DE60317247T2 - Ein vielzahl von sperrschichten - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidausstoßvorrichtungen und insbesondere auf eine Mehrzahl von Barriereschichten in einer Fluidausstoßvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Verschiedenartige Tintenstrahldruckanordnungen sind auf dem Gebiet bekannt und umfassen sowohl thermisch betätigte Druckköpfe als auch mechanisch betätigte Druckköpfe. Thermisch betätigte Druckköpfe tendieren dazu, resistive Elemente oder dergleichen zu verwenden, um eine Tintenaustreibung zu erreichen, während mechanisch betätigte Druckköpfe dazu tendieren, piezoelektrische Wandler oder dergleichen zu verwenden.
  • Ein repräsentativer thermischer Tintenstrahldruckkopf weist eine Mehrzahl von Dünnfilmwiderständen auf, die auf einem Halbleitersubstrat bereitgestellt sind. Über Dünnfilmschichten auf dem Substrat ist eine Barriereschicht aufgebracht. Die Barriereschicht definiert Abfeuerungskammern, um jeden der Widerstände, eine Öffnung, die jedem Widerstand entspricht, und einen Eingang oder Fluidkanal zu jeder Abfeuerungskammer. Oft wird Tinte durch einen Schlitz in dem Substrat geliefert und fließt durch den Fluidkanal, der durch die Düsenschicht definiert ist, zu der Abfeuerungskammer. Eine Betätigung eines Heizwiderstandes durch ein „Abfeuern-Signal" bewirkt, dass Tinte in der entsprechenden Abfeuerungskammer erhitzt und durch die entsprechende Öffnung herausgetrieben wird.
  • Eine fortgesetzte Haftung zwischen der Düsenschicht und den Dünnfilmschichten ist erwünscht. Bei Druckkopfsubstrathalbleiterstücken, besonders denjenigen, die größer proportioniert sind oder hohe Aspektverhältnisse aufweisen, können eine ungewollte Veformung und somit eine Düsenschichtablösung aufgrund von mechanischen oder thermischen Belastungen auftreten. Zum Beispiel weist die Düsenschicht oft einen unterschiedlichen Koeffizienten einer thermischen Ausdehnung auf als derjenige des Halbleitersubstrats. Die thermischen Belastungen können zu einer Ablösung der Düsenschicht oder anderer Dünnfilmschichten führen, was schlussendlich zu einem Tintenlecken und/oder elektrischen Kurzschlüssen führt. Bei einem zusätzlichen Beispiel kann, wenn die Halbleiterstücke auf dem zusammengesetzten Wafer getrennt sind, eine Ablösung auftreten. Bei zusätzlichen und/oder alternativen Beispielen kann die Düsenschicht aufgrund einer Düsenschichtschrumpfung nach einem Härten der Schicht, einer strukturellen Haftmittelschrumpfung während einer Zusammensetzung der Düsenschicht, einer Handhabung der Vorrichtung und einem thermischen zyklischen Betreiben der Fluidausstoßvorrichtung Belastungen unterworfen sein.
  • Zusammenfassung
  • Eine Fluidausstoßvorrichtung weist ein Substrat, das eine erste Oberfläche aufweist; einen Fluidausstoßer, der über der ersten Oberfläche gebildet ist; und eine Abdeckschicht, die eine Abfeuerungskammer definiert, die um den Fluidausstoßer gebildet ist, und eine Düse über der Abfeuerungskammer definiert, auf. Die Abdeckschicht ist durch zumindest zwei SU8-Schichten gebildet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fluidausstoßwagens der vorliegenden Erfindung dar.
  • 2 stellt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fluidausstoßvorrichtung durch einen Ausschnitt 2-2 von 1 dar.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Barriereinsel und einer entsprechenden Abfeuerungskammer.
  • 4A bis 4D sind Querschnittsansichten eines Ausführungsbei spiels eines Prozesses für die vorliegende Erfindung.
  • 5 ist das Flussdiagramm für die Ansichten in 4A–4D.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, mit einer Schicht zusätzlich zu derjenigen, die in 4D gezeigt ist.
  • 7A bis 7H sind Querschnittsansichten eines Ausführungsbei spiels eines Prozesses für die vorliegende Erfindung.
  • 8 ist das Flussdiagramm für die Ansichten in 7A–7H.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, mit einer Schicht zusätzlich zu derjenigen, die in 7H gezeigt ist.
  • 10A bis 10F sind Querschnittsansichten eines Ausführungsbei spiels eines Prozesses für die vorliegende Erfindung.
  • 11 ist das Flussdiagramm für die Ansichten in 10A–10F.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, mit einer Schicht zusätzlich zu derjenigen, die in 10F gezeigt ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wagens 101, der eine Fluidausstoßvorrichtung 103, wie z. B. einen Druckkopf, aufweist. Der Wagen häust einen Fluidvorrat, wie z. B. Tinte. An der Außenoberfläche des Druckkopfes sichtbar ist eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen 105, durch die Fluid selektiv heraus getrieben wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Fluid auf Befehle eines Druckers (nicht gezeigt) hin heraus getrieben, der durch elektrische Verbindungen 107 mit dem Druckkopf in Kommunikation steht.
  • Das Ausführungsbeispiel von 2 stellt eine Querschnittsansicht des Druckkopfes 103 von 1 dar, wobei ein Schlitz 110 durch ein Substrat 115 gebildet ist. Einige der Ausführungsbeispiele, die bei einem Bilden des Schlitzes durch eine Schlitzregion (oder einen Schlitzbereich) in dem Substrat verwendet werden, umfassen ein Nassätzen, ein Trockenätzen, DRIE und UV-Laserbearbeitung.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 115 Silizium. Bei verschiedenartigen Ausführungsbeispielen eines der Folgenden: einkristallines Silizium, polykristallines Silizium, Galliumarsenid, Glas, Silika, Keramik oder ein halbleitendes Material. Die verschiedenartigen Materialien, die als mögliche Substratmaterialien aufgelistet sind, sind nicht zwangsläufig untereinander austauschbar und werden in Abhängigkeit von der Anwendung, für die dieselben verwendet werden sollen, ausgewählt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist ein Dünnfilmstapel 116 (wie z. B. eine aktive Schicht, eine elektrisch leitfähige Schicht und eine Schicht mit Mikroelektronik) an einer vorderen oder ersten Seite (oder Oberfläche) des Substrats 115 gebildet oder aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Dünnfilmstapel 116 eine Deckschicht 117, die über einer ersten Oberfläche des Substrats gebildet •ist. Die Deckschicht 117 kann aus einer Vielfalt von unterschiedlichen Materialien gebildet sein, wie z. B. Feldoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Glas (PSG). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schicht 119 über der Deckschicht 117 aufgebracht oder aufgewachsen. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 119 Titannitrid, Titanwolfram, Titan, eine Titanlegierung, ein Metallnitrid, Tantalaluminium oder Aluminiumsilizium.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine leitfähige Schicht 121 durch ein Aufbringen eines leitfähigen Materials über die Schicht 119 gebildet. Das leitfähige Material ist aus zumindest einem aus einer Vielfalt von unterschiedlichen Materialien gebildet, einschließlich Aluminium, Aluminium mit ungefähr 1/2% Kupfer, Kupfer, Gold, und Aluminium mit 1/2% Silizium, und kann durch irgendein Verfahren, wie z. B. Sputtern und Verdampfung, aufgebracht werden. Die leitfähige Schicht 121 wird strukturiert und geätzt, um leitfähige Bahnen zu bilden. Nach dem Bilden der Leiterbahnen wird ein resistives Material 125 über dem geätzten leitfähigen Material 121 aufgebracht. Das resistive Material wird geätzt, um ein Ausstoßelement 201, wie z. B. einen Fluidausstoßer, einen Widerstand, ein Heizelement und einen Blasenerzeuger, zu bilden. Eine Vielfalt von geeigneten resistiven Materialien ist Fachleuten bekannt, einschließ lich Tantalaluminium, Nickelchrom, Wolframsiliziumnitrid und Titannitrid, die optional mit geeigneten Verunreinigungen wie z. B. Sauerstoff, Nitrogen und Kohlenstoff dotiert sein können, um den spezifischen Widerstand des Materials einzustellen.
  • Wie es bei dem Ausführungsbeispiel von 2 gezeigt ist, umfasst der Dünnfilmstapel 116 ferner eine isolierende Passivierungsschicht 127, die über dem resistiven Material gebildet ist. Die Passivierungsschicht 127 kann aus irgendeinem geeigneten Material gebildet sein, wie z. B. Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Glas. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kavitationsschicht 129 über der Passivierungsschicht 127 hinzugefügt. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Kavitationsschicht Tantal.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Abdeckschicht, wie z. B. eine Barriereschicht, 124 über den Dünnfilmstapel 116, insbesondere die Kavitationsschicht 129, aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckschicht 124 eine Schicht, die aus einem schnell querverbindenden Polymer zusammengesetzt ist, wie z. B. einem photoabbildbaren Epoxid (wie z. B. SU8, das durch IBM entwickelt wurde), einem photoabbildbaren Polymer oder lichtempfindlichen Siliziumdielektrika, wie z. B. SINR-3010, das durch ShinEtsuTM hergestellt wird, oder einem Epoxid-Siloxan, wie z. B. PCX30, das durch Polyset Co. Inc. in Mechanicsville, NY, hergestellt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Abdeckschicht 124 aus einer Mischung von organischen Polymeren hergestellt, die gegenüber der korrosiven Handlung von Tinte im Wesentlichen inert ist. Polymere, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen Produkte, die unter den Handelsmarken VACREL und RISTON von E. I. DuPont de Nemours und Co. aus Wilmington, Del., verkauft werden.
  • Ein Beispiel für die physikalische Anordnung der Abdeckschicht und der Dünnfilmteilstruktur ist auf Seite 44 des Hewlett-Packard-Journals von Februar 1994 dargestellt. Weitere Beispiele für Druckköpfe sind in den gemeinsam übertragenen U.S.-Patent Nr. 4,719,477 , U.S.-Patent Nr. 5,317,346 und U.S.-Patent Nr. 6,162,589 dargelegt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ein Aufweisen irgendeiner Anzahl und irgendeines Typs von Schichten, die über dem Substrat gebildet oder aufgebracht sind, in Abhängigkeit von der Anwendung.
  • Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel definiert die Abdeckschicht 124 eine Abfeuerungskammer 202, wo Fluid durch das entsprechende Ausstoßelement 201 erhitzt wird, und definiert die Düsenöffnung 105, durch die das erhitzte Fluid ausgestoßen wird. Fluid fließt durch den Schlitz 110 und in die Abfeuerungskammer 202 über Kanäle 203, die mit der Abdeckschicht 124 gebildet sind. Eine Ausbreitung eines Stroms oder eines „Abfeuern-Signals" durch den Widerstand bewirkt, dass Fluid in der entsprechenden Abfeuerungskammer erhitzt wird und durch die entsprechende Düse 105 heraus getrieben wird.
  • Wie es in den Querschnitts- und perspektivischen Ansichten des in 2 bzw. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt ist, umfasst die Abdeckschicht 124 zwei Schichten 205, 207. Die erste Schicht 205, wie z. B. eine Grundierschicht (primer layer) und eine untere Schicht, ist über der Schicht 129 gebildet, und die zweite Schicht 207 (wie z. B. eine Deckschicht, eine Kammerschicht und eine Düsenschicht) ist über der Schicht 205 gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel definiert die erste Schicht 205 zumindest teilweise die Abfeuerungskammer 202, und die zweite Schicht 207 definiert eine Decke des Fluidkanals 203, den Rest der Abfeuerungskammer und Wände sowie die Düse 105. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das nicht gezeigt ist, definiert die erste Schicht 205 die Abfeuerungskammerwände, und die zweite Schicht 207 definiert die Düse.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Schichten 205 und 207 aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schichten 205 und 207 aus dem gleichen Material gebildet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen sind die Schichten 205 und 207 von ungefähr der gleichen Dicke, oder die Schicht 207 ist dicker als die Schicht 205, oder die Schicht 205 ist dicker als die Schicht 207. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schicht 205 dünner als die Schicht 207. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Schicht 205 eine Dicke von ungefähr 2 bis 15 Mikronen auf, bevorzugt 2 bis 6 Mikronen, bevorzugt 2 Mikronen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Schicht 207 eine Dicke von ungefähr 20 bis 60 Mikronen auf, bevorzugt 30 Mikronen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Grundierschicht weniger als ungefähr 50% der Gesamtdicke der Schicht 124.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 ein niedrigviskoses SU8-Material, das bei 210°C gehärtet ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Material für die Grundierschicht 205 für einen Tintenwiderstand und für eine Haftung an dem Dünnfilmstapel 116 und der Düsen- oder Kammerschicht gewählt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 flexibler als die anderen Schichten der Abdeckschicht 124. Bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel weist die Grundierschicht 205 mehr Tintenwiderstand auf als die anderen Schichten der Abdeckschicht 124. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 aus NANOTM SU8 Flex CP gebildet, das eine Niedrigerer-Modulus-SU8-Bildung ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 ein flexibilisiertes Epoxid. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 ein Polyimid-Polyamid-Schicht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 SU8 mit einem alternativen Photo-Säure-Erzeuger-Beladung (PAG-Beladung; PAG = Photo-Acid-Generator), die das Material lichtempfindlich macht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Grundierschicht 205 auf eine höhere Temperatur gehärtet als diejenige der anderen Schichten in der Abdeckschicht 124. Mit dieser höheren Temperatur können ein größerer Tintenwiderstand und mehr Spannung kommen. Jedoch bleibt die Dicke der Schicht 205 relativ dünn, um eine unerwünschte Rissbildung zu reduzieren.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Schicht 207 photolithographische Charakteristika mit einer hohen Auflösung auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Schicht 207 bei 170°C gehärtet.
  • Bei dem in 4A–4D gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Prozess eines Bildens der Zwei-Schicht(205, 207)-Barriereschicht 124 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel von 5 zeigt das Flussdiagramm, das dem Prozess, der in 4A–4D dargestellt ist, entspricht. Die Grundierschicht 205 wird bei einem Schritt 500 beschichtet und bei einem Schritt 510 belichtet. Ein Düsenschichtmaterial 207a beschichtet die Grundierschicht 205. bei einem Schritt 520 und wie es in 4A gezeigt ist. Bei einem Schritt 530 wird die Düsenschicht 207 in zwei Masken belichtet, wie es in 4B und 4C gezeigt ist. Bei einem Schritt 540, und wie es in 4D gezeigt ist, wird das verbleibende nicht belichtete Düsenschichtmaterial 207a entwickelt und dadurch entfernt. Die Düsenschicht bildet die Abfeuerungskammer 202 und die Düse 105.
  • Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine zusätzliche Decke 209 über der Düsenschicht 207 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 photodefinierbar. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 aus SU8 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Decke nicht benetzend. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 eine planarisierende Schicht, um die oft grobe Topographie der Düsenschicht zu planarisieren. Bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 eine Maske, die gezeichnet ist, um eingelassene Bohrungen zu erzeugen, um eine Pfützenbildung (puddling) zu reduzieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Decke 209 eine niedrige Oberflächenenergie auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 ein Siloxanbasiertes Material. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Decke 209 ein Fluorpolymer-basiertes Material. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Schicht 209 in dem Bereich von ungefähr 1/2 bis 5 Mikronen, bevorzugt 1,1 Mikronen.
  • Bei dem in 7A–7H gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Prozess eines Bildens der Drei-Schicht(205, 206, 208)-Barriereschicht 124 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel von 8 zeigt das Flussdiagramm, das dem in 7A bis 7H dargestellten Prozess entspricht. Bei einem Schritt 800 werden die Dünnfilme 116, die die Fluidausstoßer bilden, über dem Substrat aufgebracht. Bei einem Schritt 810 wird die Grundierschicht 205 auf die Dünnfilmschichten 116 aufgeschleudert und strukturiert. Bei einem Schritt 820 und wie es in 7A dargestellt ist, wird ein Material 206a, das die Kammerschicht bildet, aufgeschleudert. Wie es in 7B dargestellt ist, wird das Material 206a strukturiert oder belichtet, um die Kammerschicht 206 zu bilden. Wie es in 7C und bei einem Schritt 820 dargestellt ist, wird das Material 206a entwickelt und dadurch entfernt. Bei einem Schritt 830, und in 7D dargestellt, beschichtet ein Füllmaterial 300, wie z. B. ein Resist, die Kammerschicht 206. Bei einem Schritt 840, und wie in 7E dargestellt, wird das Füllmaterial 300 planarisiert, durch Verfahren wie z. B. CMP, Strukturieren und Entwickeln von Material. Bei einem Schritt 850, und wie in 7F dargestellt, werden die Kammerschicht 206 und das planarisierte Material 300 mit einem Material 208a beschichtet, das die Düsenschicht bildet. Wie es in 7G dargestellt ist, wird die Düsenschicht 208 belichtet. Bei einem Schritt 850 wird das Material 208a entwickelt. Bei einem Schritt 860, und wie es in 7H dargestellt ist, wird das Füllmaterial (z. B. ein Resist) entfernt. Das in 7A bis 7H und in dem Flussdiagramm 8 dargestellte Verfahren kann als das Wachsauschmelzverfahren bezeichnet werden.
  • Die Grundierschicht von 7H weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 2 bis 15 Mikronen auf, spezifischer ausgedrückt 2 bis 6 Mikronen, und noch spezifischer ausgedrückt 2 Mikronen. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Kammerschicht 206 und die Düsenschicht 208 jeweils eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 10 bis 30 Mikronen auf. Bei einem bestimmteren Ausführungsbeispiel weist zumindest eine der Schichten 206 und 208 eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 15 bis 20 Mikronen auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist zumindest eine der Schichten 206 und 208 eine Dicke von 15 oder 20 Mikronen auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Düsenschicht 208 aus einem Material gebildet, das demjenigen der Schicht 207, das oben beschrieben ist, ähnelt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Kammerschicht 206 aus einem Material gebildet, das demjenigen der Schicht 207, das oben beschrieben ist, ähnelt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Kammerschicht 206 aus einem SU8 mit einem photobleichbaren Farbstoff für einen z-Kontrast gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel bezieht sich der z-Kontrast auf die Richtung senkrecht zu dem im Wesentlichen planaren Substrat. Bei einem bestimmteren Ausführungsbeispiel bezieht sich der z-Kontrast auf ein Platzieren eines absorbierenden Materials in der Formulierung, um die Lichtintensität von oben nach unten auszulöschen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bezieht sich der „Kontrast" auf die Schärfe des Übergangs zwischen einer Photosäurenkonzentration, die bewirkt, dass das SU8-Material dem Entwickler widersteht, und einer Konzentration, die durch den Entwickler gelöst wird. Je schärfer dieser Übergang ist, desto quadratischer ist das Merkmal bei einem Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbleicht der photobleichbare Farbstoff und wird bei einer ausreichenden Dosis von elektromagnetischer Energie transparent.
  • Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Decke 209 über der Düsenschicht 208 gebildet. Die Decke 209 ähnelt der Decke 209, die unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist.
  • Bei dem in 10A–10F gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Prozess eines Bildens der Vier-Schicht(205, 1206, 1000, 1208)-Barriereschicht 124 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel von 11 zeigt das Flussdiagramm, das dem in 10A–10F dargestellten Prozess entspricht. Bei einem Schritt 1100 und in 10A wird das Material 1206a zum Bilden der Kammerschicht über die Grundierschicht 205 beschichtet. Bei einem Schicht 1110 und in 10B wird die Kammerschicht 1206 belichtet, wodurch Wände um eine Kammer gebildet werden und das nicht belichtete Material 1206a in dem Kammerbereich gelassen wird. Bei einem Schritt 1120 und in 10C wird ein Material 1000a zum Bilden einer Photonenbarriereschicht über die Kammerschicht 1206 und das Material 1206a beschichtet. Bei einem Schritt 1130 und in 10D wird ein Material 1208a für die Düsenschicht über das Photonenbarriereschichtmaterial 1000a beschichtet. Bei einem Schritt 1140 und in 10E werden die Düsenschicht 1208 und die Photonenbarriereschicht 1000 belichtet. Das Material 1206a verbleibt in der Kammer 202 und die Materialien 1000a und 1208a verbleiben in der Düse 105. Bei einem Schritt 1150 und in 10F werden die Materialien 1206a, 1000a und 1208a entwickelt und dadurch aus der Kammer und Düse entfernt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Photonenbarriereschicht 1000 aus einer Lösung gegossen, die ein Epoxid oder ein acrylisches Harz, ein Bindemittel, ein Lösungsmittel, ein PAG (lichtempfindlich) und/oder einen i-Linie-Farbsoff (Photonenbarriere) aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Photonenbarriereschicht 1000 in dem Bereich von ungefähr 1/2 Mikron bis 2 Mikronen, bevorzugt 1/2 Mikron. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Photonenbarierreschicht minimiert, während dieselbe ausreichend absorptiv ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kammerschicht 1206 und die Düsenschicht 1208 aus einem Material gebildet, das demjenigen der Schicht 207, das oben beschrieben ist, ähnelt. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Schicht 1206 ein Material auf, das demjenigen der Schicht 206 ähnelt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Photonenbarriereschicht 1000 aus SU8 mit einem photobleichbaren Farbstoff gebildet, ähnlich demjenigen, der unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel der Schicht 206 oben beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ermöglicht das SU8 mit dem photobleichbaren Farbstoff eine größere dimensionale Steuerung und geradere Kanten. Zum Beispiel sind, wie es in 10F gezeigt ist, die Eckkanten zwischen der Kammer und der Düse im Wesentlichen quadratische Kanten.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 12 gezeigt ist, ist eine zusätzliche Decke 209 über der Düsenschicht 1208 gebildet. Die Decke 209 ähnelt der Decke 209, die unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schichten in der Abdeckschicht 124 bei einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit dem gleichen anfänglichen Grundbeschichtungsmaterial gebildet. Jedoch ist dieses Material unterschiedlich verarbeitet, um den Schichten unterschiedliche Eigenschaften bezüglich anderer Schichten in der Abdeckschicht 124 zu verleihen. Zum Beispiel ist bei einem Ausführungsbeispiel die eine Schicht einer unterschiedlichen Dosis von elektromagnetischer Energie ausgesetzt oder bei einer unterschiedlichen Temperatur als die verbleibenden Schichten der Abdeckschicht 124 gehärtet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Materialien für die Schichten der Abdeckschicht 124 aufgrund zumindest eines der folgenden Charakteristika gewählt: CTE-Übereinstimmung, Tintenwiderstand, Spannungsentlastung, Nicht-Benetzungsfähigkeit, Benetzungsfähigkeit, Fähigkeit zur photochemischen Härtung, Fähigkeit zur Verarbeitung mit einer hohen Auflösung, glatte Oberfläche, Kompatibilität und Mischfähigkeit.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schichten in der Abdeckschicht 124 bei einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit einem Material gebildet, das unter Verwendung zumindest eines der folgenden Verfahren strukturiert oder geätzt wird: abreibendes Sandstrahlen, Trockenätzung, Nassätzung, UV-gestützte Nassätzung, Belichtung und Entwicklung, DRIE und UV-Laserbearbeitung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schichten in der Abdeckschicht 124 bei einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit einem Trockenfilm gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Materialien, die die Grundier-, Kammer- und/oder Düsenschichten bilden, durch eine i-Linie-Belichtung photodefiniert. Die i-Linie-Belichtung ist ein Typ von Belichtung, insbesondere eine Belichtung mit ungefähr 365 nm Wellenlänge. Bei einem Ausführungsbeispiel ist dieses photodefinierte Muster mit einem Resistmaterial bedeckt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Resist ein positives Photoresist, bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist es SPR-220. Das Resist wird typischerweise in einem Konvektionsofen bei einer Temperatur zwischen 110°C und 190°C gebacken, um das Resist für die nachfolgende Planarisierung und Bohrungs- oder Düsenschichtverarbeitung zu stabilisieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der Lösungsmittelentwicklungsprozess, der die nicht belichteten Kammer- und Düsenschichten entfernt, auch verwendet, um das Resist zu entfernen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel maximiert zumindest eines der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Bahnsteuerung durch ein Reduzieren einer Öffnung-Kammer-Ausrichtungsvariabilität.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind Verhältnisse der SU8-Inhaltsstoffe, Additiva und die Molekulargewichte der SU8-Oligomere eingestellt, um bei den Materialieneigenschaften, die oben erwähnt sind, einen Bereich zu geben.
  • Somit sei darauf hingewiesen, dass diese Erfindung anders praktiziert werden kann, als es spezifisch beschrieben ist. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung nicht auf thermisch betätigte Fluidausstoßvorrichtungen beschränkt, sondern kann z. B. auch piezoelektrisch aktivierte Fluidausstoßvorrichtungen und andere mechanisch betätigte Druckköpfe sowie andere Fluidausstoßvorrichtungen umfassen. Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel umfasst die Abdeckschicht 124 der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Schichten, wie z. B. 4 Schichten, 5 Schichten, 6 Schichten usw. Jede dieser Schichten kann entweder die gleiche oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen, in Abhängigkeit von der Anwendung. Somit sollten die vorliegenden Ausführungsbeispiele der Erfindung in jeder Hinsicht als darstellend und nicht restriktiv betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die angehängten Ansprüche angegeben ist.
  • Wenn die Ansprüche „ein" oder „ein erstes" Element des Äquivalents desselben anführen, sollten derartige Ansprüche derart verstanden werden, dass dieselben eine Eingliederung eines oder mehrerer derartiger Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordert noch ausgeschlossen werden.

Claims (12)

  1. Eine Fluidausstoßvorrichtung (103), die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (115), das eine erste Oberfläche aufweist; einen Fluidausstoßer (201), der über der ersten Oberfläche gebildet ist; und eine Abdeckschicht (124), die eine Abfeuerungskammer (202) definiert, die um den Fluidausstoßer (201) gebildet ist, und eine Düse (105) über der Abfeuerungskammer (202) definiert, wobei die Abdeckschicht (124) durch zumindest zwei SU8-Schichten gebildet ist.
  2. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der jede der SU8-Schichten aus dem gleichen Material gebildet ist.
  3. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 2, bei der jede der SU8-Schichten unterschiedlich verarbeitet ist.
  4. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der die Abdeckschicht (124) eine Grundierschicht (205) und eine Düsenschicht (207) aufweist, wobei die Grundierschicht (205) eine Dicke aufweist, die weniger als 50% der Dicke der Abdeckschicht (124) beträgt.
  5. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der die Grundierschicht (205) ein niedrigviskoses SU8 ist, das bei 210°C gehärtet ist.
  6. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der die Abdeckschicht (124) zumindest drei Schichten aufweist, einschließlich einer Grundierschicht (205), die Dünnfilmschichten beschichtet, einer Kammerschicht, die die Abfeuerungskammer (202) definiert, und einer Düsenschicht, die die Düse (105) definiert.
  7. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, die ferner eine Deckschicht (207) aufweist, die über der Abdeckschicht gebildet ist.
  8. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der zumindest eine der Schichten der Abdeckschicht (124) durch ein Wachsausschmelzverfahren gebildet ist.
  9. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der die Materialien für die Schichten der Abdeckschicht (124) aufgrund zumindest eines der folgenden Charakteristika gewählt sind: CTE-Übereinstimmung, Tintenwiderstand, Spannungsentlastung, Nicht-Benetzungsfähigkeit, Benetzungsfähigkeit, Fähigkeit zur photochemischen Härtung, Fähigkeit zur Verarbeitung mit einer hohen Auflösung, glatte Oberfläche, Kompatibilität und Mischfähigkeit.
  10. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der zumindest eine der Schichten der Abdeckschicht (124) aus einem Trockenfilm gebildet ist.
  11. Die Fluidausstoßvorrichtung (103) gemäß Anspruch 1, bei der die Abdeckschicht (124) zumindest vier Schichten aufweist, einschließlich einer Grundierschicht, die Dünnfilmschichten beschichtet, einer Kammerschicht, die die Abfeuerungskammer definiert, und ei ner Photonenbarriereschicht mit einer Düsenschicht, die die Düse definiert.
  12. Ein Verfahren zum Bilden einer Fluidausstoßvorrichtung (103), das folgende Schritte aufweist: Beschichten eines Dünnfilmstapels, einschließlich eines Fluidausstoßers (201), mit einem ersten Material; Belichten des ersten Materials, um eine erste SU8-Abdeckschicht zu bilden; Beschichten des ersten Materials mit einem zweiten Material; Belichten des zweiten Materials, um eine zweite SU8-Abdeckschicht zu bilden, die eine Kammer definiert; Entwickeln, um das nicht freigelegte zweite Material von der Kammer zu entfernen; Füllen der Kammer mit einem Resist; Planarisieren des Resists; Beschichten des Resists mit einem dritten Material; Belichten des dritten Materials, um eine dritte SU8-Abdeckschicht zu bilden, die eine Düse definiert; und Entwickeln, um das Resist und das dritte Material zu entfernen.
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