專利名稱：制造流體噴射裝置的方法
背景技術：
使用隨后去除的犧牲材料來制造例如噴墨打印頭的某些流體噴射裝置。使用薄膜技術在電路小片上制造流體噴射回路。阻擋層布置在薄膜層疊件上。限定在阻擋層內的流體結構經(jīng)由布置在阻擋層上的孔口層內的孔口填充隨后去除的犧牲填充材料。在給定時間和給定成本下經(jīng)由孔口去除犧牲材料的能力受到射流器件的噴嘴尺寸和寬度限制。同時，噴墨打印頭的設計者希望減小噴嘴尺寸以便增加分辨率。但是，制造較小孔口的能力受到器件制造期間經(jīng)由孔口去除犧牲材料的能力限制。


從以下附圖所示的示例性實施例的詳細描述中，本領域的普通技術人員容易理解本發(fā)明的特征，附圖中圖1是部分完成的流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中填充材料在阻擋層內限定的流體結構中；圖2A-2E是表示制造流體噴射裝置的方法的示例性實施例的示例性階段中的流體噴射裝置的示例性實施例；圖3A-3D是表示制造流體噴射裝置的方法的另一示例性實施例的示例性階段中的流體噴射裝置的示例性實施例；圖4是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中通路位于襯底中；圖4A是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中熱氧化物層在襯底的背側；圖4B是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中熱氧化物掩模在襯底的背側；圖4C是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中局部通路在襯底內；圖4D是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中通路在襯底內；圖5是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中阻擋層內限定的流體結構中沒有填充材料；圖6是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中在背側蝕刻有溝槽；圖7是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中填充材料在阻擋層內限定的流體結構內；圖8是流體噴射裝置的示例性實施例的截面圖，其中在背側蝕刻有溝槽；圖9是用于制造流體噴射裝置的示例性過程的功能方框流程圖；圖9A-9C是用于制造流體噴射裝置的示例性過程的功能方框流程圖。
具體實施例方式
在以下詳細說明以及附圖的多圖中，類似的元件標示有類似的參考標號。
圖1表示制造未完成階段的流體噴射裝置1的示例性實施例。流體噴射裝置1在例如硅電路小片的襯底2上制造。薄膜層疊件2已經(jīng)在襯底2的頂表面21上制造。在示例性實施例中，薄膜層疊件3包括例如電阻器的加熱元件、晶體管、邏輯功能和電連接件。阻擋層4布置在薄膜層疊件3上。在示例性實施例中，在布置在阻擋層4之前，光致抗蝕劑底層41布置在襯底2和薄膜層疊件3上。在示例性實施例中，包括大約4μm厚的SU8層。在示例性實施例中，在將阻擋層4布置在底層上之前，底層在170℃下固化大約30分鐘。薄膜層疊件3的邊緣31限定沒有被薄膜層疊件3覆蓋的流體供應孔42。
在示例性實施例中，阻擋層4包括光致抗蝕材料45，例如SU8。在示例性實施例中，阻擋層4可以在84μm到30μm厚之間。在示例性實施例中，阻擋層限定與內部空間相對應的內部射流空間43和在隨后或最終制造階段中流體可流過流體噴射裝置的空腔。在示例性實施例中，射流空間43部分限定在底層內，如圖1所示。
在圖1的示例性未完成裝置階段中，射流空間43填充有填充材料44。填充材料44包括占據(jù)當去除犧牲材料時流體可流過其中的射流空間43的犧牲材料。在示例性實施例中，填充材料44包括例如從ShipleyCompany得到的例如SPR220的光致抗蝕劑。在示例性實施例中，空隙43a設置尺寸和大小，使得流體從襯底2(圖6)內的通路24，經(jīng)由底層41流入阻擋層4內的射流空間43，并防止流體中的顆粒流過底層41。在一個示例性實施例中，空隙43a可以設置尺寸在孔口51直徑尺寸的大約50％-70％。在示例性實施例中，啟動腔室43b小到9μm寬。在示例性實施例中，流體通道43c有60μm長，并小于10μm寬，例如6μm寬。
在圖1所示的示例性實施例中，通過經(jīng)由掩模有選擇地暴露在輻射下，多個空隙43a限定在光致抗蝕劑底層41內，輻射例如是通過過濾來自汞電弧燈的光而獲得的例如365nm 1-線輻射。在示例性實施例中，在阻擋層和/或填充材料布置在底層41上之前，曝光的底層41用例如乳酸乙酯的溶劑顯影。
在圖1的示例性實施例中，“頂帽”或孔口層5布置在或限定在阻擋層4上。在示例性實施例中，孔口層5旋涂在阻擋層4的頂部上。在其它示例性實施例中，通過將阻擋層表面暴露于輻射，以到達限定孔口層5的深度，孔口層5限定在阻擋層4的表面層中。
在圖1的示例性實施例中，光致抗蝕孔口層5經(jīng)由掩模暴露于輻射中以便限定孔口51?？卓?1在溶劑6中顯影，由此去除未曝光的材料以便產(chǎn)生孔口51。在示例性實施例中，溶劑6是乳酸乙酯。在示例性實施例中，孔口層5顯影長達足以產(chǎn)生孔口51而不從流體結構中去除所有填充材料的時間周期。孔口層可以顯影例如長達形成孔口51而不去除任何或者不去除大量的填充材料44的時間周期。在示例性實施例中，孔口層5在溶劑6中顯影長達90秒的時間。在示例性實施例中，孔口51小于10μm，例如小到至少6μm。
在可選擇的實施例中，孔口層5在成形通路22之后顯影(圖5)。但是，在某些實施例中，通路22的成形可在孔口層5內產(chǎn)生溫度，該溫度足以造成其中限定孔口51的孔口層5的這些部分內未曝光的光致抗蝕劑進行交聯(lián)。這種交聯(lián)的材料可以變得難以在隨后顯影中去除。在這些實施例中，孔口層5可以在蝕刻之前顯影。在圖1的示例性實施例中，填充材料44接觸襯底2的頂部表面21。在此示例性實施例中，填充材料經(jīng)由形成在底層41內的空隙43a接觸襯底。
射流空間43和孔口51可以通過例如圖2A-2E的方法限定。在圖2A中，光致抗蝕劑45的阻擋層4布置在底層41、薄膜層疊件3和襯底2上。在圖2B內，光致抗蝕劑材料有選擇地經(jīng)由掩模曝光并顯影，留下具有包括射流空間43的空隙的阻擋層4。在圖2C中，例如使用涂層和旋涂技術，射流空間43已經(jīng)填充有填充材料44。在圖2D中，例如使用化學/機械拋光技術，填充材料44和阻擋層4的表面平面化，以便從阻擋層的頂部去除過多的填充材料，并提供布置孔口層5的適當表面。在圖2E中，孔口層布置在阻擋層和填充材料上，有選擇地曝光以便限定孔口，并且顯影以形成孔口51。
在可選擇的實施例中，射流空間43和孔口51可以例如通過圖3A-3D所示的方法限定。在圖3A中，填充材料44的“沖擊”層布置在襯底2、薄膜層疊件3和底層41中。在圖3B中，填充材料44有選擇地曝光并顯影，留下限定射流空間43的形狀的填充材料44。在圖3C中，光致抗蝕劑材料45的阻擋層4已經(jīng)布置在填充材料44上，限定阻擋層4和孔口層5。在圖3C中，孔口層有選擇地曝光和顯影，留下孔口51。射流空間43可以任何其它適當方式限定和填充。
圖4表示通過例如從襯底2的背側23進行背側蝕刻在襯底2形成通路或溝槽22之后的圖1的示例性實施例。背側蝕刻可以包括干蝕刻，例如活性離子蝕刻。掩模25可以用來限定形成通路22的區(qū)域。在示例性實施例中，掩模25包括光致抗蝕劑層，例如SPR220層。光致抗蝕劑層可以在13μm-15μm厚的范圍內。通路22從襯底2的背側23延伸到襯底的頂側21。在示例性實施例中，蝕刻延伸直到底層41和/或填充材料22和/或與其離開短距離，而不延伸通過底層41。在示例性實施例中，通路22大約80-85μm寬，該寬度小于流體填充孔42的大約130-140μm的寬度。在示例性實施例中，使得通路22的寬度小于流體填充孔42的寬度可以進行隨后的橫向蝕刻，橫向蝕刻出現(xiàn)在隨后的背側蝕刻的過程中(圖6)。
在示例性實施例中，使用活性離子蝕刻形成圖4所示的通路22。在可選擇的實施例中，如圖4A-4D所示，首先使用砂鉆或激光蝕刻形成部分通路22’。襯底背側可以具有用作隨后濕蝕刻的掩模的熱氧化物層。在圖4的實施例中，激光或砂鉆蝕刻通過熱氧化物層，以便限定500μm寬的通路開口。蝕刻可延伸到襯底的背側，如所示。在圖4C所示的實施例中，較窄寬度的激光或砂鉆穿過襯底厚度的80-85％蝕刻部分通路22’。在示例性實施例中，通路22’的寬度在大約70-100μm寬的范圍內?？山又ㄟ^活性離子蝕將襯底2厚度的剩余15-20％蝕刻穿透，以便形成圖4D所示的通路。在示例性實施例中，隨后使用濕蝕刻來蝕刻通路，以便形成擴張的通路。
圖5表示在去除填充材料之后圖1和4的示例性實施例。例如經(jīng)由通路22施加溶劑6可以去除填充材料。在示例性實施例中，溶劑6包括乳酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮或其它適當溶劑。溶劑6和溶解的填充材料一起從射流空間43內經(jīng)由通路22和/或孔口51去除。溶劑6可以通過將電路小片2放置在容器內來施加，或者使用噴射工具噴入通路22來施加?？卓趯涌稍?70℃下固化大約30分鐘。
圖6表示進行附加背側蝕刻之后圖5的流體噴射裝置的示例性實施例。在示例性實施例中，附加背側蝕刻包括濕蝕刻。使用例如TMAH的蝕刻劑來進行濕蝕刻。在示例性實施例中，濕蝕刻造成襯底2的背側23處擴張通路24到寬度26，該寬度比襯底頂側21的寬度26寬。在示例性實施例中，擴張通路24在襯底頂側21是大約130-140μm，并且在襯底2的背側23處是大約500μm。通過掩模25’限定襯底背側處的擴張通路2的尺寸。在示例性實施例中，掩模25’和濕蝕刻時間布置和選擇成減小或防止薄膜層疊件3的下切。在一個示例性實施例中，掩模25’在襯底背側包括大約1.0μm-1.3μm厚的熱生長氧化物層。
在其中SPR220用作填充材料并且進行TMAS濕背側蝕刻的示例性實施例中，在去除填充材料之后進行濕蝕刻。另外，SPR220填充材料可溶解在濕蝕刻浴中，并且污染TMAH，由此降低或可能停止?jié)裎g刻過程。在可選擇實施例中，使用不產(chǎn)生交聯(lián)污染問題的填充材料和相應的蝕刻劑，填充材料可以在濕蝕刻之后去除。
圖7表示未完成的打印頭1的示例性實施例。通過干蝕刻從襯底2的背側23形成通路22。底層41在流體填充孔42的區(qū)域內沒有覆蓋襯底2的頂部表面21。底層內的空隙43a使得流體通過通路22和流體供應孔42，以便流入射流空間43。在示例性實施例中，通路22的寬度可以是大約80-85μm寬。柱限定在阻擋層中，并且柱45之間的射流空間填充有填充材料。圖8表示已經(jīng)去除填充材料之后以及已經(jīng)進行隨后的背側濕蝕刻之后的圖7示例性實施例。柱45從孔口層5懸置。在示例性實施例中，柱設置尺寸和大小以便防止流體中的顆粒流過柱并進入流體通道43b并進入啟動腔室43c。在示例性實施例中，在濕蝕刻之后襯底表面處擴張的通路24的寬度是大約130-140μm寬。
圖9表示用于制造流體噴射裝置的方法的示例性實施例的功能方框流程圖。薄膜層疊件在襯底上制造100。薄膜層疊件限定流體供應孔。在流體供應孔的區(qū)域內具有空隙的底層布置在襯底和薄膜層疊件110上并曝光和顯影。限定填充有填充材料的射流空間的阻擋層布置在底層、薄膜和襯底上120。具有限定在孔口層內的孔口的孔口層布置在或限定在阻擋層上130。在示例性實施例中，孔口層通過溶劑顯影，留下在孔口層內限定孔口的空隙140。在示例性實施例中是干蝕刻的背側蝕刻形成從襯底背側到襯底頂側的通路150。在示例性實施例中，背側蝕刻包括活性離子蝕刻。通過溶劑去除填充材料160。在示例性實施例中，使用TMAH進行例如濕蝕刻的進一步背側蝕刻，在襯底中擴張通路170。
圖9A表示布置限定填充有填充材料的射流空間的阻擋層的示例性實施例的功能方框流程圖。在121，光致抗蝕劑層在襯底上布置在薄膜和底層上。在122，光致抗蝕劑層有選擇地曝光并顯影以便在阻擋層內限定并形成射流空間。在123，射流空間填充有填充材料，并且在124，阻擋層和填充材料平面化。在布置限定填充有填充材料的射流空間的阻擋層的可選擇實施例120中，如圖9B所示，在125布置光致抗蝕劑層。在126，光致抗蝕劑曝光并顯影以便限定“沖擊”層，沖擊層限定將要形成的射流空間的形狀。在127，光致抗蝕劑層布置在沖擊層上，光致抗蝕劑層限定阻擋層和孔口層的結構部分。
圖9C表示圖9的背側蝕刻150的可選擇的示例性實施例。在示例性實施例中，在151，使用砂鉆或激光，部分蝕刻穿過襯底的通路。在152，使用活性離子蝕刻穿過襯底的剩余部分蝕刻通路。
應該理解到所述實施例只是表示本發(fā)明原理的可能的特定實施例。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領域普通技術人員容易按照其原理進行其它的配置。
權利要求
1.一種制造流體噴射裝置的方法，包括在襯底的頂部表面上提供阻擋層，該阻擋層限定射流空間，射流空間填充有填充材料；從襯底的背側形成通路；從射流空間經(jīng)由通路去除填充材料。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括提供光致抗蝕劑層，曝光光致抗蝕劑層以便限定射流空間，顯影光致抗蝕劑層以便形成與射流空間相對應的空隙并用填充材料填充空隙。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括在襯底上布置填充材料層，曝光填充材料層以便限定射流空間，顯影填充材料層以便留下與射流空間相對應的填充材料，并且在填充材料上布置光致抗蝕劑層。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括進行干蝕刻。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括活性離子蝕刻。
6.如權利要求7所述的方法，其特征在于，通過激光蝕刻或砂鉆蝕刻之一首先進行通路的部分蝕刻，并且進行活性離子蝕刻。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述首先部分蝕刻通路包括首先部分蝕刻穿過襯底到襯底厚度的大約80-85％的范圍的距離，并且所述活性離子蝕刻包括穿過襯底的剩余厚度蝕刻。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除填充材料包括使用溶劑去除填充材料。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，溶劑包括乳酸乙酯。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在襯底的頂部表面上提供阻擋層包括在射流空間內提供具有柱的阻擋層。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在襯底和阻擋層之間提供底層。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供底層的方法包括提供具有穿過底層的空隙的底層。
13.如權利要求13所述的方法，其特征在于，空隙具有小于10μm的直徑。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括提供光致抗蝕劑層，曝光光致抗蝕劑層以便限定射流空間，顯影光致抗蝕劑層以便形成與射流空間相對應的空隙，并用填充材料填充空隙。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括在襯底上布置填充材料層，曝光填充材料層以便限定射流空間，顯影填充材料層以便留下與射流空間相對應的填充材料，并且在填充材料上布置光致抗蝕劑層。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括通過在蝕刻通路之前顯影孔口層而在形成在阻擋層上的孔口層內提供至少一個孔口。
17.一種制造流體噴射裝置的方法，包括在襯底的頂部表面上提供阻擋層，該阻擋層限定射流空間，射流空間填充有填充材料，填充材料可溶解在溶劑內；在阻擋層上提供包括至少一個孔口的孔口層從襯底的背側至少部分形成通路；在形成通路之后，經(jīng)由通路去除填充材料。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括提供光致抗蝕劑層，在該層中限定并顯影與射流結構相對應的空隙，并用填充材料填充空隙。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供阻擋層包括在襯底上布置填充材料并在填充材料上布置阻擋層。
20.如權利要求17所述的方法，其特征在于，至少部分形成通路包括活性離子蝕刻以及激光蝕刻或沙鉆蝕刻之一。
21.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括通過激光蝕刻或砂鉆蝕刻之一首先部分蝕刻通路并接著進行活性離子蝕刻。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述首先部分蝕刻通路包括首先部分蝕刻穿過襯底到襯底厚度的大約80-85％的范圍的距離，并且所述活性離子蝕刻包括穿過襯底的剩余厚度蝕刻。
23.如權利要求17所述的方法，其特征在于，經(jīng)由通路去除填充材料包括將溶劑提供到通路內。
24.如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括在形成通路之前顯影孔口層。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述顯影孔口層包括使用溶劑長達足以形成至少一個孔口的時間周期，而不從阻擋層去除所有的填充材料。
26.一種制造流體噴射裝置的方法，包括在襯底的頂部表面上提供光致抗蝕劑層；有選擇地曝光光致抗蝕劑層，以便在光致抗蝕劑層內限定射流空間；顯影光致抗蝕劑層以便去除射流空間部分，由此形成射流空間；用填充材料填充射流空間；從襯底的背側到襯底的頂部表面形成通路；經(jīng)由通路去除填充材料；以及在去除填充材料之后蝕刻通路。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括進行干蝕刻。
28.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括活性離子蝕刻。
29.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述形成通路包括激光蝕刻或砂鉆蝕刻之一。
30.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述首先部分蝕刻通路包括首先部分蝕刻穿過襯底到襯底厚度的大約80-85％的范圍的距離，并且所述活性離子蝕刻包括穿過襯底的剩余厚度蝕刻。
31.一種制造流體噴射裝置的方法，包括在襯底的頂部表面上布置填充材料層；曝光填充材料層以便限定射流空間部分；顯影填充材料層，其中所述顯影該層包括去除不與射流空間部分相對應的填充材料層的部分，并且不去除射流空間部分；圍繞射流空間部分提供光致抗蝕劑層；從襯底的背側到襯底的頂部表面提供通過襯底的光致抗蝕劑層；以及使用溶劑經(jīng)由射流路徑去除填充材料。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述形成射流路徑包括進行干蝕刻。
33.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述形成射流路徑包括活性離子蝕刻。
34.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述形成射流路徑包括活性離子蝕刻以及激光蝕刻或砂鉆蝕刻之一。
35.如權利要求31所述的方法，其特征在于，提供射流路徑包括通過激光蝕刻或砂鉆蝕刻之一首先部分蝕刻射流路徑，并且接著進行活性離子蝕刻。
36.如權利要求35所述的方法，其特征在于，所述首先部分蝕刻通路包括首先部分蝕刻穿過襯底到襯底厚度的大約80-85％的范圍的距離，并且所述活性離子蝕刻包括穿過襯底的剩余厚度蝕刻。
全文摘要
一種用于制造流體噴射裝置的方法包括限定射流空間的阻擋層。由阻擋層限定的射流空間填充有填充材料。穿過襯底蝕刻通路。在蝕刻通路之后從射流空間去除填充材料。
文檔編號B41J2/16GK1724259SQ200510087538
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權日2004年7月22日
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