TWI246461B - Method of manufacturing fluid injector - Google Patents
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Description
1246461
五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 _^本毛月仏有關於一種流體喷射裝置的製造方法， 係负關於一種呈本二、丁，' 云 特別 方法。 /、衣面平整之保護層的流體噴射裝置的製^ 先前技術 一於目别流體噴射裝置大多運用於喷墨頭、燃料喷射^ > 凡件上，其中嗜罢5貝射杏等 貝-·、碩更疋人ϊ的使用熱趨氣泡式設計。 的流知美國專利號碼6，ΐϋ2,53()的單石化 底10上形成一俨芦;以二基底10作為尽體’且在矽基 # A # ^ 7 j D * d 2，而隹矽基底1 0和結構層1 2之間形 ί一:t; ::!容！流體26;而在結構川上設有- 在流體腔二： = : 第穴咖 體腔1 4内產生二蝥二多、句匕 弟一加熱态2 2用以在版 由。 布一札/包32，以將流體腔14内之流體26射 valv^)方的^化的，流體赁射裝置1具有虛擬氣閥（virtual valve)的，又叶，並擁有高排 量損失的特性，且I須文认” 低又二干擾低… 此可以降低生產成^外利用組裝方式接合喷孔.片，因 1 2 士 ΐ :低ί : t的早石化的流體噴射裝置1 [結構層 限制，因此對於整體，在製程上，其厚度有所 样辩而飛離壯班& 哥命有其影響，且由於受氣泡 置的液滴因為結構層12厚度不足，而會有方
0535-A20504TWF(N2);A03747；JAMNGW〇.ptd 第7頁 1246461 五、發明說明（2) 向無法導正的缺點；其次，加熱器2 0、2 2位於結構層1 2之 上，產生的熱量可大量的傳導到流體腔内的流體2 6，但是 相對的仍有部分的殘餘熱量會累積在結構層1 2上，間接影 響到系統的操作頻率。 基於上述缺點，因而需要一種能有效地移除殘餘熱 量，並增加整體結構強度的流體喷射裝置，藉由批覆一金 屬層於結構層之上，利用金屬層良好的導熱性，達到消除 殘餘熱量，並增加整體結構強度的目的。習知的金屬層# _料可為金、白金、錄或是錄合金，利用電鍍製程形成於結 _構層之上。然而，在形成金屬電鍍層之前需先形成一起始 層。在後續形成喷孔步驟之前，先移除該起始層。但是無 論用濕Ί虫刻法或乾I虫刻法皆會造成金屬電鍍層的表面粗糙 度過大，使得流體喷射裝置在使兩時，造成累積液體於表 面，導致液滴飛行方向偏離。 發明内容 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種流體喷射裝置 的製造方法，藉虫形成一刻保護層於金屬結構層上，使 得在移除該起始層時，避免金屬結構層的表面粗糙度過 丨_大，而改善流體喷出穩定性。 根據上述目的，本發明提供一種流體喷射裝置的製造 方法，包括下列步驟：提供一基底；形成一圖案化犧牲層 .於基底之一第一面上；形成一圖案化第一結構層於基底 上，且覆蓋圖案化犧牲層；形成至少一流體致動裝置於第
0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第 8 頁 1246461_ · 五、發明說明（3) 一結構層上；形成一第一保護層於第一結構層上並覆蓋流 體致動裝置；形成一起始層順應地性覆蓋第一保護層上； 形成一圖案化第一光阻層覆蓋一喷孔及一接觸窗的預定位 置，露出起始層表面；形成一第二結構層於起始層上；形 成一蝕刻保護層於第二結構層上；移除第一光阻層，以於 喷孔位置處形成一開口，露出起始層；移除喷孔位置處的 起始層；形成一流體通道於基底之一第二面，露出犧牲 •層；移除犧牲層以形成一流體腔；以及沿開口依序蝕刻保 .護層及第一結構層，以形成一喷孔鄰近流體致動裝置且與 _流體腔連通。 根據上述目的，本發明另提供一種流體喷射裝置的製 造方法，包括下列步驟：形成一圖案化犧牲層於一基底之 第一面上；形成一圖案化第一結構層於基底上，且覆蓋圖 案化犧牲層；形成至少一流體致動裝置於第一結構層上； 形成一第一保護層於第一結構層上並覆蓋流體致動裝置； 形成一起始層順應地性覆蓋第一保護層上；形成一圖案化 第一光阻層覆蓋一喷孔及一接觸窗的預定位置，露出起始 層表面；形成一第二結構層於起始層上；移除第一光阻 層，以於喷孔位置處形成一'開口，露出起始層；順應性地 壜形成一蝕刻保護層於第二結構層上；移除喷孔位置處的起 始層；移除蝕刻保護層；形成一流體通道於基底之一第二 面，以露出犧牲層；移除犧牲層以形成一流體腔；以及 .沿開口依序蝕刻保護層及第一結構層，以形成一喷孔鄰近 流體致動裝置且與流體腔相連通。
053 5 - A20504TW (N2); A03 747; J AMNGWO. p td 第9頁 1246461 ----- 五、發明說明（4) 以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發 明。 x 實施方式 第一實施例 第2A-2F圖係顯示根據本發明第一實施例之流體噴射 袭呈的製程剖面不意圖。請參閱第2 A圖，提供一基底、 2〇〇 ’例如單晶矽基底，且在基底2 〇〇上形成一圖案化犧牲 層210。犧牲層210係由例如化學氣相沉積（CVD)法所沉積 之硼矽酸磷玻璃（BPSG)、矽酸磷玻璃（PSG)或其他氧化矽 材質。接著，順應性形成一圖案化第一結構層2 2 〇於基底 2^—，且极益圖案化犧牲層2 1 0。第一結構層2 2 0可由化 學氣相沉積法（CVD)所形成之低應力氮氧化矽（Sl〇N)層， 戏低應力虱化矽層，其應力介於1 Q Q〜2⑽百萬帕（肝a )。接 者，形成一流體致動裝置2 4 0於第一結構層2 2 0上。流體致 動表呈2 4 0較佳者為由電阻層所構成之加孰哭，豆中電阻 層係由物理氣相沉積法（PVD)，例如蒸鍍了濺鍍;或反應 性濺鍍法，形成如HfB2、TaAl、TaN或其他電阻材料。接 1者，在第一結構層22 0上形成一保護層23〇，覆蓋流體致動 裝置240。保護層23 0的材質可為化學氣相沉積法所形成之 氧化石夕。#著，在保護層2 3 0上形成_電鍍起始層25〇 (under bu_ metal，UMB)。電鍍起始層 25()可 TiW/Au層或薄的Cr/Cu層。
1246461 五、發明說明（5) ' --------：- 242、在Λ實一施例-中’流體致動裝置24°包括-第-加熱器 體腔内產生一 Γ灸土 /加熱益242，用以在流 一加埶哭249八口卜卡心多巧罘1圖），第二加熱器244與第 加熱益242分別位於喷孔的相對側。 一、上述'流體致動裝置24〇更包括一訊號傳送線 :辦々开乱成於第一結構層220與保護層33〇之間，坤接驅\ 流體致動裝置的雷改 _ σ, ^ 七接% ^(PVD) ^ ^ ^ ^ .導線材料於第一結構層上。 、AICU或其他 5月爹·閱弟2 B圖’你以與旦，左 2 6 0於喷孔及接觸窗的位’y丫;形二圖案化第-光阻層 面。 1 &出包鍍起始層25 0的表 請參閱第2 C圖，带# _隹—&讲 250之上。第-坫媸忌二乂 β—、'口構層270於電鍍起始層 二VI:上Γ0的材質係一金屬層，包括金或金 口至罘一、，、口構層2 70可由電鍍、電鑄 帝 ' 成。接著，形成-韻刻保護層280於第二：:声又;广开: 刻保護層28。作用在於保護第二結構層 護；2:°的材質係；金屬層，包括錄、心：上：以 之θ金。钱刻保缦層2 8 0可由電鍍、雷爲上、 ♦.、 形成…卜，姓刻保護層28 0的枋質亦；： = 式 擇比，亦即需用不同的去光二夜移/。於去光阻液具高選 請參閱第2〇圖，移除第-光阻層26〇，於喷孔預定位
053 5-A20504TWF(Ν2);Α03 747;JAMNGWO.p t d 1246461 五、發明說明（6) 置處留下一開口 2 6 5，露出嘖孔及接 鍍起始層2 5 0表面。 貝孔及接觸因預定位置處的電 口月芩閱第2 E圖，移除開口 2 β 5位詈斤 除起始層25〇可用濕制法 =起始層250。移 以填化卸溶液移除起始層25〇。。濕钱刻法係 蝕刻法（RIE)移除^ ρ , / /係从反應性離子 持保面平整。接著，移除钱刻保的影響而仍保 請參閱第2F圖，以濕蝕刿、、丄a叫甘— ,體通道2 9 0，且露出犧牲層2ΐΓ: ^2 00:/:形成 2 1 0以形成一流體腔2 9 5並擴大—丹虫刎犧牲層 接著，沿開a ?rr，分:〜堞芍擴大的流體腔。 220，以形成一噴孔26 5，‘折=j保護層23 0及第一結構層 2 95連通，以完成本發1 了二動裝置240且與流體腔 攻4毛明男施例之流體噴射裝置的製作。 弟二實施例 第3A-3D圖係顯示根據本發 ^ ^ ^ ^ ^ t w 〇. Λ ^Av\ / ^ ^ ^4t 示的結構，其形歲方法如第一告r心二、&死供如罘2c圖所 保護層38 0上形成—第二光 U歹，^述。接著，在蝕刻 ，。弟二光阻層3δ5的材質不同於 二層 去光阻液具高選擇比，亦即f用 層3 6 0禹於 士主夂間笛⑼Γ而用不同的去光阻液移除。 置處第一光阻層3 6 0，於嗔孔預定位 ，65，路出嗔孔及接觸窗預定位置處的電 第12頁 0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 五、發明說明（7) 鍛起始層350表面。接著，於^ 3 5 0。移除起始層3 5 0可用钱立置處之起始層 刻法係以破化鉀溶液移除起始層^ 進行。濕姓 性離子蝕刻法（ME)移除起始層35〇 ^ 係以反應 •385及蝕刻保護層38〇的保護， 虫弟二光阻層 到钱刻㉟程的#響而仍保持保面平# 一 ^層37〇不會受 二光阻層385及蝕刻保護層2δ〇，如：3c::丄依序移除第 —j t%〇3D圖且Λ濕飯刻*钱刻基广:3〇〇1、的背面形成 抓肢逍返〇 9 0 ’且露出犧姓厚q彳η Ήί! 1# a _ 犧牲層31〇。然後，再蝕刻犧牲層 以形成一、流體腔%95並擴大之，成為擴大的流體腔。 ，文$ / /σ開+ 口 3 6 b，依序蝕刻保護層3 3 0及第一結構層 1以形成一賀孔365,鄰近流體致動裝置340且與流體腔 395逑通，以完成本發明實施例之流體喷射裝置的製作。 第三實施例 第4A-4D圖係顯示根據本發明第三實施例之流體喷射 裝置的製程剖面示意圖。請參閱第4A圖，提供如第2C圖所 示的結構’其形成方法如第一實施例所述。 請參閱第4B圖，移除第一光阻層4 6 0，於喷孔預定位 •置處留下一開口 465，露出喷孔及接觸窗預定位置處的電 鍍起始層45 0表面。 请參閱第4 C圖，順應性地形成一钱刻保護層4 8 0於弟 •二結構層4 7 0的表面。接著，移除開口 3 6 5位置處之起始層 4 5 〇。移除起始層4 5 0可用濕蝕刻法或乾蝕刻法進行。濕蝕
0535、A20504TWF(N2); A03 747; JAMNGWO. ptd 第13頁 1246461 五、發明說明（8)
刻法係以碰彳μ A 性離子飯^、b評洛液移除起始層4 5 0。乾蝕刻法係以反應 48〇的保/法（RiE)移除起始層450。由於有蝕刻保護層 而仍保二呆’面使二第二結構層470不會受到截刻過程的影響 刻法二Γ 圖’移除钱刻保護層48 0。接著’以濕银 〇'Ύ&4⑽的背，形成—流體通道49。，且露出犧牲 ,^々、、、_/又’再1虫刻犧牲層4 1 0以形成一流體腔4 9 5並擴 大、’，為擴大的流體腔。 /、 • 42〇接^ 々開口 465，依序蝕刻保護層430及第一結構層 ^495連通：：噴孔46 5’鄰近流體致動裝置44〇且與流體腔 〜 以凡取本發明實施例之流體喷射裝置的製作。 .本案特徵及效果 声卜，與效果在於形成钱刻保護層於金屬結構 i 了使ί:ϊ:;Γ:始層時，由於有钱刻保護詹的保 面平整，可避二i:;;”刻過程的影響而仍保持保 滴的脫離方向更加d的：面粗糙度過大，使飛離液 更加％疋，向增進流體喷出穩定性。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 限定本發明，任何熟習此項技蓺。：、、、' 其並非妙 神和範圍内’當可作更動與潤；，因:本：離本發 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。*明之保濩郭s
1246461__ 圖式簡單說明 第1圖顯示一種習知的單石化的流體喷射裝置； 第2 A〜2F圖說明本實施例之一種流體喷射裝置之製造 方法示意圖； 第3 A〜3D圖係為本發明之流體喷射裝置之第二實施例 之製造方法示意圖；以及 第4A〜4D圖係為本發明之流體喷射裝置之第三實施例 之製造方法示意圖。 •【主要元件符號說明】 習知部分（第1圖） 1〜單石化的流體喷射裝置； 1 0〜矽基底； 1 2〜結構層； 1 4〜流體腔； 2 0〜第一加熱器； 2 2〜第二加熱器； 2 6〜流體通道； # 30〜第一氣泡； 3 2〜第二氣泡。 本案部分（第2〜5圖） β 2 0 0、3 0 0、4 0 0 〜基底； 2 1 0、3 1 0、4 1 0〜犧牲層；
0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第15頁 1246461 圖式簡單說明 220、320、420〜第一結構層； 230、3 3 0、43 0〜第一保護層； 240、34 0、440〜流體致動裝置； 242、342、442〜第一加熱器； 244、344、444〜第二加熱器； 250、350、450〜電鍍起始層； 260、360、460〜第一光阻層； 2 6 5、3 6 5、4 6 5 〜開 口 ； 2 6 5’ 、3 6 5’ 、46 5’ 〜喷孔； 2 7 0、3 7 0、4 7 0〜第二結構層； 2 8 0、3 8 0、4 8 0〜蝕刻保護層； 385〜第二光阻層； 2 9 0、3 9 0、4 9 0〜流體通道； 2 9 5、3 9 5、4 9 5〜流體腔。
053 5 -A20504TWF(N2); A03747; JAUfJGWO. p td 第16頁
Claims (1)
- T246461_. 六、申請專利範圍 1. 一種流體喷射裝置的製造方法，包括下列步驟： 提供一基底； 形成一圖案化犧牲層於該基底之一第一面上； 形成一圖案化第一結構層於該基底上，且覆蓋該圖案 化犧牲層； 形成至少一流體致動裝置於該第一結構層上； 形成一第一保護層於該第一結構層上並覆蓋該流體致 •動裝置； 形成一起始層順應地性覆蓋該第一保護層上； 形成一圖案化第一光阻層覆蓋一喷孔及一接觸窗的預 _定位置，露出該起始層表面； 形成一第二結構層於該起始層上； 形成一蝕刻保護層於該第二結構層上； 移除該第一光阻層，以於喷孔位置處形成一開口，露 出該起始層； 移除喷孔位置處的該起始層； 形成一流體通道於該基底之一第二面，露出該犧牲 層； 移除該犧牲層以形成一流體腔；以及 藝沿該開口依序蝕刻該保護層及該第一結構層，以形成 一喷孔鄰近該流體致動裝置且與該流體腔連通。 2.如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 .方法，其中該第一結構層係一低應力氮化石夕層或一低應力 氮氧化砍層。0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第17頁 1246461__ 六、申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該第一保護層係一氧化矽層。 4. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該起始層的材質包括鎢化鈦（T i W )與金的複合 〇 5. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該第二結構層具平滑的表面。 • 6.如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該第二結構層係金或金合金層。 7. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該第二結構層的形成方法包括電鍍、電鑄或無 電鍍。 8. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該钱刻保護層的材質包括鎳、絡、銅或上述金 屬之合金。 9. 如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該蝕刻保護層的材質包括一光阻材料。 1 (K如申請專利範圍第8項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該蝕刻保護層的形成方法包括電鍍、電鑄或無 _電鍍。 11.如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，其中該起始層係以碘化鉀蝕刻液移除。 . 1 2.如申請專利範圍第1項所述的流體喷射裝置的製造 方法，更包括形成一第二光阻層覆蓋該蝕刻保護層，露出0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第18頁 Τ24646Ί_ _ 六、申請專利範圍 該第一光阻層，並於移除該起始層後移除該第二光阻層。 1 3. —種流體喷射裝置的製造方法，包括下列步驟： 形成一圖案化犧牲層於一基底之一第一面上； 形成一圖案化第一結構層於該基底上，且覆蓋該圖案 化犧牲層； 形成至少一流體致動裝置於該第一結構層上； 形成一第一保護層於該第一結構層上並覆蓋該流體致 動裝置； _ 形成一起始層順應地性覆蓋該第一保護層上； 形成一圖案化第一光阻層覆蓋一喷孔及一接觸窗的預 定位置，露出該起始層表面； 形成一第二結構層於該起始層上； 移除該第一光阻層，以於喷孔位置處形成一開口，露 出該起始層； 順應性地形成一蝕刻保護層於該第二結構層上； 移除喷孔位置處的該起始層； 移除該钱刻保護層； 形成一流體通道於該基底之一第二面，以露出該犧牲 層； > 移除該犧牲層以形成一流體腔；以及 沿該開口依序蝕刻該保護層及該第一結構層，以形成 一喷孔鄰近該流體致動裝置且與該流體腔連通。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該第一結構層係一低應力氮化矽層或一低應0535-A20504W(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第19頁 1246461 六、申請專利範圍 力氮氧化石夕層。 1 5.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該第一保護層係一氧化矽層。 1 6.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該起始層的材質包括鶬化鈦（T i W)與金的複 合層。 1 7.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 •造方法，其中該第二結構層係金或金合金層。 1 8.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該第二結構層的形成方法包括電鍍、電鑄或 1無電鍍。 1 9.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該蝕刻保護層的材質包括鎳、鉻、銅或上述 金屬之合金。 2 〇.如申請專利範圍第1 9項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該蝕刻保護層的形成方法包括電鍍、電鑄或 無電鍍。 2 1.如申請專利範圍第1 3項所述的流體喷射裝置的製 造方法，其中該起始層係以碘化鉀蝕刻液移除。0535-A20504TWF(N2);A03747;JAMNGWO.ptd 第20頁
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