專利名稱：流體噴射裝置制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射裝置的蝕刻制作工藝設計，特別是涉及一種通過在制作工藝中加入蝕刻互補或離子注入的步驟設計，而得到高精度的流道與流體腔的流體噴射裝置制造方法。
背景技術：
現今，流體技術已廣泛應用于各科技領域之中，例如打印染機噴墨頭、燃油噴射裝置或是生物醫(yī)學系統(tǒng)等領域之科技產品，均需使用到流體噴射之功能。
光電(Opt-electronics)、微電子元件(Microelectronics)、微機電系統(tǒng)(MEMS)等的產品制造上。現今由于流體噴射裝置主要以半導體制作工藝來進行制造，因此，硅晶片也常被用來做為流體噴射裝置的基材。
現有的流體噴射裝置可參見圖1來加以說明。圖1為美國專利第6,102,530號的內容，揭示一種具有虛擬閥門(Virtual valve)的流體噴射裝置，例如一噴墨頭。如圖1a所示，流體噴射裝置10以一硅基材38構成，具有一歧管26，用以輸送流體；流體腔14，設于歧管26的一側，用以容納該流體；一噴孔18，設于流體腔14表面，用以供該流體噴出；以及一噴射元件20，22，設于噴孔18的周圍。
然而，硅晶片為一具有方向性的各向異性結晶材料，因此，在蝕刻時會產生各方向蝕刻結果不同的現象。請參見圖2a與圖2b，說明硅晶片進行蝕刻時的現象。
圖2a為一硅晶片結構500，其表面為{100}的晶格方向，且具有一抗蝕刻層510，抗蝕刻層510上具有一開口，使蝕刻液(未圖示)可對硅基材520進行蝕刻。若以蝕刻液，例如一氫氧化鉀(KOH)蝕刻液，對硅晶片500進行一各向異性蝕刻時，由于該氫氧化鉀蝕刻液對硅基材520上各晶面的蝕刻速率不同，在[110]方向具有較快的蝕刻速度，因此在蝕刻后，會在硅基材520表面產生與原{100}面夾角θ＝54.74度的晶格方向{111}的斜面522、524，而造成空間上的損失。
請再參見圖2b，其顯示另一硅晶片進行蝕刻的例子。圖2b中的硅晶片500與圖2a中的硅晶片500不同之處在于，圖2b的抗蝕刻層510具有不同的開口圖形，因此造成硅基材520蝕刻結果不同，而產生不同晶格方向的斜面，例如圖2b中晶格方向{111}的斜面526以及晶格方向{112}的斜面528。
由上述硅晶片的蝕刻現象可得知，圖1中的現有流體噴射裝置10，在以各向異性蝕刻的方式來制造歧管26與流體腔14時，由于各向異性蝕刻的制作工藝對于不同晶格方向有不同的蝕刻速度，因此如圖3a所示，在對硅基材38進行蝕刻以產生流體腔14的制作工藝中，勢必也會對隔開流體腔14的間隔部30基材部分產生過蝕刻的現象，造成流體腔長度與設計上有差異。如此，就使用上而言，不但可能增加各流體腔14間的相互干擾(Cross talk)，同時若間隔部30基材部分產生過蝕刻較為嚴重，而如圖3b所示，出現蝕刻尖角31時，會在蝕刻尖角31產生應力集中效應，對結構的強度及使用壽命上都會造成直接的影響。特別是當流體噴射裝置10結構尺寸越小時，此一現象就更為嚴重，故在制造高精度的流體腔14時就會受到限制。
由于流體噴射裝置的設計基于未來趨勢的要求，必須朝向裝置小型化與高精度的方向加以改進，因此必然受限于上述各向異性蝕刻制作工藝所產生的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對流體噴射裝置的制作工藝設計加以改變，通過蝕刻互補或離子注入等方法來避免流體腔間隔部的過蝕刻現象，因而可應用在打印染機噴墨頭、燃油噴射裝置或是生物醫(yī)學系統(tǒng)等領域的流體噴射裝置制造，解決現有流體噴射裝置在各向異性蝕刻制作工藝所產生的問題。
本發(fā)明的第一形態(tài)是提供了一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔以及用以分隔流體腔的多個間隔部，而間隔部具有一特定幾何形狀。本發(fā)明第一形態(tài)的流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；提供一掩模，具有一互補圖案；在該基材上涂覆(coating)一光致抗蝕劑層；在該光致抗蝕劑層上轉移該互補圖案，而決定多個未蝕刻間隔部，該各未蝕刻間隔部具有大于該特定幾何形狀的互補幾何形狀；以及對該基材進行蝕刻(etching)，使該基材經蝕刻后構成具有該特定幾何形狀的該各間隔部。
上述第一形態(tài)的流體噴射裝置制造方法中，轉移互補圖案于光致抗蝕劑層上的步驟可還包括下列步驟通過該掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光；以及對該光致抗蝕劑層進行顯影，而于該光致抗蝕劑層上形成多個未蝕刻間隔部?；パa幾何形狀可為將特定幾何形狀沿基材的至少一晶格方向增加面積而構成的形狀。
另外，本發(fā)明的第二形態(tài)揭示一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔以及用以分隔流體腔的多個間隔部，而該各間隔部具有一特定幾何形狀。本發(fā)明的第二形態(tài)的流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；對基材上預定的間隔部區(qū)域進行離子注入(ion implanting)；以及對基材進行蝕刻，使基材經蝕刻后構成具有特定幾何形狀的間隔部。
上述第二形態(tài)的流體噴射裝置制造方法中，離子注入步驟可采用硼離子、磷離子或砷離子其中之一者進行注入。
另外，本發(fā)明的第三形態(tài)揭示一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔及用以分隔流體腔的多個間隔部，而間隔部具有一特定幾何形狀。本發(fā)明第三形態(tài)的流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；提供一掩模，其具有一圖案；在基材上涂覆一光致抗蝕劑層；在光致抗蝕劑層上轉移圖案，而形成多個間隔形狀，該各間隔形狀大于特定幾何形狀；以及對基材進行蝕刻，使基材經蝕刻后形成具有特定幾何形狀的間隔部，且間隔部還至少具有一突出部，用以防止于噴射時相鄰流體腔產生相互干擾(cross talk)的現象。
上述第三形態(tài)的流體噴射裝置制造方法中，轉移圖案于光致抗蝕劑層上的步驟可還包括下列步驟通過該掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光；以及對該光致抗蝕劑層進行顯影，而在該光致抗蝕劑層上形成多個未蝕刻間隔部。互補幾何形狀可為將特定幾何形狀沿基材的至少一晶格方向增加面積而構成的形狀。
本發(fā)明的流體噴射裝置制造方法中，流體噴射裝置可還包括一流體儲存槽，用以儲存流體；一歧管，連接流體儲存槽與流體腔，用以導引流體由流體儲存槽分配至流體腔；多個加熱裝置，分別位于對應的流體腔，用以加熱流體腔內的流體；一頂層結構，用以承載加熱裝置；以及多個噴孔，分別連接于流體腔，用以噴射流體腔內的流體。另外，基材可為具有單晶結構的材料或具有各向異性蝕刻性質的材料。蝕刻步驟則可采用濕式蝕刻方式(wet etching)。
通過本發(fā)明的流體噴射裝置制造方法，可針對半導體制作工藝的流體噴射裝置制作工藝，特別是在蝕刻制作工藝上加以改進，而提供小型化的高精度流體噴射裝置結構，例如打印染機噴墨頭制造時。同時，本發(fā)明可改善流體噴射現象，例如打印染機噴墨頭進行噴墨中的相互干擾(Crosstalk)的現象會減少；且應用本發(fā)明可使高分辨率噴嘴在制造上更為容易，且對產品的使用壽命及良率上也可有大幅的提高。


圖1為現有流體噴射裝置結構的示意圖；圖2a與圖2b為現有硅晶片各向異性蝕刻的結構的示意圖；圖3a為圖1中現有流體噴射裝置結構的間隔部產生過蝕刻的示意圖；圖3b為圖1中現有流體噴射裝置結構的間隔部產生蝕刻尖角的示意圖；圖4為本發(fā)明第一形態(tài)的流體噴射裝置制造的流程圖；圖5a與圖5b為本發(fā)明一實施例的未蝕刻間隔部結構的互補幾何形狀的示意圖；
圖5c與圖5d為圖5b的結構進行蝕刻后的示意圖；圖6a與圖6b為本發(fā)明另一實施例的未蝕刻間隔部結構的互補幾何形狀的示意圖；圖6c與圖6d為圖6b圖的結構進行蝕刻后的示意圖；圖7a與圖7b為本發(fā)明另一實施例的未蝕刻間隔部結構的互補幾何形狀的示意圖；圖7c與圖7d為圖7b的結構進行蝕刻后的示意圖；圖8為本發(fā)明第二形態(tài)的流體噴射裝置制造的流程圖；圖9a為本發(fā)明一實施例的離子注入未蝕刻間隔部結構的示意圖；圖9b為圖9a的結構進行蝕刻后的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明為了解決現有流體噴射裝置在各向異性蝕刻制作工藝所產生的問題，而提出一種流體噴射裝置制造方法。本發(fā)明所制造的流體噴射裝置與圖1、圖3a以及圖3b所示的現有流體噴射裝置10相似，具有多流體腔14，而各流體腔14之間是以多間隔部30分隔，且間隔部30具有一特定幾何形狀，例如為一長方體。另外，流體噴射裝置還可包括有儲存流體的一流體儲存槽(未圖示)、連接流體儲存槽與流體腔14的歧管26、以及連接于流體腔14，用以噴射流體的噴孔18。又，某些流體噴射裝置還設有對應于流體腔14的加熱裝置，用以加熱流體腔內的流體，以及用以承載加熱裝置的一頂層結構。
請參見圖4，說明本發(fā)明第一形態(tài)的流體噴射裝置制造方法。首先，提供用以制造流體噴射裝置的一基材(步驟S110)，基材可使用具有單晶結構的材料，或具有各向異性蝕刻性質的材料，例如一硅基材。其次，提供一掩模，具有一互補圖案(步驟S120)，用以對該基材進行曝光照射，該互補圖案的目的是在基材上經由后續(xù)的曝光與顯影各步驟形成具有互補幾何形狀的未蝕刻間隔部。接著，在基材上涂覆(Coating)一光致抗蝕劑層(步驟S130)，以準備進行曝光制作工藝；然后通過掩模對涂覆于基材上的光致抗蝕劑層進行曝光照射(步驟S140)，并對光致抗蝕劑層進行顯影，以在光致抗蝕劑層上形成具有互補幾何形狀的多個未蝕刻間隔部(步驟S145)。通過步驟S140與S145的曝光與顯影制作工藝，可將該互補圖案轉移在該光致抗蝕劑層上，而決定未蝕刻間隔部。然后，對該基材采用濕式蝕刻等方式進行蝕刻，使經由前述步驟而具有互補幾何形狀的未蝕刻間隔部經蝕刻后，由于具有多余的互補區(qū)域供蝕刻，而構成具有所需的特定幾何形狀的間隔部，同時產生流體腔(步驟S150)。如此，即可避免過蝕刻的發(fā)生，而完成高精度的流體噴射裝置(步驟S160)。
上述第一形態(tài)的流體噴射裝置制造方法中，互補幾何形狀必須大于間隔部所需的特定幾何形狀，也就是說，互補幾何形狀是由間隔部所需的特定幾何形狀再加上互補區(qū)域所形成。由于基材通常使用硅晶片等具有各向異性蝕刻性質的材料或具有單晶結構的材料，因此若能將特定幾何形狀沿基材的至少一晶格方向增加面積，其構成的形狀即可適用于互補幾何形狀。
以下分別以三個實施例來說明互補幾何形狀的例子。其中，間隔部所需的特定幾何形狀如圖3a與圖3b所示相同，為長方形。
請參見圖5a與圖5b，其顯示本發(fā)明一實施例的未蝕刻間隔部的互補幾何形狀結構。圖5a的基材100為一硅基材，其上具有多未蝕刻間隔部110。根據現有技術，可得知硅基材100在[110]的方向具有較快的蝕刻速度；因此，本實施例的未蝕刻間隔部110即如圖5b所示，由間隔部所需的長方形向[110]方向延伸，而產生互補區(qū)域112。如此，在進行蝕刻時，未蝕刻間隔部110可如圖5c以及圖5d所示，互補區(qū)域112會先受蝕刻，減緩蝕刻尖角的出現，而可較為接近間隔部所需的特定幾何形狀。
另外，請參見圖6a與圖6b，顯示另一實施例的互補幾何形狀結構。本實施例與前一實施例相同，基材100為一硅基材，其上具有多未蝕刻間隔部110，差別僅在于所使用的互補幾何形狀。如圖6b所示，本實施例的未蝕刻間隔部110由間隔部所需的長方形向[100]方向延伸，同時由于[110]方向具有較快的蝕刻速度，因此將延伸的部分向側方加寬面積，而產生互補區(qū)域114。如此，在進行蝕刻時，如圖6c以及圖6d所示，互補區(qū)域114會先受蝕刻，而減緩蝕刻尖角的出現，使蝕刻后的間隔部接近所需的特定幾何形狀。
另外，請再參見圖7a與圖7b，其顯示另一實施例的互補幾何形狀結構。本實施例與前述的實施例相同，基材100為一硅基材，其上具有多未蝕刻間隔部110，差別僅在于所使用的互補幾何形狀。如圖7b所示，本實施例的未蝕刻間隔部110由間隔部所需的長方形，在角部向[100]方向延伸，而產生長方形的互補區(qū)域116。如此，在進行蝕刻時，如圖7c以及圖7d所示，互補區(qū)域116會先受蝕刻，而同樣可減緩蝕刻尖角的出現，接近間隔部所需的特定幾何形狀。
在此必須說明，由于本發(fā)明所制造的流體噴射裝置中，間隔部所需的特定幾何形狀并非限定如上述的長方形，因此上述各實施例所述的互補幾何形狀并非用以限定本發(fā)明。換言之，本發(fā)明的流體噴射裝置制造方法，可依所制造的流體噴射裝置中間隔部的特定幾何形狀，來決定互補幾何形狀的設計，例如將特定幾何形狀沿基材的至少一晶格方向增加面積而產生互補幾何形狀。
另外，上述各實施例中，若將蝕刻的S150步驟控制成如圖5c、圖6c或圖7c所示，在蝕刻后的間隔部還至少具有一突出部，則可達成本發(fā)明另一形態(tài)的目的，用以防止于噴射時相鄰該流體腔產生相互干擾(cross talk)的現象。
其次，請參見圖8，說明本發(fā)明第二形態(tài)的流體噴射裝置制造方法。首先，提供用以制造流體噴射裝置的一基材(步驟S210)，基材可使用具有單晶結構的材料，或具有各向異性蝕刻性質的材料，例如一硅基材。其次，對基材上預定的間隔部區(qū)域進行離子注入，將離子植入(步驟S220)，以如圖9a所示，在基材100上形成預定做為未蝕刻間隔部的離子注入區(qū)域120與預定做為流體腔的離子未注入區(qū)域130。如此，離子注入區(qū)域120的基材被蝕刻率會大幅降低。然后，即可對該基材采用濕式蝕刻等方式進行蝕刻，使經由前述步驟而植入離子的未蝕刻間隔部經蝕刻后，如圖9b所示，構成具有所需的特定幾何形狀的間隔部120，同時產生流體腔140(步驟S230)。如此，同樣可避免過蝕刻的發(fā)生，而完成高精度的流體噴射裝置(步驟S240)。
在此必須說明的是，上述第一與第二形態(tài)的蝕刻步驟在說明時均采用濕式蝕刻方式，以得到較佳的效果；然而，本發(fā)明并非限定蝕刻制作工藝所采用的蝕刻方式。
根據本發(fā)明所揭露的流體噴射裝置制造方法，在結構設計時可經由使用的互補幾何形狀或離子布值等方式，如此可有效地延長蝕刻時間，以達到足夠的流體腔長度及深度，還可進一步改善蝕刻尖角出現的問題，避免噴射時相鄰流體腔產生相互干擾的現象，以制造出高精度的流體噴射裝置，并提高其性能及質量。
雖然以上結合數個較佳實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍，仍可作少許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔以及用以分隔該各流體腔的多個間隔部，而該各間隔部具有一特定幾何形狀，其中該流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；提供一掩模，具有一互補圖案；在該基材上涂覆(coating)一光致抗蝕劑層；將該互補圖案轉移在該光致抗蝕劑層上，而決定多個未蝕刻間隔部，該各未蝕刻間隔部具有大于該特定幾何形狀的互補幾何形狀；以及對該基材進行蝕刻(etching)，使該基材經蝕刻后構成具有該特定幾何形狀的該各間隔部。
2.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中將該互補圖案轉移在光致抗蝕劑層上的步驟包括下列步驟透過該掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光；以及對該光致抗蝕劑層進行顯影，而在該光致抗蝕劑層上形成多個未蝕刻間隔部。
3.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置還包括一流體儲存槽，用以儲存該流體；一歧管，連接該流體儲存槽與該各流體腔，用以導引該流體由該流體儲存槽分配至該各流體腔；多個加熱裝置，分別位于對應的該各流體腔，用以加熱該各流體腔內的該流體；一頂層結構，用以承載該各加熱裝置；以及多個噴孔，分別連接于該各流體腔，用以噴射該各流體腔內的該流體。
4.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有單晶結構的材料。
5.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有各向異性蝕刻性質的材料。
6.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中該互補幾何形狀將該特定幾何形狀沿該基材的至少一晶格方向增加面積而構成的形狀。
7.如權利要求1所述的流體噴射裝置制造方法，其中該蝕刻步驟采用濕式蝕刻方式(wet etching)。
8.一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔以及用以分隔該各流體腔的多個間隔部，而該各間隔部具有一特定幾何形狀，其中該流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；對該基材上預定的間隔部區(qū)域進行離子注入(ion implanting)；以及對該基材進行蝕刻，使該基材經蝕刻后構成具有該特定幾何形狀的該各間隔部。
9.如權利要求8所述的流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置還包括一流體儲存槽，用以儲存該流體；一歧管，連接該流體儲存槽與該等流體腔，用以導引該流體由該流體儲存槽分配至該各流體腔；多個加熱裝置，分別位于對應的該各流體腔，用以加熱該各流體腔內的該流體；一頂層結構，用以承載該各加熱裝置；以及多個噴孔，分別連接于該各流體腔，用以噴射該各流體腔內的流體。
10.如權利要求8所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有單晶結構的材料。
11.如權利要求8所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有各向異性蝕刻性質的材料。
12.如權利要求8所述的流體噴射裝置制造方法，其中該蝕刻步驟采用濕式蝕刻方式。
13.如權利要求8所述的流體噴射裝置制造方法，其中該進行離子注入步驟的離子采用選自于硼離子、磷離子及砷離子所形成族群中的任一者以進行離子注入。
14.一種流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置用以噴射流體，且具有多個流體腔及用以分隔該等流體腔的多個間隔部，而該各間隔部具有一特定幾何形狀，其中該流體噴射裝置制造方法包括下列步驟提供一基材；提供一掩模，其具有一圖案；在該基材上涂覆一光致抗蝕劑層；將該圖案轉移在該光致抗蝕劑層上，而形成多個間隔形狀，該各間隔形狀大于該特定幾何形狀；以及對該基材進行蝕刻，使該基材經蝕刻后形成具有該特定幾何形狀的該各間隔部，且該各間隔部還至少具有一突出部，用以防止于噴射時相鄰該流體腔產生相互干擾(cross talk)的現象。
15.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中將該圖案轉移在光致抗蝕劑層上的步驟包括下列步驟通過該掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光；以及對該光致抗蝕劑層進行顯影，而在該光致抗蝕劑層上形成多個該間隔形狀。
16.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中該流體噴射裝置還包括一流體儲存槽，用以儲存該流體；一歧管，連接該流體儲存槽與該各流體腔，用以導引該流體由該流體儲存槽分配至該各流體腔；多個加熱裝置，分別位于對應的該各流體腔，用以加熱該各流體腔內的該流體；一頂層結構，用以承載該各加熱裝置；及多個噴孔，分別連接于該各流體腔，用以噴射該各流體腔內的該流體。
17.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有單晶結構的材料。
18.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中該基材具有各向異性蝕刻性質的材料。
19.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中該互補幾何形狀將該特定幾何形狀沿該基材的至少一晶格方向增加面積而構成的形狀。
20.如權利要求14所述的流體噴射裝置制造方法，其中該蝕刻步驟采用濕式蝕刻方式。
全文摘要
一種流體噴射裝置制造方法，在設計流體噴射裝置結構時，通過蝕刻時掩模的圖案設計，使未蝕刻間隔部產生互補幾何形狀，或對未蝕刻間隔部進行離子注入等方式，以在蝕刻時有效地延長蝕刻時間，使蝕刻后的間隔部接近特定幾何形狀，且流體腔達到足夠的流體腔長度及深度，同時更可進一步避免蝕刻尖角出現的問題，防止于噴射時相鄰該流體腔產生相互干擾(cross talk)的現象，而制造出高精度的流體噴射裝置，并提高其性能及品質。
文檔編號G03F7/00GK1447190SQ0210779
公開日2003年10月8日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權日2002年3月22日
發(fā)明者李英堯, 陳志清 申請人:明基電通股份有限公司