专利名称：监测衬底中的槽形成的制作方法
监测衬底中的槽形成必月-景技术诸如喷墨打印头的流体喷射装置往往包括采用光刻法等半导体加 工方法(例如)形成于由硅等构成的晶片上的管芯。管芯通常包括用于 从所述管芯喷射诸如标记流体、药物、药品、燃料、粘合剂等的流体的流体覆盖所述电阻器或压电元件的流体进料槽(或沟道)。向所述电阻 器或压电元件发送电信号，从而使其通电。通电的电阻器迅速加热覆盖 其的流体，从而引起流体蒸发，并使流体通过与所述电阻器对准的孔口 喷射。带电压电元件膨胀，从而迫使覆盖其的流体通过所述孔口。就常规而言，采用磨料砂喷砂工艺形成流体进料槽。为了促进更小 的零件的开发，现在采用允许高得多的尺寸控制的诸如光或激光束的电磁波束在晶片内形成流体进料槽。直到最近，有人借助碳氟化氢(HFC) 辅助气体利用激光束在晶片内形成流体进料槽。但是，由于环境方面的 因素，碳氟化氬(HFC)辅助气体正在被逐步停用。对于某些流体进料 槽形成工艺而言，水辅助工艺已经替代了 HFC辅助工艺。某些工艺涉及 在形成槽之前覆盖形成于晶片上的部件，从而在形成槽的过程中对所述 部件予以保护。但是，这样的涂层通常是溶于水的，因而给水辅助工艺 带来了问题。
图1是根据本发明的实施例的流体喷射装置的实施例的一部分的剖 面透—见图。图2是根据本发明的实施例的流体喷射装置的实施例的顶视平面图。图3A - 3C是根据本发明的另 一 实施例的流体喷射装置的实施例的 一部分在流体进料道的各个形成阶段的截面图。图4示出了根据本发明的另 一 实施例的用于监测衬底中的槽形成的 实施例。在对本发明的下述详细说明中，将参考构成了说明书的 一部分的附 图，在附图中通过举例说明的方式示出了可以付诸实践的具体实施例。 这些实施例得到了足够详细的描述，能够使本领域技术人员实践所公开 的主题，应当理解，在不背离所要求保护的主题的范围的情况下，可以 采用其他实施例，并且可以做出各种过程、电或机械改变。因此，不应 从限定意义上理解下面的详细说明，所要求保护的主题的范围仅由权利 要求及其等同要件界定。图1是根据本发明的实施例的诸如打印头的流体喷射装置120的一 部分的剖面透视图，其示出了用于喷射流体的部件。就某一实施例而 言，可以采用流体喷射装置120作为打印头、燃料喷射器、IV投放器以 及诸如雾化器的吸入装置，并且可以采用其将药品淀积在村底上，将滤色器淀积到显示介质上，或者将粘合剂淀积到衬底上等等。将流体喷射装置120的部件形成在(例如)由硅构成的晶片122上， 所述晶片122可以包括诸如二氧化硅层的电介质层124。在下文中，可 以认为术语衬底125包括晶片122的至少一部分和电介质层124的至少 一部分。可以在单个晶片管芯上同时形成若干个打印头衬底，每一打印 头衬底具有独立的流体喷射装置。液滴从经常被称为燃烧室的室126喷出，所述室126形成于衬底125 内，更具体而言形成于阻挡层128内，就某一实施例而言，阻挡层128 可以由感光材料形成，将感光材料层压到衬底125上，之后按照界定室 126的构造对其曝光、显影和固化。从室126喷射液滴的主要机构是诸如压电补片或薄膜电阻器的喷射 元件130。喷射元件130形成于衬底125上。就某一实施例而言，与现 有技术一样，采用适当的钝化层或其他层覆盖喷射元件130,并将其连 接至导电层，所述导电层传输(例如)用于对电阻器加热或引起压电补 片膨胀的电流脉沖。液滴通过形成于覆盖大部分流体喷射装置120的孔口板134内的孔 口 132 (图1以剖面的形式示出了其中之一)喷射。孑L口板134可以由 激光烧蚀聚酰亚胺材料构成。将孔口板134接合至阻挡层128,并使其 对准，从而使每一个室126与通过其喷射液滴的孔口 132相连。在喷射每一液滴之后，采用液体回填室126。就这一点而言，每一室与形成于阻挡层128内的沟道136相连。沟道136朝向贯穿衬底125 形成的细长进料道(或槽)140 (图2)延伸。根据另一实施例，如图2 所示，进料道140可以处于燃烧室126构成的行之间的中夹位置，燃烧 室126位于进料道140的相对的长边上。就某一实施例而言，可以在衬 底125上形成流体喷射部件(除了孔口板134外)之后形成进料道140。将刚刚提及的用于喷射液滴的部件(阻挡层128、电阻器130等) 安装到衬底125的顶部(或上表面)142。就某一实施例而言，可以将 流体喷射装置120的底部安装到(例如)墨水盒的流体贮存器部分上， 或者可以将进料道140从底部(例如)通过管道连接至诸如离轴墨水贮 存器的独立贮存器，从而使进料道140与贮存器的开口流体连通。因而， 回填液体通过进料道140从衬底125的底部朝向顶部142流动。之后， 液体5争越顶部142流动(也就是"i兌，流到沟道136并通过其流动，并且 在孔口板134的下面流动)，以填充室126。图3A-3C是根据本发明的另一实施例的衬底125(图1和图2)的 一部分在进料道140的各个形成阶段的截面图。为了简单起见，将阻挡 层、喷射元件等上述部件示为单层310。就某一实施例而言，可以采取 保护层320覆盖这些部件，保护层320可以是水溶性的(例如基于异丙 醇、聚乙烯醇和去离子水的混合物的旋涂焙烧"通用涂层")。如图3B 所示，从底部144开始，采用由光源340发射的诸如由(例如)紫外光 构成的激光束的光束330在衬底125内形成进料道140的至少一部分。 就本文的使用情况而言，术语"光"是指任何具有任何适用波长的电磁 能。就一个实施例而言，在光束330去除衬底材料的同时，将含有水的 射流350，例如，雾态(或雾化)水的射流从空气/水源355射到进料道 140内部。就另一实施例而言，含有水的射流3S0起着从进料道140清 除碎屑的作用。就另一实施例而言，采用两个镜式检流计扫描头使光束 330在衬底125的表面上扫描，其允许光束330按照预编程空间图案去 除材料，由此形成诸如流体进料槽的复合3D特征(如WO03053627所 述)。就某一实施例而言，将控制器360连接至光源340和空气/水源 355。就另一实施例而言，控制器360包括用于处理计算机/处理器可读 指令的处理器362。将用于执行文中所述方法的这些计算机可读指令存 储到计算机可读介质364上，并且这些计算机可读指令可以具有软件、固件或硬件的形式。经常将这些计算机可读指令统称为设备驱动程序。在硬件解决方案中，将所述指令硬编码为诸如专用集成电路(ASIC)芯 片的处理器的一部分。在软件或固件解决方案中，存储所述指令以供处 理器362检索。 一 些其他的计算机可用介质的例子包括静态或动态随机 存取存储器(SRAM或DRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可 编程ROM ( EEPROM或闪速存储器)磁介质和光介质，固定式或可拆 除式均可。大多数面对消费者的计算机应用是放在诸如光盘只读存储器 (CD - ROM)的某些可拆卸计算机可用介质上提供给用户的软件解决 方案。就某一实施例而言，将控制器360连接至诸如光电二极管的在光源 340发射的波长上具有纳秒响应时间或更快的响应时间的光学传感器 370，以感测光束330是否穿透了上表面142，从而在上表面142内形成 了 "针孔，，375，例如，所述光学传感器370可以是来自Electro-Optics Technology公司(美国密歇根州特拉炜斯)针对300到llOOnm的波长 的型号为ET-2030的硅PIN探测器。如果光束330穿透了上表面142 并且针孔375足够大，那么来自含有水的射流350的水能够穿过针孔 375,并抵达保护层320，导致保护层320溶解，从而使层310无法受到 保护。所溶解的保护层320的部分还可能与衬底碎屑混合，从而导致保 护层的溶解度降低。在清洗之后，残余的碎屑限制或彻底堵塞了各个沟 道136 (图1和2)。注意，如果针孔375足够小，那么水的表面张力 和/或粘滞效应可以起到防止水穿过针孔375的作用。基本在形成针孔375的同时， 一部分光束330穿过针孔375，穿过 任选的滤波器372，例如紫外滤波器，并被光学传感器370感测。就某 一实施例而言，可以将任选滤波器372选择为限制抵达光学传感器370 的激光的量，以降低传感器370产生信号饱和或对其产生损害的可能 性。就另一实施例而言，可以选择有选择地阻挡激光清除过程产生的任 何附加光(例如，位于光源340的波长中心上的窄带滤波器)，例如激 光生成等离子体发射。光学传感器370将所感测的光束转化为表示光束 的信号，并将所述信号传输给控制器360。就某一实施例而言，控制器 360跟踪针孔的数量，并将所述数量与针孔的预定(或可接受)数量比 较。如果针孔的数量超过了预定数量，就以(例如)听觉和/或视觉警报 的形式发出针孔过多的指示，和/或停止光源和含有水的射流350。在某些实施例中，将光学传感器370安装为偏离光束330的中心 轴，例如，偏离针孔375的可能位置的中心轴，从而使其在相对于光束 330成一定角度的情况下感测针孔375，如图4所示。注意，就某一实 施例而言，可以将透镜410插置在光学传感器370和滤波器372之间。 就这一构造而言，光学传感器370感测光束330生成的散射光和/或等离 子体光，以实现对针孔375的探测。更具体而言，光束330对衬底125 的一份加热，从而引起某些加热部分蒸发。通过生成发出宽带辐射的等 离子体420的光束330对蒸发的衬底材料进一步加热。当光束330刚好 穿透时，蒸汽和等离子体的压强足以将其从针孔375中吹出，从而使光 束330和等离子体420从针孔375发出，由此被光学传感器370的离轴 构造探测到。所述等离子体和任何硅碎屑还可能对激光进行散射，从而 使激光能够被光学传感器370的离轴构造探测到。就另一实施例而言，光的量与信号的幅度，例如，电压相关，因而 针孔的尺寸亦与之相关。就某些实施例而言，将所述幅度与对应于可以 接受的针孔尺寸的预定(或可接受的)幅度进行比较。如果所述幅度超 过了预定幅度，那么以(例如)听觉和/或视觉警报的形式发出针孔过大 的指示，和/或停止光源和含有水的射流350。就某些实施例而言，针孔 的预定数量取决于针孔的尺寸。就这些实施例而言，对于所述数量的针 孔累加每一针孔的尺寸，由此确定针孔的集合尺寸。之后，可以将所述 集合尺寸与预定的集合针孔尺寸进行比较。如果所述集合尺寸超过了预 定集合尺寸，那么以(例如)听觉和/或视觉警报的形式发出这种情况的 指示，和/或停止光源340和含有水的射流350。就某一实施例而言，继 续采用光束330和含有水的射流350形成进料道140的操作直到感测到 针孔为止，由此为进料道140建立了能够使用含有水的射流350的深度 限制。在另一个实施例中，光学传感器370可以包括摄像机，例如，模拟 或数字摄像机，其具有视频卡和处理器，从而对模拟摄像机的各个视频 线或数字摄像机的各个像素的输出进行转换或监测。就某一实施例而 言，控制器360可以处理来自摄像;f几的信号。就另一实施例而言，可以 通过正确选择摄像机镜头调整摄像机的视野，从而只监测受光束330直 接扫描的区域，由此提高灵敏度。在进料道140抵达预定深度后，例如，在感测到针孔时，关闭含有水的射流350，从进料道140清除剩余的水，并如图3C所示，将来自(例 如)空气/水源355的空气射流380喷射到进料道140内。之后，就某一 实施例而言，将空气射流380与光束330结合使用，以完成进料道140， 也就是说，使进料道140按照预期尺寸穿过上表面142，如图3C所示。 在完成进料道140之后，(例如)采用商用晶片清洗设备去除保护层 320，例如，所述商用清洗设备可以是来自美国亚利桑那州钱德勒的Axus Technology的ONTRAK DSS — 200型Post CMP Wafer Scrubber System (CMP后晶片洗涂系统)。 结论尽管已经在文中图示并描述了具体的实施例，但是显然，所要求保 护的主题的范围仅由下面的权利要求及其等同要件限定。
权利要求
1.一种方法，包括采用光束(330)在衬底(125)的第一侧切割槽(140)；在切割所述槽(140)的同时，采用光学传感器(370)监测与所述第一侧相对的所述衬底(125)的第二侧的表面(142)；以及如果所述光束(330)穿透了所述第二侧的表面(142)，那么采用所述传感器(370)探测所述光束(330)。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括如果所述光束(330)穿 透了所述第二侧的表面(142),那么采用来自所述传感器(370)的信 号确定穿过所述第二侧的光束(330 )在所述第二侧的表面(142)内形 成的孔(375)的尺寸。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，采用所述光束(330) 在所述衬底(125)的第一侧内切割槽(140)还包括将含有水的射流(350)与所述光束(330)结合使用。
4. 根据权利要求1 - 3中的任何一项所述的方法，还包括确定所述 光束(330)穿过所述第二侧的表面(142)的次数。
5. 根据权利要求1 -4中的任何一项所述的方法，还包括如果所 述光束(330 )穿透了所迷第二侧的表面(142),将表示由穿过所述第 二侧的所述光束(330)在所迷第二侧的表面(142)内形成的孔(375 ) 的尺寸的所述传感器(370)的输出与预定尺寸相比较。
6. 根据权利要求5所述的方法，还包括如果由穿过所述第二侧 的光束(330)形成的所述第二侧的表面(142)内的所述孔(375 )的 尺寸超过了预定尺寸，那么启动警报和/或停止光束(330)。
7. 根据权利要求1 - 6中的任何一项所述的方法，还包括将所述光 束(330)穿过所述第二侧的次数与预定数量相比较。
8. 根据权利要求7所述的方法，还包括如果所述光束(330)穿 过所述第二侧的次数超过了所述预定次数，就启动警报和/或停止所述光 束(330 )。
9. 根据权利要求1 - 8中的任何一项所述的方法，其中，探测所述 光束(330)包括探测所述光束(330)生成的散射光或等离子体光，或 者对二者进行探测。
10. —种系统，包括被配置为在衬底(125)内形成槽(140)的光源(340); 光学传感器(370);以及连接至所述光源(340)和光学传感器(370)的控制器(360 ), 其中，将所述控制器(340)配置为使所述系统执行根据权利要求1-9 中的任何一项所述的方法。
全文摘要
采用光束(330)在衬底(125)的第一侧内切割槽(140)。在切割槽(140)的同时，采用光学传感器(370)监测与所述第一侧相对的衬底(125)的第二侧的表面(142)。如果所述光束(330)穿透了所述第二侧的表面(142)，那么采用传感器(370)探测所述光束(330)。
文档编号B41J2/16GK101223034SQ200680025488
公开日2008年7月16日 申请日期2006年6月19日 优先权日2005年7月13日
发明者I·坎贝尔-布朗, S·奥布赖恩, S·格雷默 申请人:惠普开发有限公司