분을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판을 통과하는 유체 공급 슬롯(fluid feed slot)이 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 코팅을 교번적으로 반복하는 단계를 포함하는
    유체 공급 슬롯(126)의 에칭 방법.
  2. 기판(102, 120, 122, 124, 127)의 앞면 위에 유체 방울 생성기(fluid drop generator)(133)를 형성하는 단계와,
    상기 앞면의 반대편인 상기 기판 뒷면의 노출된 부분을 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 상기 에칭된 부분(103, 128)을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 슬롯(126)이 상기 앞면까지 관통되게 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 코팅을 교번적으로 반복하는 단계를 포함하는
    유체 방출 장치(14)의 제조 방법.
  3. 기판(102, 120, 122, 124, 127)의 앞면 위에 유체 방울 생성기(fluid drop generator)(133)를 형성하는 단계와,
    상기 앞면의 반대편인 상기 기판 뒷면의 노출된 부분을 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 에칭된 부분을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    트렌치(trench)가 상기 기판의 상기 뒷면에 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 코팅을 교번적으로 반복하는 단계와,
    슬롯(126)이 상기 트렌치까지 관통되게, 상기 기판을 통과하여 형성될 때까지 상기 기판의 상기 앞면을 에칭(490, 590, 690)하는 단계를 포함하는
    유체 방출 장치(14)의 제조 방법.
  4. 기판(102, 120, 122, 124, 127)에 마이크로-유체 채널(126)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 기판의 제 1 표면 상의 노출된 부분을 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 상기 에칭된 부분을 따라 임시 에칭(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960) 스톱(stop)을 형성하는 단계와,
    상기 마이크로-유체 채널(126)이 상기 기판을 관통하여 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 형성을 교번적으로 반복하는 단계를 포함하는
    마이크로-유체 채널(126)의 제조 방법.
  5. 기판(102, 120, 122, 124, 127)에 마이크로-유체 채널(126)을 제조하는 방법에 있어서,
    기판 뒷면의 노출된 부분을 건식 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하여 내부 표면(103, 128)을 갖는 홈(recess)을 형성하는 단계와,
    상기 홈의 상기 내부 표면을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 에칭과 상기 코팅(370)을 교번적으로 반복하여 상기 기판의 상기 뒷면으로부터 트렌치를 형성하는 단계와,
    슬롯(126)이 상기 기판의 앞면까지 관통되게 형성될 때까지 상기 트렌치를 습식 에칭(590, 790)하는 단계를 포함하는
    마이크로-유체 채널(126)의 제조 방법.
  6. 기판(102, 120, 122, 124, 127)의 앞면 위에 유체 방울 생성기(fluid drop generator)(133)를 형성하는 단계와,
    상기 기판 앞면의 노출된 부분을 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 상기 에칭된 부분을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    트렌치가 상기 기판의 앞면에 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 코팅(370, 770, 920)을 교번적으로 반복하는 단계와,
    슬롯(126)이 상기 기판을 통과하여 상기 트렌치까지 관통되게 형성될 때까지 상기 트렌치의 반대편 영역에 있는 상기 기판의 뒷면을 에칭(390, 490, 590, 690, 790, 950)하는 단계를 포함하는
    유체 방출 장치(14)의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅(142)은 중합체(polymer), 산화물(oxide), 금속(metal), 금속 질화물(metal nitride), 금속 산화물(metal oxide) 중에 적어도 하나로 상기 기판의 상기 에칭된 부분을 코팅하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 1 표면과,
    상기 제 1 표면의 반대편인 제 2 표면과,
    상기 제 2 표면에서부터 상기 제 1 표면까지의 슬롯(126)을 포함하되,
    상기 슬롯은 돌출부(128a)를 가진 측벽(128)을 가지고 있고, 상기 돌출부는 약 3 미크론(microns)까지의 범위를 갖는
    슬롯형 기판(102, 120, 122, 124, 127).
  9. 제 1 표면과,
    상기 제 1 표면의 반대편인 제 2 표면과,
    상기 제 2 표면에서부터 상기 제 1 표면까지의 슬롯(126)을 포함하되,
    제 1 표면(126a, 126d, 126f) 슬롯과 제 2 표면(126c, 126e, 126h)의 슬롯, 및 제 1과 제 2 표면(126b)사이의 슬롯 간 폭 차이는 최대 6.5% 인
    슬롯형 기판(102, 120, 122, 124, 127).
  10. 제 1 표면과,
    상기 제 1 표면의 반대편인 제 2 표면과,
    상기 제 2 표면에서부터 상기 제 1 표면까지의 슬롯(126)- 상기 슬롯은 상기제 1 표면에 인접한 제 1 부분과, 상기 제 2 표면에 인접한 제 2 부분을 구비함 -을 포함하되,
    상기 제 1 부분은 양으로 테이퍼된(positively tapered) 제 1 프로파일을 가지고, 상기 제 2 부분은 양으로 테이퍼된 제 2 프로파일을 가지는
    슬롯형 기판(102, 120, 122, 124, 127).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 양으로 테이퍼된 제 2 프로파일은,
    기판의 상기 제 1 표면 상의 노출 부분을 건식 에칭(140, 270, 370, 390, 770, 790, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 기판의 상기 에칭 부분을 코팅(142, 270, 370, 390, 770, 820, 920, 950, 960)하는 단계와,
    상기 유체 공급 슬롯(126)이 상기 기판을 관통하여 형성될 때까지 상기 에칭과 상기 코팅을 교번적으로 반복하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성되는
    슬롯형 기판(102, 120, 122, 124, 127).
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 방울 생성기는 복수의 저항(133)을 가지며, 유체가 흐르는쉘프(shelf)(134)가 슬롯 모서리(136)와 복수의 저항 사이에 형성되고, 상기 슬롯 모서리는 각각의 저항 위치에 대응하는
    슬롯형 기판.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 형성되는
    슬롯형 기판(102, 120, 122, 124, 127).
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯이 실질적으로 굽은(bowed)형의 벽(128), 실질적으로 곡선(curved)형의 벽, 실질적으로 직선(straight)형의 벽(128), 오목(reentrant) 프로파일을 갖진 테이퍼(taper), 또한 실질적으로 가리비 형의(scalloped) 벽(128) 중 적어도 하나를 가지는
    슬롯형 기판.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯이 상기 기판의 상기 제 1 표면에 인접한 제 1 부분과 상기 제 1 표면의 반대편에 있는 상기 기판의 제 2 표면에 인접한 제 2 부분을 가지며, 상기제 1 부분은 테이퍼형이고 상기 제 2 부분은 실질적으로 직선 모양인
    슬롯형 기판.
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