CN103419494A - 喷墨头基板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种喷墨头基板的加工方法，其依次包括：在基板上形成阻挡层并且在所述阻挡层上形成晶种层的步骤，在所述晶种层上形成抗蚀膜并且使所述抗蚀膜图案化以使得所述抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤，在被图案化的所述抗蚀膜的所述开口中形成所述配线部的步骤，移除所述抗蚀膜的步骤，激光加工所述基板的表面的步骤，通过各向异性蚀刻所述基板形成墨供给口的步骤，以及移除所述阻挡层和所述晶种层的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷墨头基板的加工方法。
背景技术
存在利用激光在具有半导体元件等的硅基板中形成供给墨用的通孔的方法。在一些情况下，由激光加工所产生的异物会粘附到半导体元件从而影响排出性能和/或安装步骤。日本特开平5-330046号公报公开了如下方法：在具有半导体元件等的硅基板的表面上预先设置由树脂制成的保护膜，用保护膜捕获由激光加工所产生的异物，并且移除保护膜，由此防止异物粘附到半导体元件。
发明内容
本发明提供了喷墨头基板的加工方法。该方法按顺序包括如下步骤：
（a）在基板上形成阻挡层并且在所述阻挡层上形成晶种层的步骤，
（b）在所述晶种层上形成抗蚀膜并且使所述抗蚀膜图案化以使得所述抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤，
（c）在被图案化的所述抗蚀膜的所述开口中形成所述配线部的步骤，
（d）移除所述抗蚀膜的步骤，
（e）激光加工所述基板的表面的步骤，
（f）通过各向异性蚀刻所述基板形成墨供给口的步骤，以及
（g）移除所述阻挡层和所述晶种层的步骤。
此外，本发明提供了喷墨头基板的加工方法。该方法按顺序包括如下步骤：
（a）在基板上形成阻挡层并且在所述阻挡层上形成晶种层的步骤，
（b）激光加工所述基板的表面的步骤，
（c）在所述晶种层上形成抗蚀膜并且使所述抗蚀膜图案化以使得所述抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤，
（d）在被图案化的所述抗蚀膜的所述开口中形成所述配线部的步骤，
（e）移除所述抗蚀膜的步骤，
（f）通过各向异性蚀刻所述基板形成墨供给口的步骤，以及
（g）移除所述阻挡层和所述晶种层的步骤。
从下面参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1A至图1E是示出根据本发明的第一实施方式的喷墨头基板的加工方法的截面图。
图2A至2H是示出根据第一实施方式的方法的截面图和俯视图。
图3A至3E是示出根据本发明的第二实施方式的喷墨头基板的加工方法的截面图。
图4A至4H是示出根据第二实施方式的方法的截面图和俯视图。
图5是由根据本发明的方法制造的喷墨头的示例的立体图。
具体实施方式
日本特开平5-330046号公报中公开的方法需要在激光加工之前涂布用于形成保护膜的树脂的步骤以及在激光加工之后移除保护膜的步骤。在该方法中，激光加工所必需的步骤的数量大，并且难以简化激光加工所必需的步骤。鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明旨在提供一种喷墨头基板的加工方法，该方法能够省略用于形成保护膜的步骤和移除保护膜的步骤，其中保护膜用于保护基板的表面不受由激光加工所产生的异物的影响。
图5示出了通过根据本发明的方法制造的喷墨头的示例。如图5所示，喷墨头包括由硅制成的基板1和在基板1上以预定节距（pitch）配置成两排的墨排出能量产生元件6。基板1被流路形成构件14和墨排出口形成构件16覆盖。流路形成构件14具有流路12。墨排出口形成构件16由树脂制成并且具有在墨排出能量产生元件6上方开口的墨排出口13。此外，基板1被未示出的用于驱动墨排出能量产生元件6的配线部覆盖。配线部置于流路形成构件14内部并且被连接到墨排出能量产生元件6。墨供给口11在两排墨排出能量产生元件6之间延伸。墨供给口11经由流路12与墨排出口13连通。喷墨头以如下方式进行记录：由墨排出能量产生元件6产生的压力经由墨供给口11被施加到填充在流路12中的墨，由此从墨排出口13排出墨滴并且将墨滴施加到记录介质。此外，基板1被暴露于外部的、用于将喷墨头电连接到主体的焊盘部17所覆盖。
第一实施方式
根据本发明的第一实施方式的喷墨头基板的加工方法按顺序包括如下步骤：
（a）在基板上形成阻挡层并且在阻挡层上形成晶种层的步骤，
（b）在晶种层上形成抗蚀膜并且使抗蚀膜图案化以使得抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤，
（c）在被图案化的抗蚀膜的开口中形成配线部的步骤，
（d）移除抗蚀膜的步骤，
（e）激光加工基板的表面的步骤，
（f）通过各向异性蚀刻基板形成墨供给口的步骤，以及
（g）移除阻挡层和晶种层的步骤。
参照图1A至图1E和图2A至2H说明根据第一实施方式的方法。图1A至1E、图2A、图2C、图2E和图2G是沿着图5的线A-A截取的截面图，图2B、图2D、图2F和图2H分别是与图2A、图2C、图2E和图2G对应的俯视图。
参照图1A，基板1由牺牲层7、层间绝缘层2和墨排出能量产生元件6覆盖。基板1可以是硅基板。墨排出能量产生元件6可以例如由诸如TaSiN等的发热电阻器制成。牺牲层7可以包括例如铝、铝化合物、铝硅化合物、铝铜合金等。这些材料可以单独使用或组合使用。层间绝缘层2可以由SiO或SiN等制成。在图1D和之后的图中，示出了配线部9，但未示出为了驱动墨排出能量产生元件6的目的而形成的半导体元件。墨排出能量产生元件6、牺牲层7、配线和其他元件由保护绝缘层3覆盖。保护绝缘层3可以由SiO或SiN等制成。在保护绝缘层3上形成阻挡层4。阻挡层4防止后述的晶种层5在保护绝缘层3中扩散并且提高晶种层5的粘合性。阻挡层4优选地包含从由Ti、W、含Ti和W的化合物以及TiN组成的组中选择的至少一种。阻挡层4的厚度优选地为170nm至300nm，更优选地为180nm至250nm。如下所述的用于形成配线部9的晶种层5形成在阻挡层4上。晶种层5起到抵抗由后述的激光加工所产生的异物的保护膜的作用。由于晶种层5能够被用作蚀刻保护层，所以晶种层5优选地由不溶于后述的各向异性蚀刻用的蚀刻溶液的金属制成。特别地，晶种层5优选地包含从由Au、Ag和Cu组成的组中选择的至少一种。晶种层5的厚度优选地为30nm至80nm，更优选地为40nm至60nm。
如图1B所示，在晶种层5上形成抗蚀膜8。用于形成抗蚀膜8的化学溶液可以例如是诸如东京応化工业株式会社（TOKYO Ohka Kogyo Co.,Ltd）制的PMER P-LA300PMTM等的市售产品。不特别限制涂布化学溶液的方法。抗蚀膜8的厚度优选地为10nm至500nm，并且更优选地为45nm至55nm。可以通过贴附抗蚀片材等代替涂布化学溶液而形成抗蚀膜8。
如图1C所示，抗蚀膜8被暴露到光中并接着被显影，由此，抗蚀膜8被图案化以具有与驱动墨排出能量产生元件6用的配线部9相应的开口。暴露抗蚀膜8的方法不受特别限制，只要能够精确地图案化抗蚀膜8。用于显影抗蚀膜8的化学溶液可以例如是诸如东京応化工业株式会社制的NMD-3TM等的市售产品。
如图1D所示，通过使用作为镀敷掩模的被图案化的抗蚀膜8进行镀敷，配线部9形成于被图案化的抗蚀膜8的开口。用于形成配线部9的材料可以是Au、Ag或Cu，并且优选地与形成晶种层5所用的材料相同。这些材料可以单独使用或者组合使用。所使用的镀敷方法不受特别限制，只要能够通过利用形成配线部9用的材料充分填充被图案化的抗蚀膜8的开口而形成配线部9。配线部9可以通过镀敷以外的方法来形成，只要能够通过利用形成配线部9用的材料充分填充被图案化的抗蚀膜8的开口来形成配线部9。
如图1E所示，利用去膜溶液（stripping solution）移除用作镀敷掩模的被图案化的抗蚀膜8。去膜溶液取决于形成抗蚀膜8所使用的材料，并且可以是例如由Rohm and Haas Electronic Materials K.K制的Microposit RemoverTM1112A等的市售产品。
如图2A和图2B所示，从基板1的具有配线部9的表面到牺牲层7的部分被激光加工，由此，形成激光贯通孔15。如果晶种层5、阻挡层4、保护绝缘层3、层间绝缘层2和基板1能够被同时加工，则不特别限制激光加工深度。基板1可以被穿孔或者无需被穿孔。基板1优选地被穿孔。激光光斑的直径可以在牺牲层7的框架之内，并且优选地为10μm至200μm，更优选地为20μm至30μm。激光加工图案在牺牲层7的框架之内，并且可以是由连续加工形成的线状图案或者点图案。激光加工图案不受特别限制，其可以是对通过各向异性蚀刻形成墨供给口11有用的图案。所使用的激光的类型不受特别限制，可以是能够加工晶种层5、阻挡层4、保护绝缘层3、层间绝缘层2和基板1的激光。所使用的激光例如可以是YAG激光等。由激光加工所产生的熔融异物10粘附到激光贯通孔15的周围（基板1的两个表面）。在本发明中，在进行激光加工的步骤之前，可以省略形成用于保护基板1的表面不受激光加工所产生的异物10影响的保护膜的步骤。
如图2C和图2D所示，墨供给口11通过各向异性蚀刻形成于基板1。所使用的蚀刻溶液可以是包含例如四甲基氢氧化铵（TMAH）、水和任意地含硅的溶液。TMAH相对于水的浓度优选地为8质量%至25质量%。蚀刻溶液中硅的含量优选地为0质量%至8质量%。在各向异性蚀刻期间，蚀刻溶液的温度优选地被维持在80℃至90℃。除了上述蚀刻溶液之外的其他溶液可以用于各向异性蚀刻，只要该溶液不溶解晶种层5或者配线部9。在抵抗蚀刻溶液的保护膜形成在晶种层5和配线部9上之后，可以进行各向异性蚀刻。例如，东京応化工业株式会社制的OBCTM能够用于形成抵抗蚀刻溶液的保护膜。然而，从简化步骤的观点出发，优选地，不形成用于抵抗蚀刻溶液的保护膜，并且将晶种层5用作抵抗蚀刻溶液的保护膜。基板1的前表面被不溶于蚀刻溶液的晶种层5和配线部9覆盖或者被抗蚀膜覆盖，由此，基板1不会被蚀刻。相反地，基板1的背面没有被任何抗蚀刻溶液的膜覆盖，因此，蚀刻从基板1的背面朝向基板1的前表面进行。在蚀刻的同时，由激光加工产生的粘附到基板1的背面的异物10被剥除因此不会残留在基板1的被蚀刻的背面。在形成抵抗蚀刻溶液的保护膜的情况下，在蚀刻之后移除抵抗蚀刻溶液的保护膜。
如图2E和图2F所示，用于形成配线部9的阻挡层4和晶种层5被移除。在该步骤中，由激光加工产生并且粘附到激光贯通孔15的周围的异物10也被剥除。用于移除晶种层5的化学溶液取决于晶种层5的类型，并且可以是含碘或碘化钾等的溶液。用于移除阻挡层4的化学溶液取决于阻挡层4的类型，并且可以是含过氧化氢等的溶液。
如图2G和图2H所示，流路形成构件14形成于保护绝缘层3以形成流路12。不特别限制形成流路形成构件14的方法。可以通过例如将感光性干膜贴附到保护绝缘层3而形成流路形成构件14。流路形成构件14的用于形成流路12的壁的区域被暴露于光。其后，墨排出口形成构件16形成于流路形成构件14以形成墨排出口13。不特别限制形成墨排出口形成构件16的方法。可以通过例如将感光性干膜贴附到流路形成构件14或者将感光性树脂涂布到流路形成构件14来形成墨排出口形成构件16。墨排出口形成构件16的表面可以用防水材料涂覆。墨排出口形成构件16的除了与墨排出口13对应的部分以外的区域被暴露于光。流路形成构件14和墨排出口形成构件16的未暴露部分被显影，由此，形成流路12和墨排出口13。通过上述步骤，完成如图5所示的喷墨头。
如上所述，在根据该实施方式的方法中，用于形成配线部9的晶种层5能够被直接地用作抵抗由激光加工所产生的异物10的保护膜。因此，可以省略如下步骤：形成用于保护基板1的表面不受激光加工所产生的异物10影响的保护膜的步骤，和移除保护膜的步骤。当晶种层5由不溶解于各向异性蚀刻用蚀刻溶液的金属制成时，晶种层5也能够被用作抵抗各向异性蚀刻的保护膜。
第二实施方式
根据本发明的第二实施方式的喷墨头基板的加工方法按顺序包括如下步骤：
（a）在基板上形成阻挡层并且在阻挡层上形成晶种层的步骤，
（b）激光加工基板的表面的步骤，
（c）在晶种层上形成抗蚀膜并且使抗蚀膜图案化以使得抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤，
（d）在被图案化的抗蚀膜的开口中形成配线部的步骤，
（e）移除抗蚀膜的步骤，
（f）通过各向异性蚀刻基板形成墨供给口的步骤，以及
（g）移除阻挡层和晶种层的步骤。
该实施方式与第一实施方式的区别在于进行激光加工的步骤紧接着形成阻挡层4和晶种层5的步骤。
参照图3A至图3E和图4A至图4H说明根据该实施方式的方法。图3A至图3E、图4A、图4C、图4E和图4G是沿着图5的线A-A截取的截面图。图4B、图4D、图4F和图4H分别是与图4A、图4C、图4E和图4G对应的俯视图。
如图3A所示，保护绝缘层3、阻挡层4和晶种层5以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式形成于基板1。
如图3B所示，从基板1的具有晶种层5的表面到牺牲层7的部分被激光加工。激光加工深度、激光光斑直径、激光加工图案以及所使用的激光的类型可以与第一实施方式中所说明的那些大致相同。
如图3C所示，墨供给口11以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式通过各向异性蚀刻形成于基板1。
如图3D所示，抗蚀膜8以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式形成于具有激光贯通孔15的晶种层5。
如图3E所示，抗蚀膜8以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式暴露于光并且接着被显影，由此，抗蚀膜8被图案化以具有与后述的驱动墨排出能量产生元件6用的配线部9对应的开口。
如图4A和图4B所示，配线部9以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式通过使用作为镀敷掩模的被图案化的抗蚀膜8进行镀敷而形成于被图案化的抗蚀膜8的开口中。
如图4C和图4D所示，利用去膜溶液以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式移除被用作镀敷掩模的被图案化的抗蚀膜8。
如图4E和图4F所示，用于形成配线部9的阻挡层4和晶种层5以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式被移除。
如图4G和图4H所示，流路形成构件14、墨排出口形成构件16、流路12和墨排出口13以与第一实施方式中说明的方式大致相同的方式形成。通过上述步骤，完成如图5所示的喷墨头。
在该实施方式中，能够获得与第一实施方式中说明的那些效果大致相同的效果。
实施例
下面说明本发明的实施例。但这些实施例不以任何方式限制本发明。
实施例1
参照图1A至图1E和图2A至图2H说明根据本实施例的喷墨头基板的加工方法。
如图1A所示，基板1由牺牲层7、层间绝缘层2和多个墨排出能量产生元件6所覆盖。基板1是硅基板。墨排出能量产生元件6由含有TaSiN的发热电阻器制成。牺牲层7由铝制成。对于连接到墨排出能量产生元件6的配线，仅在图1D和之后的图中示出配线部9。未示出用于驱动墨排出能量产生元件6的半导体元件。墨排出能量产生元件6、牺牲层7、配线和其他元件由保护绝缘层3覆盖。在保护绝缘层3上形成阻挡层4。阻挡层4旨在防止晶种层5在保护绝缘层3中扩散。用于形成阻挡层4的材料为TiW。阻挡层4的厚度为200nm。用于形成后述的配线部9的晶种层5形成在阻挡层4上。用于形成晶种层5的材料是Au。晶种层5的厚度为50nm。
如图1B所示，抗蚀剂被涂布到晶种层5，由此，在晶种层5上形成抗蚀膜8。所使用的抗蚀剂是主要包括由东京応化工业株式会社制的PMERP-LA300PMTM的化学溶液。
如图1C所示，抗蚀膜8暴露于光并接着被显影，由此，形成镀敷掩模。由东京応化工业株式会社制的NMD-3TM被用于使抗蚀膜8显影。
如图1D所示，通过使用由抗蚀膜8形成的镀敷掩模进行镀敷而形成配线部9。用于形成配线部9的材料以及用于形成晶种层5的材料都是Au。
如图1E所示，利用去膜溶液移除由被图案化的抗蚀膜8形成的镀敷掩模。所使用的去膜溶液是由Rohm and Haas Electronic Materials K.K制的Microposit RemoverTM1112A。
如图2A和图2B所示，从基板1的具有配线部9的表面到牺牲层7的部分被激光加工。加工深度被设定为使得基板1被穿孔。由此，形成激光贯通孔15。激光光斑的直径被调整到30μm。以在牺牲层7的框架内使点直线状排列的方式形成激光加工图案。所使用的激光是YAG激光。
如图2C和图2D所示，墨供给口11通过各向异性蚀刻形成于基板1。所使用的蚀刻溶液是含22质量%TMAH的水溶液。在各向异性蚀刻期间，蚀刻溶液的温度被维持在83℃。
如图2E和图2F所示，用于形成配线部9的晶种层5和阻挡层4被移除。主要含碘和碘化钾的化学溶液用于移除晶种层5。过氧化氢水溶液用于移除阻挡层4。
如图2G和图2H所示，为了形成流路12，通过将感光性干膜贴附到保护绝缘层3而在保护绝缘层3上形成流路形成构件14。流路形成构件14的与流路12的壁对应的区域暴露于光。此外，为了形成墨排出口13，通过将感光性树脂涂布到流路形成构件14而在流路形成构件14上形成墨排出口形成构件16。墨排出口形成构件16的除了与墨排出口13对应的部分以外的区域暴露于光。流路形成构件14和墨排出口形成构件16被显影，由此，形成流路12和墨排出口13。这完成了喷墨头的制造。
实施例2
参照图3A至图3E和图4A至图4H说明根据本实施例的喷墨头基板的加工方法。本实施例与实施例1的区别在于形成激光贯通孔15的步骤紧接着形成晶种层5的步骤。
如图3A所示，保护绝缘层3、阻挡层4和晶种层5以与实施例1中说明的方式大致相同的方式形成于基板1。
如图3B所示，从基板1的具有晶种层5的表面到牺牲层7的部分被激激光加工。激光加工深度、激光光斑直径、激光加工图案以及所使用的激光的类型与实施例1中说明的那些大致相同。
如图3C所示，墨供给口11通过各向异性蚀刻形成于基板1。所使用的蚀刻溶液是含22质量%TMAH的水溶液。在各向异性蚀刻期间，蚀刻溶液的温度被维持在83℃。
如图3D所示，抗蚀膜8被贴附到具有激光贯通孔15的晶种层5。所使用的抗蚀膜8是主要包含由东京応化工业株式会社制的PMER P-LA300PMTM的干膜。
如图3E所示，以抗蚀膜8暴露于光并且接着被显影的方式形成镀敷掩模。由东京応化工业株式会社制的NMD-3TM用于使抗蚀膜8显影。
如图4A和图4B所示，以与实施例1中说明的方式大致相同的方式通过使用由抗蚀膜8形成的镀敷掩模进行镀敷而形成配线部9。
如图4C和图4D所示，利用去膜溶液以与实施例1中说明的方式大致相同的方式移除由抗蚀膜8形成的镀敷掩模。
如图4E和图4F所示，以与实施例1中说明的方式大致相同的方式移除用于形成配线部9的晶种层5和阻挡层4。
如图4G和图4H所示，以与实施例1中说明的方式大致相同的方式形成流路形成构件14、墨排出口形成构件16、流路12和墨排出口13。这完成了喷墨头的制造。
根据本发明，能够省略如下步骤：形成用于保护基板的表面不受由激光加工所产生的异物的影响的保护膜的步骤，和移除保护膜的步骤。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这种变型、等同结构和功能。
Claims (8)
1.一种喷墨头基板的加工方法，其依次包括：
a）在基板上形成阻挡层并且在所述阻挡层上形成晶种层的步骤；
b）在所述晶种层上形成抗蚀膜并且使所述抗蚀膜图案化以使得所述抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤；
c）在被图案化的所述抗蚀膜的所述开口中形成所述配线部的步骤；
d）移除所述抗蚀膜的步骤；
e）激光加工所述基板的表面的步骤；
f）通过各向异性蚀刻所述基板形成墨供给口的步骤；以及
g）移除所述阻挡层和所述晶种层的步骤。
2.一种喷墨头基板的加工方法，其依次包括：
a）在基板上形成阻挡层并且在所述阻挡层上形成晶种层的步骤；
b）激光加工所述基板的表面的步骤；
c）在所述晶种层上形成抗蚀膜并且使所述抗蚀膜图案化以使得所述抗蚀膜具有与被构造成驱动墨排出能量产生元件的配线部对应的开口的步骤；
d）在被图案化的所述抗蚀膜的所述开口中形成所述配线部的步骤；
e）移除所述抗蚀膜的步骤；
f）通过各向异性蚀刻所述基板形成墨供给口的步骤；以及
g）移除所述阻挡层和所述晶种层的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在激光加工所述基板的表面的步骤之前，不进行形成用于保护所述基板的表面不受由激光加工所产生的异物的影响的保护膜的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述晶种层包含从由Au、Ag和Cu组成的组中选择的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述晶种层的厚度为30nm至80nm。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述阻挡层包含从由Ti、W、含Ti和W的化合物以及TiN组成的组中选择的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述阻挡层的厚度为170nm至300nm。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述激光加工是对所述基板进行穿孔的加工。
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