專利名稱：監測襯底中的槽形成的制作方法
監測襯底中的槽形成必月-景技術諸如噴墨打印頭的流體噴射裝置往往包括采用光刻法等半導體加 工方法(例如)形成于由硅等構成的晶片上的管芯。管芯通常包括用于 從所述管芯噴射諸如標記流體、藥物、藥品、燃料、粘合劑等的流體的流體覆蓋所述電阻器或壓電元件的流體進料槽(或溝道)。向所述電阻 器或壓電元件發送電信號，從而使其通電。通電的電阻器迅速加熱覆蓋 其的流體，從而引起流體蒸發，并使流體通過與所述電阻器對準的孔口 噴射。帶電壓電元件膨脹，從而迫使覆蓋其的流體通過所述孔口。就常規而言，采用磨料砂噴砂工藝形成流體進料槽。為了促進更小 的零件的開發，現在采用允許高得多的尺寸控制的諸如光或激光束的電磁波束在晶片內形成流體進料槽。直到最近，有人借助碳氟化氫(HFC) 輔助氣體利用激光束在晶片內形成流體進料槽。但是，由于環境方面的 因素，碳氟化氬(HFC)輔助氣體正在被逐步停用。對于某些流體進料 槽形成工藝而言，水輔助工藝已經替代了 HFC輔助工藝。某些工藝涉及 在形成槽之前覆蓋形成于晶片上的部件，從而在形成槽的過程中對所述 部件予以保護。但是，這樣的涂層通常是溶于水的，因而給水輔助工藝 帶來了問題。
圖1是根據本發明的實施例的流體噴射裝置的實施例的一部分的剖 面透—見圖。圖2是根據本發明的實施例的流體噴射裝置的實施例的頂視平面圖。圖3A - 3C是根據本發明的另 一 實施例的流體噴射裝置的實施例的 一部分在流體進料道的各個形成階段的截面圖。圖4示出了根據本發明的另 一 實施例的用于監測襯底中的槽形成的 實施例。在對本發明的下述詳細說明中，將參考構成了說明書的 一部分的附 圖，在附圖中通過舉例說明的方式示出了可以付諸實踐的具體實施例。 這些實施例得到了足夠詳細的描述，能夠使本領域技術人員實踐所公開 的主題，應當理解，在不背離所要求保護的主題的范圍的情況下，可以 采用其他實施例，并且可以做出各種過程、電或機械改變。因此，不應 從限定意義上理解下面的詳細說明，所要求保護的主題的范圍僅由權利 要求及其等同要件界定。圖1是根據本發明的實施例的諸如打印頭的流體噴射裝置120的一 部分的剖面透視圖，其示出了用于噴射流體的部件。就某一實施例而 言，可以采用流體噴射裝置120作為打印頭、燃料噴射器、IV投放器以 及諸如霧化器的吸入裝置，并且可以采用其將藥品淀積在村底上，將濾色器淀積到顯示介質上，或者將粘合劑淀積到襯底上等等。將流體噴射裝置120的部件形成在(例如)由硅構成的晶片122上， 所述晶片122可以包括諸如二氧化硅層的電介質層124。在下文中，可 以認為術語襯底125包括晶片122的至少一部分和電介質層124的至少 一部分。可以在單個晶片管芯上同時形成若干個打印頭襯底，每一打印 頭襯底具有獨立的流體噴射裝置。液滴從經常被稱為燃燒室的室126噴出，所述室126形成于襯底125 內，更具體而言形成于阻擋層128內，就某一實施例而言，阻擋層128 可以由感光材料形成，將感光材料層壓到襯底125上，之后按照界定室 126的構造對其曝光、顯影和固化。從室126噴射液滴的主要機構是諸如壓電補片或薄膜電阻器的噴射 元件130。噴射元件130形成于襯底125上。就某一實施例而言，與現 有技術一樣，采用適當的鈍化層或其他層覆蓋噴射元件130,并將其連 接至導電層，所述導電層傳輸(例如)用于對電阻器加熱或引起壓電補 片膨脹的電流脈沖。液滴通過形成于覆蓋大部分流體噴射裝置120的孔口板134內的孔 口 132 (圖1以剖面的形式示出了其中之一)噴射。孑L口板134可以由 激光燒蝕聚酰亞胺材料構成。將孔口板134接合至阻擋層128,并使其 對準，從而使每一個室126與通過其噴射液滴的孔口 132相連。在噴射每一液滴之后，采用液體回填室126。就這一點而言，每一室與形成于阻擋層128內的溝道136相連。溝道136朝向貫穿襯底125 形成的細長進料道(或槽)140 (圖2)延伸。根據另一實施例，如圖2 所示，進料道140可以處于燃燒室126構成的行之間的中夾位置，燃燒 室126位于進料道140的相對的長邊上。就某一實施例而言，可以在襯 底125上形成流體噴射部件(除了孔口板134外)之后形成進料道140。將剛剛提及的用于噴射液滴的部件(阻擋層128、電阻器130等) 安裝到襯底125的頂部(或上表面)142。就某一實施例而言，可以將 流體噴射裝置120的底部安裝到(例如)墨水盒的流體貯存器部分上， 或者可以將進料道140從底部(例如)通過管道連接至諸如離軸墨水貯 存器的獨立貯存器，從而使進料道140與貯存器的開口流體連通。因而， 回填液體通過進料道140從襯底125的底部朝向頂部142流動。之后， 液體5爭越頂部142流動(也就是"i兌，流到溝道136并通過其流動，并且 在孔口板134的下面流動)，以填充室126。圖3A-3C是根據本發明的另一實施例的襯底125(圖1和圖2)的 一部分在進料道140的各個形成階段的截面圖。為了簡單起見，將阻擋 層、噴射元件等上述部件示為單層310。就某一實施例而言，可以采取 保護層320覆蓋這些部件，保護層320可以是水溶性的(例如基于異丙 醇、聚乙烯醇和去離子水的混合物的旋涂焙燒"通用涂層")。如圖3B 所示，從底部144開始，采用由光源340發射的諸如由(例如)紫外光 構成的激光束的光束330在襯底125內形成進料道140的至少一部分。 就本文的使用情況而言，術語"光"是指任何具有任何適用波長的電磁 能。就一個實施例而言，在光束330去除襯底材料的同時，將含有水的 射流350，例如，霧態(或霧化)水的射流從空氣/水源355射到進料道 140內部。就另一實施例而言，含有水的射流3S0起著從進料道140清 除碎屑的作用。就另一實施例而言，采用兩個鏡式檢流計掃描頭使光束 330在襯底125的表面上掃描，其允許光束330按照預編程空間圖案去 除材料，由此形成諸如流體進料槽的復合3D特征(如WO03053627所 述)。就某一實施例而言，將控制器360連接至光源340和空氣/水源 355。就另一實施例而言，控制器360包括用于處理計算機/處理器可讀 指令的處理器362。將用于執行文中所述方法的這些計算機可讀指令存 儲到計算機可讀介質364上，并且這些計算機可讀指令可以具有軟件、固件或硬件的形式。經常將這些計算機可讀指令統稱為設備驅動程序。在硬件解決方案中，將所述指令硬編碼為諸如專用集成電路(ASIC)芯 片的處理器的一部分。在軟件或固件解決方案中，存儲所述指令以供處 理器362檢索。 一 些其他的計算機可用介質的例子包括靜態或動態隨機 存取存儲器(SRAM或DRAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可 編程ROM ( EEPROM或閃速存儲器)磁介質和光介質，固定式或可拆 除式均可。大多數面對消費者的計算機應用是放在諸如光盤只讀存儲器 (CD - ROM)的某些可拆卸計算機可用介質上提供給用戶的軟件解決 方案。就某一實施例而言，將控制器360連接至諸如光電二極管的在光源 340發射的波長上具有納秒響應時間或更快的響應時間的光學傳感器 370，以感測光束330是否穿透了上表面142，從而在上表面142內形成 了 "針孔，，375，例如，所述光學傳感器370可以是來自Electro-Optics Technology公司(美國密歇根州特拉煒斯)針對300到llOOnm的波長 的型號為ET-2030的硅PIN探測器。如果光束330穿透了上表面142 并且針孔375足夠大，那么來自含有水的射流350的水能夠穿過針孔 375,并抵達保護層320，導致保護層320溶解，從而使層310無法受到 保護。所溶解的保護層320的部分還可能與襯底碎屑混合，從而導致保 護層的溶解度降低。在清洗之后，殘余的碎屑限制或徹底堵塞了各個溝 道136 (圖1和2)。注意，如果針孔375足夠小，那么水的表面張力 和/或粘滯效應可以起到防止水穿過針孔375的作用。基本在形成針孔375的同時， 一部分光束330穿過針孔375，穿過 任選的濾波器372，例如紫外濾波器，并被光學傳感器370感測。就某 一實施例而言，可以將任選濾波器372選擇為限制抵達光學傳感器370 的激光的量，以降低傳感器370產生信號飽和或對其產生損害的可能 性。就另一實施例而言，可以選擇有選擇地阻擋激光清除過程產生的任 何附加光(例如，位于光源340的波長中心上的窄帶濾波器)，例如激 光生成等離子體發射。光學傳感器370將所感測的光束轉化為表示光束 的信號，并將所述信號傳輸給控制器360。就某一實施例而言，控制器 360跟蹤針孔的數量，并將所述數量與針孔的預定(或可接受)數量比 較。如果針孔的數量超過了預定數量，就以(例如)聽覺和/或視覺警報 的形式發出針孔過多的指示，和/或停止光源和含有水的射流350。在某些實施例中，將光學傳感器370安裝為偏離光束330的中心 軸，例如，偏離針孔375的可能位置的中心軸，從而使其在相對于光束 330成一定角度的情況下感測針孔375，如圖4所示。注意，就某一實 施例而言，可以將透鏡410插置在光學傳感器370和濾波器372之間。 就這一構造而言，光學傳感器370感測光束330生成的散射光和/或等離 子體光，以實現對針孔375的探測。更具體而言，光束330對襯底125 的一份加熱，從而引起某些加熱部分蒸發。通過生成發出寬帶輻射的等 離子體420的光束330對蒸發的襯底材料進一步加熱。當光束330剛好 穿透時，蒸汽和等離子體的壓強足以將其從針孔375中吹出，從而使光 束330和等離子體420從針孔375發出，由此被光學傳感器370的離軸 構造探測到。所述等離子體和任何硅碎屑還可能對激光進行散射，從而 使激光能夠被光學傳感器370的離軸構造探測到。就另一實施例而言，光的量與信號的幅度，例如，電壓相關，因而 針孔的尺寸亦與之相關。就某些實施例而言，將所述幅度與對應于可以 接受的針孔尺寸的預定(或可接受的)幅度進行比較。如果所述幅度超 過了預定幅度，那么以(例如)聽覺和/或視覺警報的形式發出針孔過大 的指示，和/或停止光源和含有水的射流350。就某些實施例而言，針孔 的預定數量取決于針孔的尺寸。就這些實施例而言，對于所述數量的針 孔累加每一針孔的尺寸，由此確定針孔的集合尺寸。之后，可以將所述 集合尺寸與預定的集合針孔尺寸進行比較。如果所述集合尺寸超過了預 定集合尺寸，那么以(例如)聽覺和/或視覺警報的形式發出這種情況的 指示，和/或停止光源340和含有水的射流350。就某一實施例而言，繼 續采用光束330和含有水的射流350形成進料道140的操作直到感測到 針孔為止，由此為進料道140建立了能夠使用含有水的射流350的深度 限制。在另一個實施例中，光學傳感器370可以包括攝像機，例如，模擬 或數字攝像機，其具有視頻卡和處理器，從而對模擬攝像機的各個視頻 線或數字攝像機的各個像素的輸出進行轉換或監測。就某一實施例而 言，控制器360可以處理來自攝像;f幾的信號。就另一實施例而言，可以 通過正確選擇攝像機鏡頭調整攝像機的視野，從而只監測受光束330直 接掃描的區域，由此提高靈敏度。在進料道140抵達預定深度后，例如，在感測到針孔時，關閉含有水的射流350，從進料道140清除剩余的水，并如圖3C所示，將來自(例 如)空氣/水源355的空氣射流380噴射到進料道140內。之后，就某一 實施例而言，將空氣射流380與光束330結合使用，以完成進料道140， 也就是說，使進料道140按照預期尺寸穿過上表面142，如圖3C所示。 在完成進料道140之后，(例如)采用商用晶片清洗設備去除保護層 320，例如，所述商用清洗設備可以是來自美國亞利桑那州錢德勒的Axus Technology的ONTRAK DSS — 200型Post CMP Wafer Scrubber System (CMP后晶片洗涂系統)。 結論盡管已經在文中圖示并描述了具體的實施例，但是顯然，所要求保 護的主題的范圍僅由下面的權利要求及其等同要件限定。
權利要求
1.一種方法，包括采用光束(330)在襯底(125)的第一側切割槽(140)；在切割所述槽(140)的同時，采用光學傳感器(370)監測與所述第一側相對的所述襯底(125)的第二側的表面(142)；以及如果所述光束(330)穿透了所述第二側的表面(142)，那么采用所述傳感器(370)探測所述光束(330)。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括如果所述光束(330)穿 透了所述第二側的表面(142),那么采用來自所述傳感器(370)的信 號確定穿過所述第二側的光束(330 )在所述第二側的表面(142)內形 成的孔(375)的尺寸。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，采用所述光束(330) 在所述襯底(125)的第一側內切割槽(140)還包括將含有水的射流(350)與所述光束(330)結合使用。
4. 根據權利要求1 - 3中的任何一項所述的方法，還包括確定所述 光束(330)穿過所述第二側的表面(142)的次數。
5. 根據權利要求1 -4中的任何一項所述的方法，還包括如果所 述光束(330 )穿透了所迷第二側的表面(142),將表示由穿過所述第 二側的所述光束(330)在所迷第二側的表面(142)內形成的孔(375 ) 的尺寸的所述傳感器(370)的輸出與預定尺寸相比較。
6. 根據權利要求5所述的方法，還包括如果由穿過所述第二側 的光束(330)形成的所述第二側的表面(142)內的所述孔(375 )的 尺寸超過了預定尺寸，那么啟動警報和/或停止光束(330)。
7. 根據權利要求1 - 6中的任何一項所述的方法，還包括將所述光 束(330)穿過所述第二側的次數與預定數量相比較。
8. 根據權利要求7所述的方法，還包括如果所述光束(330)穿 過所述第二側的次數超過了所述預定次數，就啟動警報和/或停止所述光 束(330 )。
9. 根據權利要求1 - 8中的任何一項所述的方法，其中，探測所述 光束(330)包括探測所述光束(330)生成的散射光或等離子體光，或 者對二者進行探測。
10. —種系統，包括被配置為在襯底(125)內形成槽(140)的光源(340); 光學傳感器(370);以及連接至所述光源(340)和光學傳感器(370)的控制器(360 ), 其中，將所述控制器(340)配置為使所述系統執行根據權利要求1-9 中的任何一項所述的方法。
全文摘要
采用光束(330)在襯底(125)的第一側內切割槽(140)。在切割槽(140)的同時，采用光學傳感器(370)監測與所述第一側相對的襯底(125)的第二側的表面(142)。如果所述光束(330)穿透了所述第二側的表面(142)，那么采用傳感器(370)探測所述光束(330)。
文檔編號B41J2/16GK101223034SQ200680025488
公開日2008年7月16日 申請日期2006年6月19日 優先權日2005年7月13日
發明者I·坎貝爾-布朗, S·奧布賴恩, S·格雷默 申請人:惠普開發有限公司