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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtung. Gemäß dem Verfahrenwird ein Substrat mit einer darauf befindlichen isolierenden Schichtbereitgestellt. Eine Heizeinrichtung wird auf der isolierenden Schichtausgebildet. Eine strukturierte leitende Schicht wird auf der Heizeinrichtungund der isolierenden Schicht ausgebildet. Eine Schutzschicht wirdauf der leitenden Schicht ausgebildet, um die leitende Schicht zuisolieren. Eine Öffnungwird durch sequenzielles Ätzender Schutzschicht, der isolierenden Schicht und des Substrats ausgebildet.Eine strukturierte dicke Schicht, in der eine Fluidkammer ausgebildet wird,wird auf der Schutzschicht ausgebildet. Die Rückseite des Substrats wirdentfernt und solange dünnergemacht, bis die Öffnungeine Durchgangsbohrung ausbildet.Die Erfindung betrifft fernereine Fluidinjektions-Mikrovorrichtung.
    公开号:DE102004030640A1
    申请号:DE200410030640
    申请日:2004-06-24
    公开日:2005-02-10
    发明作者:Wei-Lin Chen；Tsung-Ping Jungli Hsu；Hung-Sheng Hu
    申请人:BenQ Corp；
    IPC主号:B41J2-14
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft allgemein Fluidinjektions-Mikrovorrichtungenund Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere ein Verfahren zum Tiefnätzen vonSilizium (deep silicon etching) und ein Verfahren zum Polieren für eine Fluidinjektions-Mikrovorrichtungbzw. eine Fluidausstoß-Mikrovorrichtung,insbesondere zum Ausstoßenvon Fluidtröpfchen.
    [0002] EinTintenstrahldruckkopf stellt eine Schlüsselkomponente von farbigenTintenstrahldruckern dar. Der Tintenstrahl-Druckkopf umfasst eineobere Platte bzw. Abdeckung, eine zwischengeordnete Trockenschichtund eine untere Platte bzw. Abdeckung. Die obere Schicht umfasstzumindest eine Tintendüsebzw. Farbstoffdüse,die aus einem Edelmetall (beispielsweise Cu, Au, Ni oder einer Ni-Au-Legierung), Glasoder einem Kunststoff, bestehen kann. Die untere Platte stellt einthermisch stabiles Substrat dar, beispielsweise aus einem Silizium-Wafer,wobei darauf mikroelektronische Schaltungen ausgebildet sind. Diezwischengeordnete Trockenschicht wird fotolithografisch belichtetund geätzt,um Durchgangskanälefür dieTinte bzw. den Farbstoff vorzugeben.
    [0003] Die 1 ist eine schematischeSchnittansicht einer herkömmlichenFluidinjektions-Mikrovorrichtung.Gemäß der 1 ist die Fluidinjektions-Mikrovorrichtungauf einem Substrat 10 (beispielsweise einem Silizium-Wafer)ausgebildet. Eine dielektrische Schicht 20, beispielsweiseeine Siliziumoxid-Schicht, ist auf dem Substrat 10 ausgebildet.Die dielektrische Schicht 20 kann mit Hilfe eines CVD-Prozessesabgeschieden sein. Eine strukturierte Widerstandsschicht 30 istauf der dielektrischen Schicht 20 als Heizeinrichtung ausgebildet.Die Widerstandsschicht 30 umfasst HfB2,TaAl, TaN oder TiN. Die Widerstandsschicht 30 kann mitHilfe eines PVD-Prozesses abgeschieden sein, beispielsweise durchAufdampfen, Aufsputtern oder reaktives Sputtern. Als Nächstes wirdeine leitfähigeSchicht 40, beispielsweise aus Al, Cu oder einer Al-Cu-Legierung,ausgebildet, um die dielektrische Schicht 20 und die Heizeinrichtung 30 zubedecken und eine Signalübermittlungsschaltungauszubilden. Die leitfähigeSchicht 162 kann mit Hilfe eines PVD-Prozesses abgeschiedenwerden, beispielsweise durch Verdampfen, Aufsputtern oder reaktivesSputtern. Danach wird eine Schutzschicht 40 mit Hilfe einesCVD-Prozesses ausgebildet, um die Tinte bzw. den Farbstoff und die Heizeinrichtungzu isolieren.
    [0004] Danachwird auf der Schutzschicht 50 eine dicke Schicht 60 ausgebildet.Die dicke Schicht 60 besteht aus einem Polymermaterial,beispielsweise aus Polyimid, und wird um eine Fluidkammer 70 herumausgebildet, die eine Tinte bzw. einen Farbstoff enthält bzw.aufnimmt. Nach der Ausbildung eines oder mehrerer Verteilerkanäle und derBefestigung einer Platte bzw. Abdeckung 80 wird das Substratauf eine flexible Leiterplatine geklebt bzw. gebondet. Die Düsenplatte 80 umfassteine galvanisch abgeschiedene Schicht bzw. Platte oder eine flexibleLeiterplatine. Gemäß diesemherköminlichenVerfahren befindet sich das Heizungselement 30 unterhalbder Öffnung 90.Das Tintentröpfchenwird durch eine Rückzugskraft(pullback force) aus der Fluidkammer 70 ausgestoßen. Esist schwierig, instabile Bedingungen zu verhindern, die in begleitendenTintentröpfchenresultieren, die unerwünschtsind. Beispielsweise kann Tinte nahe der Öffnung überlaufen oder kann der Schwanzbzw. das hintere Ende eines Tintentröpfchens nicht geeignet abgeschnittenwerden. Die kleinen Tintentröpfchen,die die Haupttröpfchenbegleiten, sind als begleitende Tröpfchen bzw. Satelliten-Tröpfchen bekanntund könnenauf dem Papier an Stellen auftreffen, die geringfügig vonden Stellen abweichen, wo die Haupttröpfchen auftreffen, so dassder Ausdruck unscharf bzw. verschmiert wird. Außerdem, um das Heizelement 30 unddie Öffnung 90 genaumiteinander auszurichten, ist entweder die galvanisch abgeschiedenePlatte bzw. Schicht oder eine flexible Leiterplatine erforderlich,was die Herstellungskosten erhöht.
    [0005] US-PatentNr. 6,102,530 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtungunter Verwendung eines Nassätzverfahrens. Gemäß der 2 umfasst die Fluidinjektions-MikrovorrichtungEntladungswiderstände,beispielsweise die erste Heizeinrichtung 130a und die zweiteHeizeinrichtung 130b, die auf einander gegenüber liegendenSeiten der Öffnung 132 angeordnetsind und unterschiedliche elektrische Widerstände besitzen und elektrischmit einer gemeinsamen Elektrode (nicht gezeigt) verbunden sind,um die Tinte bzw. den Ausstoß derTinte in der zugeordneten Kammer 170 zu aktivieren.
    [0006] Eingemeinsamer elektrischer Impuls wird angelegt und die erste Heizeinrichtung 130a unddie zweite Heizeinrichtung 130b werden gleichzeitig aktiviertbzw. betätigt.Auf Grund der Widerstandsdifferenz wird die erste Heizeinrichtung 130a,die im Querschnitt schmälerist, rascher aktiviert, so dass diese eine erste Blase bzw. Dampfblase 180a erzeugt.Die expandierende erste Blase 180a beginnt, die Tintenströmung zubzw. aus dem Verteilerkanal 160 zu beschränken undwirkt schließlichals virtuelles Ventil, um die Kammer 170 zu isolieren undein Übersprechen(cross talk) zu den benachbarten Kammern zu verhindern. Dann wirdeine zweite Blase bzw. Dampfblase 180b von der zweitenHeizeinrichtung 130b ausgebildet. Während die zweite Blase 180b expandiertund sich der ersten Blase 180a nähert, wird die Tinte von derersten Blase 180a und der zweiten Blase 180b mitDruck beaufschlagt und schließlichdurch die Öffnung 132 hindurchausgestoßen.Es ist jedoch wichtig, den Aufbau der Stütz- bzw. Trageschicht genau zu kontrollieren,um eine hohe Produktionsausbeute zu erzielen und den Anforderungenan die Haltbarkeit bzw. Dauerbelastbarkeit der Vorrichtung zu genügen.
    [0007] EineAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellungeines Herstellungsverfahrens füreine Fluidinjektions-Mikrovorrichtung. Unter Verwendung von Silizium-Tiefenätzprozessen undPolier- bzw. Schleifprozessen wird in einem Siliziumsubstrat eine Öffnung ausgebildet,so dass für einehöhereGenauigkeit der Öffnunggesorgt wird, der Tröpfchendurchmesserverkleinert werden kann, ein Übersprechenund verwandte Effekte minimiert werden können und die Auflösung derAusdrucke erhöhtwerden kann.
    [0008] ZurLösungder vorgenannten sowie weiterer Aufgaben wird gemäß der vorliegendenErfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtungbereitgestellt. Dabei wird zunächstein Substrat bereitgestellt. Zumindest eine Heizeinrichtung wirdauf dem Substrat ausgebildet. Eine strukturierte, leitende Schichtwird ausgebildet, die die Heizeinrichtung und das Substrat zumindest abschnittsweisebedeckt. Eine Schutzschicht wird ausgebildet, die die leitende Schichtund das Substrat bedeckt, um die leitende Schicht zu isolieren.Die Schutzschicht und das Substrat wer den sequenziell bzw. nacheinandergeätzt,um eine Öffnungauszubilden. Eine strukturierte dicke Schicht wird auf der Schutzschichtausgebildet, in welcher eine Fluidkammer festgelegt wird. Die Unterseitebzw. Rückseite desSubstrats wird entfernt, solange bis die Öffnung das Substrat durchragt,um als Düsezu wirken.
    [0009] ZurLösungder vorgenannten und weiterer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindungauch ein weiteres Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtungbereit. Dabei wird zunächstein Substrat bereitgestellt. Zumindest eine Heizeinrichtung wirdauf dem Substrat ausgebildet. Eine strukturierte leitende Schichtwird ausgebildet, die die Heizeinrichtung und das Substrat bedeckt. EineSchutzschicht wird ausgebildet, die die leitende Schicht und dasSubstrat bedeckt, um die leitende Schicht zu isolieren. Die Unterseitebzw. Rückseite desSubstrats wird entfernt und dünnergemacht. Die Schutzschicht und das Substrat werden sequenziell geätzt, umeine Öffnungdurch das Substrat auszubilden. Eine strukturierte dicke Schichtwird auf der Schutzschicht ausgebildet, um so eine Fluidkammer festzulegen.
    [0010] Erfindungsgemäß kann diedicke Schicht ein fotoempfindliches Polymer umfassen. Bei dem fotoempfindlichenPolymer handelt es sich bevorzugt um einen Epoxid-Kunstharz, um Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz,Acrylat oder Methacrylat eines Novolak-Epoxyharzes, um Polysulfon,Polyphenyl, Polyethersulfon, Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether, Polyphenylsulfid,Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol oder Polyoxadiazol.
    [0011] Gemäß einemweiteren Gesichtspunkt wird erfindungsgemäß eine Fluidinjektions-Mikrovorrichtungbereitgestellt. Zumindest eine Heizeinrichtung ist auf dem Substratausgebildet. Eine strukturierte leitende Schicht ist ausgebildet,die die Heizeinrichtung und das Substrat bedeckt. Eine Schutzschicht istausgebildet, die die leitende Schicht und das Substrat bedeckt,um die leitende Schicht zu isolieren. Eine strukturierte dicke Schichtist auf der Schutzschicht ausgebildet, um so eine Fluidkammer festzulegen.Eine Düsebefindet sich innerhalb des Substrats, die als Mikrofluid-Ausstoßdüse wirkt.
    [0012] Erfindungsgemäß werdengegenüberdem Stand der Technik dahingehend Vorteile erzielt, dass die Düse unmittelbarin dem Siliziumsubstrat unter Verwendung eines Silizium-Tiefenätzprozessesund eines Polier- bzw. Schleifprozesses ausgebildet wer den kann,so dass eine höhereGenauigkeit der Öffnungerzielt werden kann, der Tröpfchendurchmesserverkleinert werden kann, ein Übersprechenund verwandte Effekte minimiert werden können und die Auflösung derAusdrucke erhöhtwerden kann.
    [0013] Dievorliegende Erfindung kann beim Studium der nachfolgenden ausführlichenBeschreibung gemeinsam mit den Ausführungsbeispielen und unterBezugnahme auf die beigefügtenZeichnungen besser verstanden werden, worin:
    [0014] 1 eine schematische Schnittansichteiner herkömmlichenFluidinjektions-Mikrovorrichtung ist;
    [0015] 2 einen Querschnitt eineranderen bekannten herkömmlichenFluidinjektions-Mikrovorrichtungzeigt;
    [0016] 3A bis 3C Querschnittsansichten sind, die dieSchritte zum Herstellen einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtung gemäß einerersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellen;
    [0017] 4A bis 4C Querschnittsansichten sind, die dieSchritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtunggemäß der zweitenAusführungsformder vorliegenden Erfindung darstellen;
    [0018] 5A bis 5C Querschnitte sind, die die Schritteeines Verfahrens zum Herstellen einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtunggemäß der drittenAusführungsformder vorliegenden Erfindung darstellen;
    [0019] 6 eine schematische Perspektivansicht derAnordnung des Dies bzw. Chips und des Verbindungs- bzw. Kontaktierungsprozessesdes Chips auf einer flexiblen Leiterplatine zeigt; und
    [0020] 7 eine Schnittansicht einerFluidinjektions-Mikrovorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindungzeigt.
    [0021] Die 3A bis 3C sind Schnittansichten, die die Schritteeines Verfahrens zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtunggemäß der ersten Ausführungsform dervorliegenden Erfindung darstellen. Gemäß der 3A ist auf einem Substrat 200 (beispielsweiseeinem Silizium-Wafer) eine dielektrische Schicht 220 ausgebildet.Diese Elektrodenschutzschicht 220 umfasst Siliziumoxidmit einer Dicke zwischen etwa 1500 Å bis etwa 2000 Å. Die dielektrischeSchicht 220 kann mit Hilfe eines CVD- oder LPCVD-Prozessesabgeschieden werden. Eine strukturierte Widerstandsschicht 230 wirdauf der dielektrischen Schicht 220 ausgebildet, um alsHeizeinrichtung zu wirken. Die Widerstandsschicht 230 umfasstHfB2, TaAl, TaN oder TiN. Die Widerstandsschicht 230 kannmit Hilfe eines PVD-Prozesses abgeschieden werden, beispielsweisedurch Aufdampfen, Aufsputtern oder reaktives Sputtern. Eine strukturierteleitende Schicht 240, beispielsweise aus Al, Cu oder einerAl-Cu-Legierung, wird anschließend ausgebildet,welche die dielektrische Schicht 220 und die Widerstandsschicht 230 bedeckt,um als Signalübertragungsschaltungzu wirken. Die leitende Schicht 240 kann mit Hilfe einesPVD-Prozesses abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen,Aufsputtern oder reaktives Sputtern. Eine Schutzschicht 250 wirdausgebildet, welche das Substrat 100 bedeckt, um die Tinteund die Heizeinrichtung 230 voneinander zu isolieren. DieSchutzschicht 250 besteht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid,Siliziumcarbid oder einer Schichtfolge aus dünnen Schichten. Eine Metallschicht(nicht gezeigt) wird auf der Schutzschicht 250 abgeschieden.Die Metallschicht verhindert möglicheBeschädigungenauf Grund des durch eine kollabierende Dampfblase verursachten Aufprallsauf der Schutzschicht 250.
    [0022] Gemäß der 3B wird ein fotolithografischerProzess ausgeführt,um einen Öffnungsbereich (nichtgezeigt) mit vorbestimmten Abmessungen in dem Substrat auszubilden.Die Schutzschicht 250, die leitende Schicht 240 unddas Siliziumsubstrat 200 werden sequenziell mit Hilfe einesSilizium-Tiefenätzverfahrens(deep silicon etching) geätzt,beispielsweise durch Plasmaätzen,Nassätzen,chemisches Trockenätzen,reaktives Ionenätzenoder durch Laserätzen,um eine Öffnung 260a beidem vorbestimmten Öffnungsbereichauszubilden.
    [0023] Danachwird eine dicke Schicht 270 auf der Schutzschicht 250 ausgebildet,die überdie Öffnung 260a hinausragt.Die dicke Schicht 260 besteht aus einem fotoempfindlichenPolymer. Vorzugsweise handelt es sich bei dem fotoempfindlichenPolymer um einen Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz, Acrylatoder Methacrylat aus einem Novolak-Epoxyharz, Polysulfon, Polyphenyl,Polyethersulfon, Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether, Polyphenylsulfid,Polyarylenether-Keton, Phenoxy- Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol oder Polyoxadiazol.
    [0024] AlsNächsteswird eine Fluidkammer 280 durch Strukturieren der dickenSchicht 270 ausgebildet, um die Öffnung 260a freizulegen.Die Rückseite desSubstrats 200 wird entfernt und/oder dünner gemacht, und zwar durch Ätzen, Polierenbzw. Schleifen oder chemisch-mechanisches Polieren bzw. Schleifen(Chemical Mechanical Polishing; CMP). Das Substrat 200 wirdso lange dünnergemacht, bis die Öffnung 260a ineine Durchgangsbohrung 260b übergeht. Die Durchgangsbohrung 260b stelltdie Düseder Fluidinjektions-Mikrovorrichtung dar.
    [0025] Die 4A bis 4C sind Schnittansichten, die die Schritteeines Verfahrens zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtunggemäß der zweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt. Gemäß der 4A ist eine dielektrische Schicht 220 aufeinem Substrat 200 (beispielsweise einem Silizium-Wafer)ausgebildet. Die Elektrodenschutzschicht 220 umfasst Siliziumoxidmit einer Dicke zwischen etwa 1500 Å bis etwa 2000 Å. Die dielektrischeSchicht 220 kann mittels eines CVD-Prozesses oder eine LPCVD-Prozessesabgeschieden werden. Eine strukturierte Widerstandsschicht 230 wirddann auf der dielektrischen Schicht 220 als Heizeinrichtungausgebildet. Die Widerstandsschicht 230 umfasst HfB2, TaAl, TaN oder TiN. Die Widerstandsschicht 230 kannmittels eines PVD-Prozesses abgeschieden werden, beispielsweisedurch Aufdampfen, Aufsputtern oder reaktives Sputtern. Eine strukturierteleitende Schicht 240, beispielsweise aus Al, Cu oder einerAl-Cu-Legierung, wird danach ausgebildet, um die dielektrische Schicht 220 unddie Widerstandsschicht 230 zu bedecken, um als Signalübermittlungsschichtzu wirken. Die leitende Schicht 240 kann mittels einesPVD-Prozesses abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen, Sputternoder reaktives Sputtern. Eine Schutzschicht 250 wird ausgebildet,die das Substrat 100 bedeckt, um die Tinte bzw. den Farbstoffund die Heizeinrichtung 230 voneinander zu isolieren. DieSchutzschicht 250 besteht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid,Siliziumcarbid oder einer Schichtfolge aus dünnen Schichten. Eine Metallschicht(nicht gezeigt) ist auf der Schutzschicht 250 abgeschieden.Die Metallschicht verhindert möglicheBeschädigungen,die auf Grund des durch das Kollabieren einer Blase bzw. Dampfblasehervorgerufenen Aufpralls auf der Schutzschicht 250 hervorgerufenwerden könnten.Die Rückseitedes Substrats 200 wird entfernt und/oder dünner gemacht,und zwar unter Verwendung eines Ätzprozesses,eines Schleif- oder Polierverfahrens oder durch chemisch-mechanischesPolieren bzw. Schleifen (CMP).
    [0026] Gemäß der 4B wird ein fotolithografischerProzess ausgeführt,um einen vorbestimmten Öffnungsbereich(nicht gezeigt) in dem Substrat festzulegen. Die Schutzschicht 250,die leitende Schicht 240 und das Siliziumsubstrat 200 werdensequenziell mit Hilfe eines Silizium-Tiefenätzverfahrens, beispielsweisedurch Plasmaätzen,Nassätzen,chemisches Trockenätzen,reaktives Ionenätzenoder durch Laserätzen,geätzt,um bei dem vorbestimmten Öffnungsbereicheine Durchgangsbohrung 260b auszubilden. Die Durchgangsbohrung 260b stellt eineDüse derFluidinjektions-Mikrovorrichtungdar.
    [0027] Gemäß der 4C wird auf der Schutzschicht 250 einedicke Schicht 270 ausgebildet, die über die Öffnung 260a hinausragt.Die dicke Schicht 270 besteht vorzugsweise aus einem fotoempfindlichenPolymer, insbesondere aus einem Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat,Acrylharz, Acrylat oder Methacrylat aus einem Novolak-Epoxyharz,Polysulfon, Polyphenyl, Polyethersulfon, Polyimid, Polyamid-Imid,Polyarylenether, Polyphenylsulfid, Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol oder Polyoxadiazol.
    [0028] AlsNächsteswird durch Strukturieren der dicken Schicht 270 eine Fluidkammer 280 ausgebildet, umdie Durchgangsbohrung 260b freizulegen.
    [0029] Die 5A bis 5C sind Schnittansichten, die die Schritteeines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtunggemäß der drittenAusführungsformder vorliegenden Erfindung darstellen. Gemäß der 5A ist eine dielektrische Schicht 220 aufeinem Substrat 200 (beispielsweise einem Silizium-Wafer)ausgebildet. Die Elektrodenschutzschicht 220 umfasst Siliziumoxidmit einer Dicke zwischen etwa 1500 Å bis etwa 2000 Å. Die dielektrischeSchicht 220 kann mittels eines CVD- oder eines LPCVD-Verfahrensabgeschieden werden. Dann wird eine strukturierte Widerstandsschicht 230 aufder dielektrischen Schicht 220 als Heizeinrichtung ausgebildet.Die Widerstandsschicht 230 umfasst HfB2,TaAl, TaN oder TiN.
    [0030] DieWiderstandsschicht 230 kann mittels eines PVD-Prozessesabgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oderreaktives Sputtern. Eine strukturierte leitende Schicht 240, beispielsweiseaus Al, Cu oder einer Al-Cu-Legierung, wird danach ausgebildet,um die dielektrische Schicht 220 zu bedecken und die Widerstandsschicht 230 abzudeckenund als Signalübertragungsschaltungzu wirken. Die leitende Schicht 240 kann mittels einesPVD-Prozesses abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen,Sputtern oder reaktives Sputtern. Eine Schutzschicht 250 wirdausgebildet, die das Substrat 100 bedeckt, um die Tinte bzw.den Farbstoff und die Heizeinrichtung 230 voneinander zuisolieren. Die Schutzschicht 250 besteht aus Siliziumoxid,Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder einer Schichtfolge aus dünnen Schichten.Eine Metallschicht (nicht gezeigt) ist auf der Schutzschicht 250 abgeschieden.Die Metallschicht verhindert potenzielle Beschädigungen, die durch den durcheine kollabierende Dampfblase hervorgerufenen Aufprall auf der Schutzschicht 250 hervorgerufenwerden könnten.Die Rückseitedes Substrats 200 wird entfernt und/oder dünner gemacht,und zwar durch Ätzen,Polieren bzw. Schleifen oder durch chemisch-mechanisches Polierenbzw. Schleifen (CMP).
    [0031] Gemäß der 5B wird auf der Schutzschicht 250 einedicke Schicht 270 ausgebildet, welche über die Öffnung 260a hinausragt.Die dicke Schicht 270 ist vorzugsweise aus einem fotoempfindlichenPolymer gebildet. Es wird bevorzugt, wenn das fotoempfindliche Polymerein Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz, Acrylat oder Methacrylat auseinem Novolak-Epoxyharz, Polysulfon, Polyphenyl, Polyethersulfon,Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether, Polyphenylsulfid, Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol oder Polyoxadiazol ist. Als Nächstes wirdeine Fluidkammer 280 durch Strukturieren der dicken Schicht 270 ausgebildet,um die Öffnung 260a freizulegen.
    [0032] Gemäß der 5B wird ein fotolithografischerProzess ausgeführt,um einen vorbestimmten Öffnungsbereich(nicht gezeigt) in dem Substrat festzulegen. Die Schutzschicht 250,die leitende Schicht 240 und das Siliziumsubstrat 200 werdensequenziell mittels eines Silizium-Tiefenätzverfahrens geätzt, beispielsweisedurch Plasmaätzen,Nassätzen,chemisches Trockenätzen,reaktives Ionenätzenoder Laserätzen,um bei dem vorbestimmten Öffnungsbereicheine Durchgangsbohrung 260b auszubilden. Die Durchgangsbohrung 260b wirktals Düseder Fluidinjektions-Mikrovorrichtung.
    [0033] Die 6 ist eine schematischePerspektivansicht, die die Anordnung bzw. Lagebeziehung des Diesbzw. Chips und den Prozess zum Kontaktieren bzw. Aufbringen desChips auf der flexiblen Leiterplatine darstellt. Gemäß der 6 ist die Fluidinjektions-Mikrovorrichtungnach dem Zuschneiden des prozessierten Substrats 200 undnach vollständiger Ausbildungder Verteilerkanalstruktur und nach Ausführen eines Prozesses zum Anbringenbzw. Befestigen des plattenförmigenGebildes 500 vollständig ausgebildet.Das plattenförmigeGebilde 500 umfasst eine galvanisch abgeschiedene Metallschichtoder eine flexible Leiterplatine.
    [0034] ZumAnbringen der Düsenplatte 500 kann fernereine Klebeband-Trägerschicht(Tape Carrier Package; TCP) oder ein Verfahren zum Anbringen einesChips auf einem Film (Chip On Film; COF) ausgeführt werden. Der Chip 600 ausdem vollständig prozessiertenSubstrat 200 wird zugeschnitten und dann in erwärmtem Zustandauf die flexible Leiterplatine 500 gedrückt. Der Chip 600 kannauch unter Verwendung einer anisotropen Leitpaste (Anisotropic ConductivePaste; ACP) auf der flexiblen Leiterplatine 500 angebrachtwerden.
    [0035] Bevordie Schritte zum Anbringen der Düsenplatte 500 ausgeführt werden,wird eine Öffnung 510 inder flexiblen Leiterplatine 500 durch Stanzen oder mitHilfe eines Ätzverfahrensausgebildet. Die Oberflächender Trockenschicht 270 und der flexiblen Leiterplatine 500 werdendann durch Erwärmen deranisotropen Leitplaste (ACP) miteinander verbunden bzw. verklebt.Die Öffnung 510 derflexiblen Leiterplatine 500 stellt den Verteilerkanal bzw.die Fluidzuführung 510 dar,damit Fluid in die Fluidkammer 280 einströmen kann.
    [0036] Die 7 zeigt eine Schnittansichteiner Fluidinjektions-Mikrovorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.Anhand der 7 kann nachfolgend einevollständigausgebildete Fluidinjektions-Mikrovorrichtung beschrieben werden.Die vollständigausgebildete Fluidinjektions-Mikrovorrichtung umfasst ein Substrat 200 (beispielsweiseeinen Silizium-Wafer). Eine isolierende Schicht 220 istauf dem Substrat 200 ausgebildet. Die isolierende Schicht 220 umfassteine Siliziumnitrid-Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 1500 Å bis etwa2000 Å.Mindestens eine Heizeinrichtung 230 ist auf der isolierendenSchicht 220 ausgebildet. Eine strukturierte leitende Schicht 240 istausgebildet, welche die Heizeinrichtung 230 und die isolierendeSchicht 220 zumindest abschnittsweise bedeckt und als Signalübertragungselementdient. Eine Schutzschicht 250 ist ausgebildet, welche dieleitende Schicht 240 und die isolierende Schicht 220 zumindestabschnittsweise bedeckt und die leitende Schicht 240 isoliert.Eine strukturierte dicke Schicht 270 ist auf der Schutzschicht 250 ausgebildet,in welcher eine Fluidkammer 280 festgelegt ist. Eine flexibleLeiterplatine 500 mit einer Öffnung 510, welchezu der Fluidkammer 280 verbindet, ist auf die strukturiertedicke Schicht 270 aufgeklebt bzw. auf diese aufkontaktiert,um so ein elektrisches Signal zu übermitteln. Eine Düse 260b befindetsich innerhalb des Substrats 200 und wirkt als Mikrofluid-Injektionsdüse 260b.
    [0037] Einwichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in dem Herstellungsverfahren,das einen Silizium-Tiefenätzprozessund ein Polier- bzw. Schleifverfahren verwendet. Die Düse wirddurch fotolithografisches Ätzenunmittelbar in dem Siliziumsubstrat ausgebildet, um so die Genauigkeitder Düsezu erhöhenund den Durchmesser der auszustoßenden Fluid-Mikrotröpfchen zuverkleinern.
    [0038] Weilsich die Heizelemente auf bzw. oberhalb der Fluidkammer befinden,ist es außerdem möglich, einenDoppeltropfenmechanismus (double-bubble) bereitzustellen, so dassdie Genauigkeit der Öffnungerhöhtwerden kann, der Durchmesser der auszustoßenden Tröpfchen verkleinert werden kann,ein Übersprechenund begleitende Effekte minimiert werden können und die Auflösung derAusdrucke erhöhtwerden kann.
    权利要求:
    Claims (26)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtung,insbesondere zum Ausstoßen vonFluidtröpfchen,bei welchem Verfahren: ein Substrat bereitgestellt wird; aufdem Substrat zumindest eine Heizeinrichtung ausgebildet wird; einestrukturierte leitende Schicht ausgebildet wird, welche über derHeizeinrichtung und dem Substrat angeordnet ist bzw. diese überdeckt; eineSchutzschicht ausgebildet wird, welche die leitende Schicht unddas Substrat bedeckt, um die leitende Schicht zu isolieren; dieSchutzschicht und das Substrat sequenziell geätzt werden, um eine Öffnung auszubilden; einestrukturierte dicke Schicht auf der Schutzschicht ausgebildet wird,um so bzw. darin eine Fluidkammer festzulegen; und ein Abschnittder Rückseitedes Substrats entfernt wird und das Substrat solange dünner gemachtwird, bis die Öffnungdas Substrat in Form einer Düse durchdringt.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt,dass eine isolierende Schicht zwischen dem Substrat und der Heizeinrichtungausgebildet wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schrittdes Ätzensder Öffnungmit Hilfe eines Ätzverfahrensausgeführtwird, das wahlweise ein Plasmaätzen,ein chemisches Trockenätzen,ein reaktives Ionenätzenoder ein Laserätzenverwendet.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beidem ein Material der dicken Schicht ein fotoempfindliches Polymerist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das fotoempfindlichePolymer aus einer Gruppe ausgewählt wird,die besteht aus: Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz, Acrylatoder Methacrylat aus einem Novolak-Epoxyharz, Polysulfon, Polyphenyl, Polyethersulfon,Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether, Polyphenylsulfid, Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquino xalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol und Polyoxadiazol.
    [6] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beidem der Schritt des Entfernens der Rückseite des Substrats durch Ätzen, Polierenbzw. Schleifen oder durch chemisch-mechanisches Polieren bzw. Schleifen(CMP; Chemical Mechanical Polishing) ausgeführt wird.
    [7] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mitdem weiteren Schritt, dass das Substrat auf eine flexible Leiterplatinegeklebt bzw. aufkontaktiert wird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die flexible Leiterplatineeine Öffnungaufweist, die zu der Fluidkammer verbindet.
    [9] Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt desAufkontaktierens bzw. Klebens (Bondens) mit Hilfe einer Klebeband-Trägerstruktur(Tape Carrier Package; TCP) oder einer Chip-auf-Film-Struktur (COF)ausgeführtwird.
    [10] Verfahren zum Herstellen einer Fluidinjektions-Mikrovorrichtung,insbesondere zum Ausstoßen vonFluidtröpfchen,bei welchem Verfahren: ein Substrat bereitgestellt wird; aufdem Substrat zumindest eine Heizeinrichtung ausgebildet wird; einestrukturierte leitende Schicht ausgebildet wird, die über derHeizeinrichtung und dem Substrat angeordnet ist bzw. diese zumindestabschnittsweise bedeckt; eine Schutzschicht ausgebildet wird,die die leitende Schicht und das Substrat bedeckt, um die leitende Schichtzu isolieren; ein Teil der Rückseite des Substrats entferntund das Substrat dünnergemacht wird; die Schutzschicht und das Substrat sequenziellgeätztwerden, um eine Öffnungdurch das Substrat hindurch auszubilden; und eine strukturiertedicke Schicht auf der Schutzschicht ausgebildet wird, um so eineFluidkammer festzulegen.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10 mit dem weiteren Schritt,dass zwischen dem Substrat und der Heizeinrichtung eine isolierendeSchicht ausgebildet wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem demSchritt zum Ausbilden der strukturierten dicken Schicht ein Schrittzum Ausbilden einer Öffnung durchdas Substrat vorangeht.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem derSchritt des Entfernens der Rückseite desSubstrats durch Ätzen,Polieren bzw. Schleifen oder chemisch-mechanisches Polieren bzw.Schleifen (CMP) ausgeführtwird.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem derSchritt des Ätzensder Öffnungdurch Plasmaätzen,chemisches Trockenätzen,reaktives Ionenätzenoder durch Laserätzenausgeführtwird.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem einMaterial der dicken Schicht ein fotoempfindliches Polymer ist.
    [16] Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das fotoempfindlichePolymer aus einer Gruppe ausgewähltwird, die umfasst: Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz,Acrylat oder Methacrylat aus einem Novolak-Epoxyharz, Polysulfon,Polyphenyl, Polyethersulfon, Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether,Polyphenylsulfid, Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz, Polycarbonat,Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol, Polybenzoxazol,Polybenzothiazol und Polyoxadiazol.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit dem weiterenSchritt, dass das Substrat auf eine flexible Leiterplatine aufgeklebtbzw. aufkontaktiert (bonding) wird.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die flexibleLeiterplatine eine Öffnungaufweist, die zu der Fluidkammer verbindet.
    [19] Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schrittdes Aufklebens bzw. Aufkontaktierens (bonding) mit Hilfe einer Klebeband-Trägerstruktur(Tape Carrier Package; TCP) oder einer Chip-auf-Film-Struktur (COF)ausgeführtwird.
    [20] Fluidinjektions-Mikrovorrichtung, mit: einemSubstrat; zumindest einer Heizeinrichtung, die auf dem Substratausgebildet ist; einer strukturierten leitenden Schicht, diedie Heizeinrichtung und das Substrat bedeckt; einer Schutzschicht,die die leitende Schicht und das Substrat bedeckt, um die leitendeSchicht zu isolieren; einer strukturierten dicken Schicht,die auf der Schutzschicht ausgebildet ist, um eine Fluidkammer festzulegen;und einer Düse,die sich innerhalb des Substrats befindet, um als Mikrofluid-Ausstoßdüse zu wirken.
    [21] Vorrichtung nach Anspruch 20, weiterhin umfassendeine isolierende Schicht, die zwischen dem Substrat und der Heizeinrichtungausgebildet ist.
    [22] Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der ein Materialder isolierenden Schicht Siliziumoxid ist bzw. umfasst.
    [23] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei der einMaterial der Schutzschicht Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbidoder eine Schichtstruktur aus diesen Verbindungen umfasst bzw. darausgebildet ist.
    [24] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem einMaterial der dicken Schicht ein fotoempfindliches Polymer ist.
    [25] Vorrichtung nach Anspruch 24, bei dem das fotoempfindlichePolymer aus einer Gruppe ausgewähltist, die umfasst: Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz, Acrylatoder Methacrylat aus einem Novolak-Epoxyharz, Polysulfon, Polyphenyl, Polyethersulfon,Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylenether, Polyphenylsulfid, Polyarylenether-Keton, Phenoxy-Kunstharz,Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol,Polybenzoxazol, Polybenzothiazol und Polyoxadiazol.
    [26] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, weiterhin umfassendeine flexible Leiterplatine, die auf das Substrat geklebt bzw. aufkontaktiertist und eine Öffnungaufweist, die zu der Fluidkammer verbindet, um elektrische Signalezu übermitteln.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    TW580436B|2004-03-21|
    US20050001884A1|2005-01-06|
    US7264917B2|2007-09-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-02-10| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-04-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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