(57)【要約】【課題】【解決手段】  光ビーム（３３０）を使用して基板（１２５）の第１の側にスロット（１４０）を切削する。スロット（１４０）を切削している間、光センサ（３７０）が、基板（１２５）の第１の側と反対の第２の側の表面（１４２）をモニタする。光ビーム（３３０）が第２の側の表面（１４２）を貫通した場合にセンサ（３７０）が光ビーム（３３０）を検出する。【選択図】図３Ｂ
2009501087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを使用して基板の第１の側にスロットを切削するステップと、
前記スロットを切削している間に、光センサを使用して、前記基板の第１の側とは反対の第２の側の表面をモニタするステップと、
前記光ビームが第２の側の表面を貫通した場合に、前記光センサを使用して前記光ビームを検出するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記光ビームが前記第２の側の表面を貫通した場合に、前記光センサからの信号を使用して、前記第２の側を貫通する光ビームによって形成された前記第２の側の表面の穴のサイズを決定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ビームを使用して前記基板の第１の側に前記スロットを切削するステップは、前記光ビームと共に含水ジェットを使用するステップを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光ビームが前記第２の側の表面を貫通する回数を決定するステップを更に含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記光ビームが前記第２の側の表面を貫通した場合に、前記第２の側を貫通する前記光ビームによって形成された前記第２の側の表面の穴のサイズを表す前記光センサの出力を所定のサイズのものと比較するステップを更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の側を貫通する前記光ビームによって形成された前記第２の側の表面の穴のサイズが所定のサイズを超えた場合には警告を出し、および／または前記光ビームを停止するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光ビームが前記第２の側を貫通する回数を所定の数と比較するステップを更に含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記光ビームが前記第２の側を貫通する回数が所定の数を超えた場合には警告を出し、および／または前記光ビームを停止するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光ビームを検出するステップは、散乱光、前記光ビームによって生成されたプラズマ光、または、これらの両方の光を検出することを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
基板にスロットを形成するように構成された光源と、
光センサと、
前記光源と前記光センサに接続されたコントローラであって、該コントローラは、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法をシステムに実行させるように構成された、コントローラと
を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
インクジェット印刷ヘッドなどの流体射出装置は、通常、例えばフォトリソグラフィーなどの半導体処理方法を使用してシリコンウェハなどの上に形成されたダイを有する。ダイは、例えばマーキング液、医薬品、薬物、燃料、接着剤などの流体をダイから射出するための抵抗体または圧電素子と、流体を抵抗体または圧電素子に送って流体が抵抗体または圧電素子を覆うようにする流体供給スロット（または、チャネル）とを有する。抵抗体または圧電素子に通電するために電気信号が抵抗体または圧電素子に送られる。通電された抵抗体は、抵抗体を覆っている流体を素早く加熱し、それにより流体は蒸発して抵抗体と位置合わせされたオリフィスから射出される。通電された圧電素子は膨脹して、圧電素子を覆っている流体をオリフィスから押し出す。
【０００２】
従来、流体供給スロットは、研磨サンドブラスト工程（abrasive sand blast process）により形成されていた。より小さな部品の開発を容易にするために、現在、ウェハの流体供給スロットは、より大きい寸法の制御を可能にする光やレーザビームなどの電磁気ビームを使用して形成されている。最近まで、流体供給スロットは、レーザビームをヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）アシストガスと一緒に使用してウェハ内に形成されていた。しかしながら、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）アシストガスは、環境問題のために段階的に廃止されてきている。いくつかの流体供給スロット形成工程では、ＨＦＣアシスト工程の代わりに水アシスト工程が使用されるようになった。いくつかの工程は、スロットを形成する際に、スロットを形成する前にウェハ上に形成された構成要素を覆いその構成要素を保護する段階を含む。しかしながら、そのような被覆物は、一般に、水溶性であり、水アシスト工程では問題となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
本実施形態の以下の詳細な説明では、実施形態の一部分を構成する添付図面を参照し、これらの添付図面では、実施することができる固有の実施形態を例として示す。そのような実施形態は、開示した内容を当業者が実施できるように十分に詳細に示され、また他の実施形態を利用することができ、請求した内容の範囲を逸脱することなくプロセス変更、電気的変更または機械的変更を行なうことができることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定の意味に解釈されるべきでなく、請求した内容の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ定義される。
【０００４】
図１は、印刷ヘッドなどの流体射出装置１２０の一部分の斜視断面図であり、一実施形態により流体を射出するための構成要素を示す。一実施形態では、流体射出装置１２０は、基板への薬剤の付着、表示媒体へのカラーフィルタの付着、基板への接着剤の付着などのための印刷ヘッド、燃料噴射器、ＩＶディスペンサ、およびネブライザーなどの吸入装置として使用されることがある。
【０００５】
流体射出装置１２０の構成要素は、例えばシリコンからなるウェハ１２２上に形成され、ウェハ１２２は、二酸化シリコン層などの誘電体層１２４を含みうる。今後、基板１２５という語は、ウェハ１２２の少なくとも一部分と誘電体層１２４の少なくとも一部分を含むものとする。個別の流体射出装置をそれぞれ備えたいくつかの印刷ヘッド基板を単一ウェハダイ上に同時に形成することができる。
【０００６】
例えば発射チャンバと呼ばれるチャンバ１２６から液滴が射出され、チャンバ１２６は、基板１２５内に形成され、より具体的には、一実施形態では、基板１２５上に積層され、次にチャンバ１２６を画定する形状に露光され、現像され、硬化される感光材料で形成される障壁層１２８内に形成される。
【０００７】
チャンバ１２６から液滴を射出するための主な機構は、圧電パッチや薄膜抵抗体などの射出要素１３０である。射出要素１３０は基板１２５上に形成される。一実施形態では、射出要素１３０は、当該技術分野において知られているような適切なパッシベーション層などにより覆われ、例えば抵抗体を発熱させたり圧電パッチを膨脹させたりするための電流パルスを送る導電層に接続されている。
【０００８】
液滴は、流体射出装置１２０のほとんどを覆うオリフィス板１３４内に形成されたオリフィス１３２（その１つを図１に切除して示した）から射出される。オリフィス板１３４は、レーザ切除したポリイミド材料から作成されていてもよい。オリフィス板１３４は、障壁層１２８に結合され、液滴を射出するオリフィス１３２のうちの１つと各チャンバ１２６が連続するように位置合わせされる。
【０００９】
各液滴が射出された後、チャンバ１２６に液体が補充される。この点において、各チャンバは、障壁層１２８内に形成されたチャネル１３６と連続している。チャネル１３６は、基板１２５内に形成された細長い供給チャネル（即ち、スロット）１４０（図２）の方に延びている。別の実施形態によれば、図２に示したように、インク供給チャネル１４０は、供給チャネル１４０の両側の長辺上に配置されたチャンバ列１２６の間の中心に配置されていてもよい。一実施形態では、供給チャネル１４０は、（オリフィス板１３４を除く）インク射出構成要素が基板１２５上に形成された後に作成される。
【００１０】
インク液滴を射出するための前述の構成要素（障壁層１２８、抵抗体１３０など）は、基板１２５の上面１４２（または上側面）に実装される。一実施形態では、流体射出装置１２０の底面が、例えばインクカートリッジの流体リザーバ部分に取り付けられていてもよく、あるいは供給チャネル１４０が、例えば導管によって底面にあるオフ軸インクリザーバなどの別のリザーバに結合されて供給チャネル１４０がリザーバへの開口に流体連通するようにされていてもよい。これにより、補充液が、供給チャネル１４０を通って底面から基板１２５の上面１４２の方に流れる。そして、液体は、上面１４２を横切って（即ち、チャネル１３６を通ってオリフィス板１３４の下に流れ）チャンバ１２６を満たす。
【００１１】
図３Ａ〜図３Ｃは、別の実施形態による供給チャネル１４０の様々な形成段階にある基板１２５（図１と図２）の一部分の断面図である。単純にするために、障壁層や射出要素などの前述の構成要素は単一層３１０として示した。一実施形態では、水溶性（イソプロピルアルコールとポリビニルアルコールと脱イオン水の混合物を主成分とする回転焼成した「汎用コーティング」など）でありうる保護層３２０により、これらの構成要素を覆っていてもよい。供給チャネル１４０の少なくとも一部分は、図３Ｂにおいて、光源３４０から放射されるレーザビームなどの光ビーム３３０（例えば、紫外光）を使用して、基板１２５に底面１４４の方から形成される。本明細書において使用されるとき、「光」の用語は、応用可能な任意の波長の電磁エネルギーを指す。一実施形態では、光ビーム３３０が基板材料を除去するとき、（例えば、霧状（またはエーロゾル状）の水のジェットである）含水ジェット３５０が、例えば空気／水の供給源３５５から供給チャネル１４０に導かれる。別の実施形態では、含水ジェット３５０は、供給チャネル１４０から砕片を除去する働きをする。別の実施形態では、２ミラー・ガルバノメータ・スキャンヘッドを使用して基板１２５の表面にわたって光ビーム３３０をスキャンして、光ビーム３３０により（ＷＯ０３０５３６２７に記載されているような）予めプログラムされた空間パターンで材料を除去することによって、流体供給スロットなどの複雑な三次元形状を形成することができる。
【００１２】
一実施形態では、コントローラ３６０は、光源３４０と空気／水の供給源３５５に接続される。別の実施形態では、コントローラ３６０は、コンピュータ／プロセッサに読み取り可能な命令を処理するプロセッサ３６２を有する。本明細書において述べる方法を実行するこれらのコンピュータに読み取り可能な命令は、コンピュータに読み取り可能な媒体３６４に記憶され、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアの形でありうる。全体として、これらのコンピュータに読み取り可能な命令は、装置ドライバと呼ばれることがある。ハードウェアソリューションでは、命令は、プロセッサ（例えば、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）チップ）の一部としてハードコードされる。ソフトウェアまたはファームウェアソリューションでは、命令は、プロセッサ３６２によって取り出されるように記憶される。コンピュータに読み取り可能な媒体の更にいくつかの例には、スタティックまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、固定式または取り外し式磁気媒体および光学媒体がある。ほとんどの消費者指向コンピュータアプリケーションは、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）などの脱着式のコンピュータに読み取り可能な媒体によりユーザに提供されるソフトウェアソリューションである。
【００１３】
一実施形態では、コントローラ３６０は、光ビーム３３０が上側面１４２に透通して上側面１４２に「ピンホール」３７５を形成したどうかを検出するために、光源３４０から放射される波長でナノ秒またはさらに高速の応答時間を有するフォトダイオードなどの光センサ３７０に接続される。この光センサ３７０は、Electro-Optics Technology, Inc.（米国ミシガン州トラバースシティ）から入手可能な３００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長用のシリコンＰＩＮデテクタモデル番号ＥＴ−２０３０などである。光ビーム３３０が上側面１４２に透通し、ピンホール３７５が十分に大きくなった場合は、含水ジェット３５０による水がピンホール３７５を通り保護層３２０に達する可能性があり、それにより保護層３２０が溶けて層３１０が保護されなくなる。また、保護層３２０の溶けた部分は基板の砕片と混ざり、その結果保護層の溶解度が低下する。洗浄した後、残った砕片は、（図１および図２の）様々なチャネル１３６を制限するかまたは完全に塞ぐ。ピンホール３７５が十分に小さい場合は、水の表面張力および／または粘性が、水がピンホール３７５を通るのを妨げる働きをすることに注意されたい。
【００１４】
ピンホール３７５が形成されるのと実質的に同時に、光ビーム３３０の一部分が、ピンホール３７５を通り、（例えば、紫外線フィルタなどの）任意選択的なフィルタ３７２を通り、光センサ３７０によって検出される。一実施形態では、任意選択的なフィルタ３７２は、信号飽和やセンサ３７０の破損の危険を小さくするために、光センサ３７０に達するレーザ光の量を制限するように選択することができる。別の実施形態では、任意選択的なフィルタ３７２は、レーザにより生成されたプラズマ放射などのレーザ除去プロセスで生成された外部光を選択的に遮断するように選択されていてもよい（例えば、光源３４０の波長に中心がある狭帯域フィルタ）。光センサ３７０は、検出した光ビームを、光ビームを表す信号へと変換し、その信号をコントローラ３６０に送る。一実施形態では、コントローラ３６０は、ピンホールの数を常に把握し、その数をピンホールの所定の（または、許容可能な）数と比較する。ピンホールの数が所定数を超えた場合には、ピンホールが多すぎるという指示が、例えば音声および／または視覚警告の形で出され、および／または光源３４０と含水ジェット３５０が停止される。
【００１５】
いくつかの実施形態において、図４に示したように、光センサ３７０は、光ビーム３３０の中心軸（例えば、ピンホール３７５の予想位置の中心軸）から外され、それにより、ピンホール３７５を光ビーム３３０に対して斜めに検出する。一実施形態では、光センサ３７０とフィルタ３７２との間にレンズ４１０が配置されていてもよいことに注意されたい。この構成では、光センサ３７０は、光ビーム３３０によって生成された散乱光および／またはプラズマ光を検出してピンホール３７５を検出することができる。より具体的には、光ビーム３３０は、基板１２５の一部分を加熱して、加熱部分の一部を蒸発させる。蒸発した基板材料は、広帯域放射光を放射するプラズマ４２０を生成する光ビーム３３０によって更に加熱される。光ビーム３３０が貫通した瞬間、蒸気とプラズマの圧力は、光ビーム３３０とプラズマ４２０をピンホール３７５から出させるのに十分であり、その圧力により蒸気とプラズマがピンホール３７５から飛び出し、オフ軸構成の光センサ３７０がそれを検出することができる。また、プラズマとシリコンの砕片は、オフ軸構成の光センサ３７０が検出することができるレーザ光を散乱させることができる。
【００１６】
別の実施形態では、光の量つまりピンホールのサイズが、信号の振幅（例えば、電圧）と関連付けられる。いくつかの実施形態では、振幅は、許容可能なピンホールサイズに対応する所定の（または、許容可能な）振幅と比較される。振幅が所定の振幅を超えた場合には、ピンホールが大きすぎるという指示が、例えば音声および／または視覚警告の形で提供され、および／または光源３４０と含水ジェット３５０が停止される。いくつかの実施形態で、ピンホールの所定の数は、ピンホールのサイズに依存する。そのような実施形態では、ピンホールの数だけ各ピンホールのサイズを合計することによって、ピンホールの総サイズが決定される。そして、総サイズを所定の集合的ピンホールサイズと比較することができる。総サイズが所定の総サイズを超えた場合には、その指示が、例えば音声および／または視覚警告の形で提供され、および／または光源３４０と含水ジェット３５０が停止される。一実施形態において、光ビーム３３０と含水ジェット３５０により供給チャネル１４０を形成するプロセスは、ピンホールが検出されるまで続き、それにより含水ジェット３５０を使用することができる供給チャネル１４０の深さ制限が設定される。
【００１７】
更に他の実施形態では、光センサ３７０は、ビデオカードを備えたカメラ（例えば、アナログまたはデジタルカメラ）と、アナログカメラの個々のビデオラインまたはデジタルカメラの個々の画素の出力を変換しモニタするプロセッサとを備えることができる。一実施形態では、コントローラ３６０は、カメラからの信号を処理することができる。別の実施形態では、光ビーム３３０によって直接にスキャンされる領域だけをモニタし、それにより感度が高くなるように、カメラレンズを適正に選択することによりカメラの視野を調整することができる。
【００１８】
供給チャネル１４０が所定の深さに達した後（ピンホールが検出されたときなど）に、含水ジェット３５０を遮断し、供給チャネル１４０から残っている水を除去する、図に３Ｃ示したように、例えば空気ジェット３８０が空気／水の供給源３５５から供給チャネル１４０内に導かれる。そして、空気ジェット３８０は、供給チャネル１４０を仕上げるため光ビーム３３０と共に使用され、その結果、一実施形態として図３Ｃに示したように、供給チャネル１４０が上側面１４２を所望のサイズで通る。供給チャネル１４０を仕上げた後に、例えば米国アリゾナ州チャンドラーのAxus Technologyから入手可能なONTRAK model DSS-200 Post CMP Wafer Scrubber Systemなどの市販のウェハ洗浄装置を使用して、保護層３２０が除去される。
【００１９】
むすび
本明細書に特定の実施形態を示して説明してきたが、特許請求の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の実施形態による流体射出装置の一実施形態の一部分の斜視破断図である。
【図２】本開示の実施形態による流体射出装置の一実施形態の上面図である。
【図３Ａ】本開示の別の実施形態による流体供給チャネルの様々な形成段階にある流体射出装置の一実施形態の一部分の断面図である。
【図３Ｂ】本開示の別の実施形態による流体供給チャネルの様々な形成段階にある流体射出装置の一実施形態の一部分の断面図である。
【図３Ｃ】本開示の別の実施形態による流体供給チャネルの様々な形成段階にある流体射出装置の一実施形態の一部分の断面図である。
【図４】本開示の別の実施形態による基板のスロット形成をモニタするための一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１２５  基板
１４０  スロット
１４２  表面
３３０  光ビーム
３７０  光センサ
【図１】
2009501087.tif 000003
【図２】
2009501087.tif 000004
【図３Ａ】
2009501087.tif 000005
【図３Ｂ】
2009501087.tif 000006
【図３Ｃ】
2009501087.tif 000007
【図４】
2009501087.tif 000008
【国際調査報告】
2009501087.tif 000009
2009501087.tif 000010
2009501087.tif 000011