CN1445091A - 利用微影制程制作喷墨式打印头的喷孔片的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用微影制程制作喷孔片的方法，是直接在硅基底上进行压膜、曝光、显影等步骤，可以有效控制喷孔的位置、口径、形状，进而获得高分辨率的喷墨品质。第一种方式是对薄膜进行两道曝光步骤以形成阶梯层的未曝光区域，再对阶梯层的未曝光区域进行一道显影步骤。第二种方式是对薄膜采用两次曝光、两次显影的方式。第三种方式是先对第一薄膜进行曝光，再沉积不同材质的第二薄膜，然后对第一薄膜进行背部显影，接着对第二薄膜进行曝光与显影制程。

Description

利用微影制程制作喷墨式打印头的喷孔片的方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨式打印头(inkjet printhead)的喷孔片(nozzle plate)的制作方法，特别是一种搭配多次曝光与显影制程来制作喷孔(nozzleorifice)的方法。

背景技术

热感应喷墨式打印头(thermal inkjet printhead)已经被成功地商业化应用在计算机打印设备的主流产品中，其原理是利用加热器将墨水瞬间气化，再通过产生的高压气泡推动墨水，进而使墨水通过喷孔(nozzle orifice)射出以打印在纸张上。一般而言，打印头是由一墨水匣、一制作有多个喷孔的喷孔片以及多个薄膜加热器所构成，其中在每个喷孔下方设置有一个薄膜加热器，并提供有一条墨水通道墙，以供墨水从相对应位置的喷孔射出。

喷墨式打印技术的品质主要取决于列喷孔片的喷孔的物理特性，如：喷孔的底切轮廓与开口形状，这会影响到墨水液滴的体积、轨道、喷射速度等等。早期技术是采用平板印刷电铸(lithographic electroforming)制程或是其它电化学加工成型方法，以制作成一种金属喷孔片。然而，这种电铸方式会产生以下缺点：第一，不易精确控制制程条件，如应力、电镀厚度；第二，喷孔的形状、尺寸等设计选择性受到限制；第三，制程成本过高，不能满足大量生产的需求；第四，易发生墨水腐蚀喷孔片的问题，虽然可以在喷孔片表面上电镀金(Au)以延缓腐蚀现象，但需耗费更多成本。为了解决上述问题，现今技术改采用准分子激光(excimer laser)处理方式来制作喷孔片，但是这又会遇到失准(misalignment)、设备过于庞大与昂贵等问题。

有鉴于此，为了有效提升打印头的喷孔片的制程品质，亟需开发一种新的喷孔片制程，以同时实现简化制程、降低制作成本以及提高喷孔的图案精确度等目的。

发明内容

为了有效提升打印头的喷孔片的制程品质，同时实现简化制程、降低制作成本以及提高喷孔的图案精确度等目的，本发明提出以下采用微影制程来制作喷孔片的方法，通过直接在硅基底上进行压膜、曝光、显影等步骤，可以有效控制喷孔的位置、口径、形状，进而获得高分辨率的喷墨品质。

第一种制作喷孔的方式，是对薄膜进行两道曝光步骤以形成阶梯层的未曝光区域，再对阶梯层的未曝光区域进行一道显影步骤。第二种制作喷孔的方式，是对薄膜采用两次曝光、两次显影的方式。第三种制作喷孔的方式，是先对第一薄膜进行曝光，再沉积不同材质的第二薄膜，然后对第一薄膜进行背部显影，接着对第二薄膜进行曝光与显影制程。

附图说明

图1A至图1G是本发明第一实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。

图2A至图2G是本发明第二实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。

图3A至图3H是本发明第三实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。

具体实施方式

本发明则提出一种采用微影(photolithography)制程以制作喷孔片的方法，是直接在硅基底上进行压膜、曝光、显影等步骤，以在绝缘薄膜层中制作喷孔，可以有效控制喷孔的位置、口径、形状，进而获得高分辨率的喷墨品质，且实现简化制程、降低制作成本以及提高喷孔的图案精确度等目的。至于喷孔的数量、排列方式以及尺寸属于可选择的设计，本发明的实施例并未加以限定。以下通过举例来说明在硅基底的一个致动组件(例如：薄膜加热器)上制作一个喷孔的方法。

第一实施例

图1A至图1G是本发明第一实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。首先，图1A所示，提供一半导体硅基底10，其表面上包含有至少一致动组件12(例如：薄膜加热器)，然后利用压膜或是其它沉积方式，于硅基底10表面上覆盖一第一薄膜14，其材质可选用具有感光性的高分子材料，例如：环氧树脂(epoxy)、酚树酯(novolak)、丙烯酸脂(arcylate)、聚酰亚胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)或是感光高分子(photosensitivepolymer)材质。接着，如图1B所示，对第一预定区域I内的第一薄膜14进行曝光与显影制程，以在第一薄膜14内而形成一第一开口16，其位置是对应在致动组件12的上方处，可供以用作一墨水通道(ink channel)。

跟着，如图1C所示，利用压膜或是其它沉积方式，在第一薄膜14上覆盖一第二薄膜18，其中第二薄膜18为具有负型光阻特性的压克力系列材质。然后，对第一预定区域I以外的第二薄膜18进行第一曝光制程，以在第一预定区域I内的第二薄膜18中形成一第一未曝光区域18A。随后，如图1D所示，利用提高聚焦平面(focus plane)的方式进行散焦(defocus)处理，对第二预定区域II以外的第三薄膜20进行第二曝光制程，以在第一未曝光区域18A的顶部形成一面积较小的第二未曝光区域18B。如此一来，可使第一未曝光区域18A以及第二未曝光区18B的剖面轮廓近形成一阶梯层，例如一凸字型。

最后，对负型光阻特性的第二薄膜18进行显影制程，可将第一未曝光区域18A以及第二未曝光区18B完全去除，以在第二薄膜18的顶部开口处形成一喷孔22。值得注意的是，通过不同的显影制程条件，可以使喷孔22的侧壁具有不同的倾斜轮廓。例如：利用背部显影(backsidedevelop)制程可使喷孔22的侧壁与水平方向的夹角为锐角，结果如图1E所示。调整显影制程条件可使喷孔22’的侧壁呈垂直，结果如图1F所示。利用顶部显影(frontside develop)制程可使喷孔22”的侧壁与水平方向的夹角为钝角，结果如图1G所示。

与现有技术以电铸方式制作的喷孔片相比，本发明第一实施例制作喷孔22的方式，是对第二薄膜18进行两道曝光步骤以形成阶梯层的未曝光区域，再对阶梯层的未曝光区域进行一道显影步骤，可有效控制喷孔22的底切轮廓以获得较佳的墨滴控制，进而实现极高分辨率的喷墨品质。而且，本发明直接在硅基底10上进行曝光显影制程，其制程简易且成本低廉，符合商业化大量生产的需求。

第二实施例

图2A至图2G是本发明第二实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。首先，如图2A所示，提供一半导体硅基底30，其表面上包含有至少一致动组件32(例如：薄膜加热器)，然后利用压膜或是其它沉积方式，在硅基底30表面上覆盖一第一薄膜34，其材质可选用具有感旋光性的高分子材料，例如：环氧树脂、酚树酯、丙烯酸脂、聚酰亚胺、聚酰胺或是感光高分子材质。接着，对第一预定区域I内的第一薄膜34的进行曝光与显影制程，以在第一薄膜34内而形成一第一开口36，其位置是对应在致动组件32上方，可供以用作一墨水通道。

跟着，如图2B所示，利用压膜或是其它沉积方式，在第一薄膜34上覆盖一第二薄膜38，其中第二薄膜38可选用具有负型光阻特性的压克力系列材质。然后对第一预定区域I以外的第二薄膜38进行第一曝光制程，以在第二薄膜38内形成一第一未曝光区域38A。随后，如图2C所示，自硅基底20背部进行部份显影(parial develop)制程，将一部份的第一未曝光区域38A去除，另一部份的第一未曝光区域38A’残留在第二薄膜38的顶部区域，可使第一未曝光区域38A’下方形成一第二开口37。

接下来，如图2D所示，可采用散焦影像控制方式对第一未曝光区域38A’进行第二曝光制程，以在第二预定区域II内形成一第二未曝光区38B。如此，第二开口37以及第二未曝光区38B的剖面轮廓近似一阶梯层。最后，进行显影制程以去除第二未曝光区38B，便可以在第二薄膜38的顶部开口处形成一喷孔39。值得注意的是，通过不同的显影制程条件，可以使喷孔39的侧壁具有不同的倾斜轮廓。例如：利用背部显影制程可使喷孔39的侧壁与水平方向的夹角为锐角，结果如图2E所示。调整显影制程条件可使喷孔39’的侧壁呈垂直，结果如图2F所示。利用顶部显影制程可使喷孔39”的侧壁与水平方向的夹角为钝角，结果如图2G所示。

与现有技术通过电铸方式制作的喷孔片相比较，本发明第二实施例是对第二薄膜38采用两次曝光、两次显影的方式制作喷孔39，可有效控制喷孔39的底切轮廓以获得较佳的墨滴控制，进而实现极高分辨率的喷墨品质。而且，本发明直接在硅基底30上进行曝光显影制程，其制程简易且成本低廉，符合商业化大量生产的需求。

第三实施例

为了进一步简化第二实施例的喷孔片制程，本发明第三实施例提出另一种曝光显影步骤，可应用于第一薄膜与第二薄膜的材质不同的情况下。

图3A至图3H是本发明第三实施例的制作喷墨式打印头的喷孔片的剖面示意图。首先，如图3A所示，提供一半导体硅基底40，其表面上包含有至少一致动组件42(例如：薄膜加热器)，然后利用压膜或是其它沉积方式，在硅基底40表面上覆盖一第一薄膜44，其材质可选用具有正型光阻特性的高分子材料。接着，如图3B所示，对第一预定区域I内的第一薄膜44进行第一曝光制程，以形成一第一曝光区44A，其位置是对应在致动组件42的上方处。跟着，如图3C所示，利用压膜或是其它沉积方式，在第一薄膜44上覆盖一第二薄膜48，其材质可选用具有正型光阻特性的高分子材料。随后，如图3D所示，自硅基底40的背部进行显影制程，可去除第一曝光区域44A而形成一第一开口46，可供以用作一墨水通道。

接下来，如图3E所示，对第一预定区域I内的第二薄膜48进行第二曝光制程，以在第二薄膜48内形成一第二曝光区域48A。最后，如图3F所示，进行显影制程以完全去除第二曝光区48A，则第二薄膜48的顶部开口处可供作为一喷孔49。值得注意的是，通过不同的显影制程条件，可以使喷孔49的侧壁具有不同的倾斜轮廓。例如：利用背部显影制程可使喷孔49的侧壁与水平方向的夹角为锐角，结果如图3F所示。调整显影制程条件可使喷孔49’的侧壁呈垂直，结果如图3G所示。利用顶部显影制程可使喷孔49”的侧壁与水平方向的夹角为钝角，结果如图3H所示。

本发明第三实施例是对分别先对第一薄膜44进行曝光，再沉积第二薄膜48，然后才对第一薄膜44进行背部显影，因此第一薄膜44与第二薄膜48必须选用不同材质，例如：对显影液的成分(如IPA或BMR)具有不同的反应作用，或是对曝光源(如G-line、I-line、DUV)具有不同的微影感旋光性，如此才可以避免显影制程过度蚀刻不必要的区域。除此之外，第一薄膜44与第二薄膜48的材质亦可选用具有负型光阻特性的高分子材料，通过调整曝光条件使区域44A、48A成为未曝光区域，并搭配适当的显影条件，可制作出第一开口46与喷孔49，以实现相同的效果。

与现有技术通过电铸方式制作的喷孔片相比较，本发明第三实施例是对分别对第一薄膜44与第二薄膜48采用一次曝光、一次显影的方式制作喷孔49，可有效控制喷孔49的底切轮廓以获得较佳的墨滴控制，进而实现极高分辨率的喷墨品质。而且，本发明直接在硅基底40上进行曝光显影制程，其制程简易且成本低廉，符合商业化大量生产的需求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人士，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可进行一定的变化与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书界定的为准。

Claims (10)

1.一种喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于包括下列步骤：

提供一硅基底，其包含有至少一致动组件；

在该硅基底表面上形成一第一薄膜；

在该第一薄膜上再覆盖一第二薄膜；

进行第一曝光制程，在第一/第二薄膜位于所述的致动组件上方的位置处形成一第一区域；

进行第二曝光制程，以在所述的第二/第一薄膜上形成一面积小于该第一区域面积的第二区域；以及

进行最多二次显影制程，将该第一区域以及该第二区域去除，以形成在致动组件上方形成连通的开口。

2.如权利要求1所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于：

所述的第一薄膜内位于所述致动组件上方包含有一第一开口；

所述的第二薄膜具有负型光阻特性；

所述的第一区域是一未曝光区域，它形成于该第二薄膜内位于第一开口上方处；

所述的第二区域是一未曝光区域，它形成于该第一区域内，且位于该第一区域的顶部；

只进行一次所述的显影制程，将该第一区域及该第二区域去除，以形成一与所述的第一开口连通的第二开口。

3.如权利要求1所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于：

所述的第一薄膜内位于所述致动组件上方包含有一第一开口；

所述的第二薄膜具有负型光阻特性；

所述的第一区域是一未曝光区域，它形成于该第二薄膜内位于第一开口上方处；

此时进行一次所述的显影制程，该显影制程为一次背部显影制程，它将部份所述的第一区域去除以形成一第二开口，并使该第一区域残留在所述的第二薄膜顶部；

所述的第二区域是一未曝光区域，它形成于残留的第一区域内，且位于该第一区域的顶部；

再进行一次所述的显影制程，将该第二未曝光区域去除，以形成一喷孔，可使该喷孔、该第二开口以及该第一开口相互连通。

4.如权利要求1所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于：

所述的第一曝光制程先于所述的在第一薄膜上覆盖第二薄膜的步骤进行，它形成的所述第一区域是曝光区域，形成于所述第一薄膜内位于所述的致动组件上方；

在所述的在第一薄膜上覆盖第二薄膜的步骤后进行一次所述的显影制程，其为一背部显影制程，它将所述的第一区域去除，以所述的第一薄膜内形成一第一开口；

所述的第二曝光制程在所述的第二薄膜内形成一所述的第二区域，其为一曝光区域，且该第二区域位于所述的第一开口上方；

之后再进行一次所述的显影制程，将所述第二区域去除以形成一第二开口，并可使该第二开口与所述的第一开口相互连通。

5.如权利要求2或3所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的第一开口的制作方法是对该第一薄膜进行曝光与显影制程。

6.如权利要求2、3或4所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的第二开口的是通过背部显影制程或顶部显影制程制作的。

7.如权利要求2或3所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的第一区域以及所述的第二区域是构成一近似阶梯层的剖面轮廓。

8.如权利要求1、2、3或4所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的第一薄膜以及所述的第二薄膜的材质是高分子材质。

9.如权利要求1、2、3或4所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的致动组件是一薄膜加热器。

10.如权利要求4所述的喷墨式打印头的喷孔片的制作方法，其特征在于，所述的第一薄膜与所述的第二薄膜是具有不同的微影感旋光性的材质。

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