專利名稱：結(jié)構(gòu)主體的制造方法、液滴排放頭和液體排放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過包括玻璃襯底而形成的結(jié)構(gòu)主體的制造技術(shù)，尤其涉及適于用在制造諸如液滴排放頭的射流裝置中的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，利用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的裝置的研發(fā)進(jìn)行的比較活躍，例如，這已經(jīng)應(yīng)用到諸如液滴排放頭、生物芯片、微泵等的各種射流裝置中。就前述裝置的結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)行了不同的研究，例如，使用了從硅襯底和玻璃襯底所形成的粘合主體而形成的結(jié)構(gòu)。使用這樣的射流裝置，槽、孔(凹陷)、通孔等形成在硅襯底和玻璃襯底中，以產(chǎn)生用于讓裝置內(nèi)的一定類型的溶液通過的流體通道或者產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)固定操作的執(zhí)行器(移動(dòng)部件)或者其它功能單元。
在玻璃襯底等中形成流體通道或者其它功能單元的過程相對(duì)通過處理玻璃襯底等的表面?zhèn)榷鴪?zhí)行，并且此處理經(jīng)常是照像平版術(shù)技術(shù)和蝕刻技術(shù)的組合。同時(shí)，形成玻璃襯底等中的通口等的過程通過在玻璃襯底等的板厚的方向上執(zhí)行處理而進(jìn)行，此處理經(jīng)常是利用諸如鉆子的切割工具的機(jī)械處理。此外，近年來，作為執(zhí)行對(duì)玻璃襯底的微制造的一種技術(shù)，通過將光輻射到玻璃襯底的所需的位置上而在被輻射區(qū)域和未輻射區(qū)域之間造成蝕刻速度的差異并將所輻射的區(qū)域用蝕刻處理而移除的處理技術(shù)是公知的。此種類型的技術(shù)例如在日本專利申請(qǐng)公開出版物公報(bào)的No.H9-309744中進(jìn)行了說明。

發(fā)明內(nèi)容
但是，前述的傳統(tǒng)技術(shù)具有如下的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)首先在玻璃襯底上形成通孔等并且此后形成功能單元時(shí)，在照像平版術(shù)處理的過程中的光致抗蝕劑(光敏薄膜)的沉積由于通孔等的存在而不是非常容易，并且功能單元的形成將由此變得困難。相反，當(dāng)首先在玻璃襯底上形成功能單元然后形成通孔等時(shí)，在鉆通孔等之前用于保護(hù)首先形成的功能單元的措施(例如，用保護(hù)薄膜覆蓋功能單元)是必要的，這將導(dǎo)致復(fù)雜的過程和較高的成本。
這樣，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種技術(shù)，其能夠避免復(fù)雜過程和較高成本，同時(shí)在形成包括玻璃襯底的裝置時(shí)獲得功能單元的保護(hù)。
本發(fā)明的第一模式是一種用從玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在玻璃襯底的一個(gè)表面上形成第一功能單元，用作結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)單元；第二步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元；第三步驟，通過從玻璃襯底的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐⒃诓Ａбr底的厚度方向上掃描激光束的焦點(diǎn)而形成在玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；以及第四步驟，通過蝕刻玻璃襯底和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在玻璃襯底上形成孔。
根據(jù)本發(fā)明的前述制造方法，由于玻璃襯底中的孔的形成處理(蝕刻處理)在形成到玻璃襯底上的功能單元已經(jīng)覆蓋了半導(dǎo)體襯底之后而執(zhí)行，這就可能在不需要任何特殊的措施的情況下獲得對(duì)功能單元的保護(hù)，這就能夠避免復(fù)雜的過程和較高的成本。此外，由于采用利用激光束的效果的處理方法，不需要在玻璃襯底上的光致抗蝕劑的沉積，由此孔的形成得以方便。
如此說明書中所使用的那樣，術(shù)語“玻璃襯底”包括從諸如鈉玻璃、石英玻璃、硼硅酸玻璃等的不同的玻璃形成的襯底。此外，此處使用的術(shù)語“半導(dǎo)體襯底”包括從諸如硅(Si)和鍺(Ge)元素半導(dǎo)體(elementalsemiconductor)；砷化鎵(GaAs)復(fù)合物半導(dǎo)體；以及混合晶體半導(dǎo)體的各種半導(dǎo)體所形成的襯底。此外，此處術(shù)語“受影響區(qū)域”指的是具有不同的密度、折射率、機(jī)械強(qiáng)度和其它物理屬性的區(qū)域，并且與受影響的區(qū)域不同區(qū)域相比可以很容易被蝕刻，并且此包括其中形成微小裂紋的區(qū)域。此外，此處使用的術(shù)語“功能單元”指的是用作電極、布線、流體的流體通道、執(zhí)行器或者作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件使用的一些類型的單元。
前述第二步驟中的玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底的粘合可以用任何不同的公知方法(例如，氫氟酸粘合，利用粘合材料的粘合等)來進(jìn)行，但是優(yōu)選地利用陽極粘合方法。在這樣的一種情況下，使用包含諸如鈉或者鋰的堿離子的玻璃襯底。特別地，使用由硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等形成的玻璃襯底。
結(jié)果，就可以提高玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底之間的粘合介面的粘合性并更加確定對(duì)功能單元的保護(hù)。此外，與在襯底之間設(shè)置粘合劑相比，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是功能單元上的粘合劑等的影響(例如污染)可以避免。
優(yōu)選地，第三步驟中所輻射的激光束是脈沖激光束。
作為利用脈沖激光束的結(jié)果，就可以使得對(duì)玻璃襯底的受影響區(qū)域?qū)⒈恍纬傻膮^(qū)域之外的不必要的能量的沉積最小化。
更為優(yōu)選地，其中脈沖寬度是飛秒數(shù)量級(jí)(例如，幾十至幾百飛秒)的飛秒激光束被用作前述的脈沖激光束。
作為利用飛秒脈沖激光束的結(jié)果，受影響區(qū)域?qū)⒃诰植啃纬?，并且所述孔縮小。
此外，優(yōu)選地，第四步驟中所形成的孔是通孔。
如上所述的一個(gè)結(jié)果，即使在半導(dǎo)體襯底和玻璃襯底被粘合之后也可以很容易形成通孔。
此外，優(yōu)選地還包括第五步驟，通過形成在玻璃襯底中的通孔來蝕刻半導(dǎo)體襯底而形成與半導(dǎo)體襯底中的通孔相連通的凹陷部分。
如上所述的結(jié)果是，將形成與通孔相連通的凹陷部分可以形成為自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方式，可以以較高的位置精度形成通孔和凹陷部分。此處，術(shù)語“凹陷部分”只要其形成比其周圍區(qū)域更加凹陷的外形就是足夠的，并包括槽、孔和通孔。
此外，優(yōu)選地還包括第六步驟，用于在第二步驟之前在半導(dǎo)體襯底的至少一個(gè)表面上形成作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第二功能單元。此處，術(shù)語“功能單元”的主題是按照前述進(jìn)行解釋。功能單元將被形成的表面可以是將與玻璃襯底相粘合的半導(dǎo)體襯底的表面，或者與這樣的粘合表面相對(duì)的表面。功能單元也可以形成在兩個(gè)表面上。
此外，當(dāng)?shù)诙δ軉卧纬稍诎雽?dǎo)體襯底上時(shí)，優(yōu)選地，第三步驟基于形成在半導(dǎo)體襯底上所形成的第二功能單元的形狀圖案通過對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行輻射。
如上所述的結(jié)果，第二功能單元的形狀圖案和將形成到玻璃襯底上的通孔的相對(duì)定位可以精確進(jìn)行。尤其是，當(dāng)通孔的尺寸或者進(jìn)行處理的功能單元較小時(shí)這是有效的。
在如上所述的本發(fā)明的第一模式中，在玻璃襯底上形成第一功能單元的處理(第一步驟)、將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的處理(第二步驟)、以及將激光束輻射到玻璃襯底上并形成受影響的區(qū)域的處理(第三步驟)的順序可以分別互換?，F(xiàn)在說明互換各過程的第二和第三模式。
本發(fā)明的第二模式是一種用從玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在玻璃襯底的一個(gè)表面上形成第一功能單元，用作結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)單元；第二步驟，通過從玻璃襯底的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐⒃诓Ａбr底的厚度方向上掃描激光束的焦點(diǎn)而形成在玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；第三步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元；以及第四步驟，通過蝕刻玻璃襯底和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在玻璃襯底上形成孔。
本發(fā)明的第三模式是一種用從玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，通過從玻璃襯底的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐⒃诓Ａбr底的厚度方向上掃描激光束的焦點(diǎn)而形成在玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；第二步驟，在玻璃襯底的一個(gè)表面上形成第一功能單元，用作結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)單元；第三步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元；以及第四步驟，通過蝕刻玻璃襯底和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在玻璃襯底上形成孔。
在如上所述的本發(fā)明的第二和第三模式中，可以獲得與第一模式中相同的技術(shù)效果。輻射激光束的過程、形成第一功能單元的過程以及粘合玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底的過程可以根據(jù)優(yōu)先級(jí)互換以適應(yīng)其它制造過程，這將提供對(duì)制造過程的變化。
順便提及的是，在本發(fā)明的各第二和第三模式中，優(yōu)選地采用與本發(fā)明的第一模式中相同的下述主體。特別是，優(yōu)選地采用陽極粘合方法，用于粘合玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底。此外，優(yōu)選地，在第三步驟中所輻射的激光束是脈沖激光束，更為優(yōu)選地是飛秒激光束。并且，優(yōu)選地，還包括由通過形成在玻璃襯底中的通孔蝕刻半導(dǎo)體襯底而形成與半導(dǎo)體襯底相連通的凹陷部分的步驟。此外，優(yōu)選地還包括形成在第二步驟之前在半導(dǎo)體襯底的至少一個(gè)表面上形成作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第二功能單元的步驟。此外，當(dāng)?shù)诙δ軉卧纬傻桨雽?dǎo)體襯底上時(shí)，優(yōu)選地，第三步驟基于形成在半導(dǎo)體襯底上所形成的第二功能單元的形狀圖案通過對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行輻射。采用前述主體的優(yōu)點(diǎn)與本發(fā)明的第一模式中所描述的相同。
本發(fā)明的第四模式是一種用從半導(dǎo)體襯底夾持在兩個(gè)玻璃襯底之間所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在兩個(gè)玻璃襯底每個(gè)的一個(gè)表面上形成作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第一功能單元；第二步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到兩個(gè)玻璃襯底的每個(gè)的一個(gè)表面上以覆蓋所述玻璃襯底的所述第一功能單元；第三步驟，通過從所述兩個(gè)玻璃襯底的另外的表面?zhèn)鹊拿總€(gè)輻射激光束并在所述玻璃襯底的厚度方向上掃描所述激光束的焦點(diǎn)而形成在所述兩個(gè)玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；第四步驟，通過蝕刻所述兩個(gè)玻璃襯底的每個(gè)和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在所述兩個(gè)玻璃襯底中的每個(gè)上形成孔。順便提及的是，在本發(fā)明的此第五模式中第一至第三步驟的順序可以互換。這種情況的細(xì)節(jié)將與本發(fā)明的第二至第四模式中的相同。
根據(jù)前述制造過程，由于將孔形成到玻璃襯底上的處理(蝕刻處理)在形成到玻璃襯底上的功能單元已經(jīng)覆蓋了半導(dǎo)體襯底之后而執(zhí)行，這就可能在不需要任何特殊的措施的情況下獲得對(duì)功能單元的保護(hù)，這就能夠避免復(fù)雜的過程和較高的成本。此外，由于采用利用激光束的效果的處理方法的結(jié)構(gòu)，不需要在玻璃襯底上的光致抗蝕劑的沉積，由此孔的形成得以方便。
順便提及的是，在本發(fā)明的第四模式中，優(yōu)選地采用與本發(fā)明的第一模式中相同的下述主體。特別是，優(yōu)選地采用陽極粘合方法，用于粘合玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底。此外，優(yōu)選地，在第三步驟中所輻射的激光束是脈沖激光束，更為優(yōu)選地是飛秒激光束。并且，優(yōu)選地，還包括由通過形成在玻璃襯底中的通孔蝕刻半導(dǎo)體襯底而形成與半導(dǎo)體襯底相連通的凹陷部分的步驟。此外，優(yōu)選地還包括形成在第二步驟之前在半導(dǎo)體襯底的至少一個(gè)表面上形成作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第二功能單元的步驟。此外，當(dāng)?shù)诙δ軉卧纬傻桨雽?dǎo)體襯底上時(shí)，優(yōu)選地，第三步驟通過基于形成在半導(dǎo)體襯底上所形成的第二功能單元的形狀圖案通過對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行輻射。采用前述主體的優(yōu)點(diǎn)與本發(fā)明的第一模式中所描述的相同。
本發(fā)明的第五方面是利用上述制造方法來制造利用結(jié)構(gòu)主體的裝置。此處，術(shù)語“裝置”包括液體排放頭(噴墨頭)、微流體芯片(電泳芯片、微反應(yīng)堆等)，生物傳感器，電滲流體泵等。
本發(fā)明的第六方面是一種包括作為如上所述的根據(jù)本發(fā)明的第三模式的液滴排放頭的構(gòu)造的液滴排放裝置(噴墨裝置)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于結(jié)構(gòu)主體的制造方法的視圖(過程圖)；圖2是液滴排放頭的構(gòu)成的示例的橫截面圖；圖3是用于解釋具有液滴排放頭的液滴排放裝置的示例的視圖(透視圖)；以及圖4是用于解釋在用通過在兩個(gè)玻璃襯底之間夾持半導(dǎo)體襯底而形成的粘合主體的結(jié)構(gòu)主體時(shí)的制造方法的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。下面，解釋作為液滴排放頭的結(jié)構(gòu)部件而利用的結(jié)構(gòu)主體的示例的制造方法。
圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主體的制造方法的視圖(過程圖)。如圖1(A)中所示，玻璃襯底10被制備，作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第一功能單元12被形成在玻璃襯底10的一個(gè)表面上。
在本實(shí)施例中，玻璃襯底10包含諸如鈉或者鋰的堿離子。具體而言，使用由硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等形成的玻璃襯底。使用這種類型的玻璃襯底的結(jié)果是，如后續(xù)所述與半導(dǎo)體襯底的粘合可以使用陽極粘合方法來進(jìn)行，這是有利的。
此外，在本實(shí)施例中，電極作為第一功能單元12來形成。此電極用于在后面將詳細(xì)說明的液滴排放頭中施加外部電壓而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。例如，電極可以通過蝕刻玻璃襯底10和形成凹陷來形成，并在這樣的凹陷中利用諸如濺射的沉積方法沉積導(dǎo)電層(ITO、金、銅、鋁等)。
接著，如圖1(B)中所示，制備半導(dǎo)體襯底14，作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第二功能單元16形成在一個(gè)表面上。此處，半導(dǎo)體襯底14可以由諸如硅和鍺的元素半導(dǎo)體、砷化鎵復(fù)合物半導(dǎo)體、以及混合晶體半導(dǎo)體的不同半導(dǎo)體來形成。示例中使用硅半導(dǎo)體。
在本實(shí)施例中，用于供給從液滴排放頭釋放的流體(墨)的流體通道形成在將與下面說明的玻璃襯底10相粘合的相對(duì)表面(例如圖1(c))的表面上。此流體通道可以用各種已知的技術(shù)來形成，諸如可以通過組合照像平版術(shù)和蝕刻技術(shù)來形成半導(dǎo)體襯底14上的圖案。順便提及的是，功能單元也可以形成在半導(dǎo)體襯底14的另外的表面(將粘合到玻璃襯底10的表面)的側(cè)面上。
接著，如圖1(c)中所示，半導(dǎo)體14粘合到玻璃襯底10的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元12。
在本實(shí)施例中，在此過程中陽極粘合方法被用于粘合玻璃襯底10和半導(dǎo)體襯底14。特別地，玻璃襯底10和半導(dǎo)體襯底14被加熱到包含在玻璃襯底10中的堿離子將發(fā)生熱擴(kuò)散的溫度(大約200℃至400℃)，施加的電壓大約是幾十伏特至幾千伏特，半導(dǎo)體襯底14的側(cè)面是陽極，由此粘合玻璃襯底10和半導(dǎo)體14。
順便提及的是，此過程可以用除了陽極粘合方法之外的公知技術(shù)來進(jìn)行，例如，通過在其間設(shè)置稀釋氫氟酸而粘合玻璃襯底10和半導(dǎo)體襯底14的氫氟酸粘合方法，或者利用粘合材料的粘合也可以采用。當(dāng)采用前述方法，玻璃襯底10不必須包含堿離子。
接著，如圖1(D)中所示，在玻璃襯底10的厚度方向上延展的受影響區(qū)域20(圖中以點(diǎn)劃線指示)通過從玻璃襯底10的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐?8并在玻璃襯底10的厚度方向上掃描激光束18的焦點(diǎn)而形成。此激光束18的輻射對(duì)應(yīng)通孔被形成在玻璃襯底10中的位置而進(jìn)行。順便提及的是，盡管示例只顯示了激光束被輻射的一個(gè)位置，激光束可以在此過程中輻射多個(gè)位置。結(jié)果，可以同時(shí)形成多個(gè)通孔。
在此過程中，激光束18預(yù)先基于形成在半導(dǎo)體襯底14上的第二功能單元16的形狀圖案通過對(duì)準(zhǔn)而輻射。當(dāng)?shù)诙δ軉卧?6被形成在與如此示例中的玻璃襯底10的粘合表面相對(duì)的表面(背面)上而形成，對(duì)準(zhǔn)可以通過用能夠傳輸通過半導(dǎo)體襯底14的監(jiān)視光(例如紅外光)執(zhí)行圖像攝影來執(zhí)行。此外，圖像攝影也可以從半導(dǎo)體襯底14的背表面進(jìn)行，在這種情況下，可見輻射可以用作監(jiān)測(cè)光。此外，當(dāng)?shù)诙δ軉卧?6也形成在將與玻璃襯底10粘合的半導(dǎo)體襯底14的粘合表面?zhèn)让嫔?，?duì)準(zhǔn)可以通過玻璃襯底10執(zhí)行圖像攝影而執(zhí)行。此外，激光束18的輻射位置可以使用所形成的第二功能單元16作為參考來精確對(duì)準(zhǔn)。上述的結(jié)果就是，第二功能單元16的形狀圖案和對(duì)應(yīng)激光束18的輻射位置而形成的通孔(后面描述)的相對(duì)定位可以精確進(jìn)行。尤其是，當(dāng)進(jìn)行處理的功能單元的通孔的尺寸較小時(shí)這是有效的。與預(yù)先在玻璃襯底中形成通孔的情況并在此后執(zhí)行半導(dǎo)體側(cè)上的第二功能單元和通孔的相對(duì)定位相比，制造過程可以顯著簡(jiǎn)化。
此處術(shù)語“受影響區(qū)域”指的是與受影響的區(qū)域不同區(qū)域相比具有不同的密度、折射率、機(jī)械強(qiáng)度和其它物理屬性的區(qū)域，并且此包括其中形成微小裂紋的區(qū)域。當(dāng)在此玻璃襯底10上形成此種類型的受影響區(qū)域20，可以采用各種類型的激光束18。此外，除了激光束外，電子束輻射和其它裝置可以采用，只要能量可以局部的施加到玻璃襯底10上的所需位置。在本實(shí)施例中，作為前述激光束18的優(yōu)選示例，其中脈沖寬度為飛秒數(shù)量級(jí)(例如幾十到幾百飛秒)的飛秒激光束可以被使用，所述飛秒激光束為脈沖激光束。例如，可以使用具有波長(zhǎng)800nm、脈沖寬度為100fs(飛秒)、重復(fù)頻率是1kHz的飛秒激光束。
當(dāng)輻射飛秒激光束時(shí)，在焦點(diǎn)附近的能量密度變得極其高，較大的能量可以同時(shí)局部射出。在用飛秒激光束輻射的部分上，在激光束和構(gòu)成玻璃襯底10的物質(zhì)之間的不同的非線性交互(例如多光子吸收和多光子氧化)而產(chǎn)生不同的微觀結(jié)構(gòu)變化。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的變化將根據(jù)激光束的強(qiáng)度而不同，并包括(a)由于被激活的離子(稀土、過渡金屬元素等)的氧化減少的緣故所引起的著色；(b)由于缺陷的產(chǎn)生和較高的致密所引起的折射率的變化；(c)由于熔化和激光沖擊波所導(dǎo)致的空穴的形成；(d)由于光學(xué)衰變所引起微小裂紋的形成，等等。在許多情況下，所引起的結(jié)構(gòu)變化是符合的并具有固定的空間分布。在這些結(jié)構(gòu)改變中，本實(shí)施例主要使用d中所描述的微裂紋。這些微裂紋由于其中應(yīng)力應(yīng)變?cè)诰劢裹c(diǎn)的附近產(chǎn)生的現(xiàn)象(衰變)而引起。當(dāng)利用飛秒激光束時(shí)，由于脈沖寬度比電子和光子(在數(shù)量級(jí)10-12上)的耦合時(shí)間短，激光束能量聚焦并注射到將比材料的熱擴(kuò)散更快的充分輻射的部分上，并由此產(chǎn)生等離子。當(dāng)此等離子擴(kuò)散時(shí)裂紋通過沖擊波而產(chǎn)生。由此，激光束18的輻射條件(強(qiáng)度、脈沖寬度、模式、波長(zhǎng)等)被適當(dāng)設(shè)置以匹配玻璃襯底10的材料和其它條件以主要在玻璃襯底10中產(chǎn)生微裂紋。結(jié)果，這就可能只在極其微小的區(qū)域上形成受影響的區(qū)域20，這就可能進(jìn)行微觀制造。
當(dāng)受影響區(qū)域20沿著板厚的方向在玻璃襯底10的預(yù)定區(qū)域中形成時(shí)，接著如圖1(E)所示，對(duì)玻璃襯底10執(zhí)行蝕刻，沿著所受影響的區(qū)域20的部分被移除，通孔22由此形成在玻璃襯底10中。此處，此過程中的蝕刻可以是利用氫氟酸溶液的濕蝕刻或者利用氟化合物氣體的干蝕刻。玻璃襯底10的受影響區(qū)域20的部分與其它部分相比具有更快的蝕刻速度，沿著受影響區(qū)域20的區(qū)域?qū)⒈豢蛇x地移除，通過連續(xù)執(zhí)行蝕刻而形成。
在此過程中，由于主要從微裂紋產(chǎn)生受影響區(qū)域20，蝕刻溶液或者蝕刻氣體沿著玻璃襯底10的板厚的方向穿透更加容易。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了更高的蝕刻選擇比率，可以獲得具有更小的孔徑的通孔22。此外，在本實(shí)施例中，在繼續(xù)形成通孔22之后，半導(dǎo)體襯底14暴露到通孔22的底側(cè)，此暴露的半導(dǎo)體襯底14的表面用作蝕刻制動(dòng)器的角色。
順便提及的是，當(dāng)電極被預(yù)先提供到對(duì)應(yīng)通孔22的底表面的半導(dǎo)體襯底14的表面上時(shí)，電極可以被用于執(zhí)行電鍍以將導(dǎo)體植入通孔22內(nèi)。
接著，如圖1(F)所示，通過形成到玻璃襯底10中的通孔22對(duì)半導(dǎo)體襯底14執(zhí)行蝕刻，與通孔22相連通的凹陷部分24被形成到半導(dǎo)體襯底14上。換言之，在此過程中，由于通過通孔22執(zhí)行蝕刻時(shí)將玻璃襯底10作為相對(duì)半導(dǎo)體襯底14的蝕刻掩模，具有大致與通孔22的底部相同直徑的凹陷部分被形成在半導(dǎo)體襯底14上。在此過程中執(zhí)行的蝕刻可以為濕蝕刻或者干蝕刻，并且例如優(yōu)選利用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。在此示例中，凹陷部分24穿透到半導(dǎo)體襯底14的第二功能單元16，凹陷部分24穿透到半導(dǎo)體襯底14的第二功能單元16，但是這不是必須的，凹陷部分24可以是非穿透孔或者槽。
圖2是用于解釋包括根據(jù)本實(shí)施例的制造方法制造的結(jié)構(gòu)主體的液滴排放頭的結(jié)構(gòu)的示例的橫截面。圖2所示的液滴排放頭100是使用靜電執(zhí)行器用于控制和釋放微小量所需的流體的裝置，并通過包括玻璃襯底10和通過上述制造方法制造的半導(dǎo)體襯底14所形成的粘合主體(結(jié)構(gòu)主體)而構(gòu)造。
圖2中所示出的液滴排放頭具有三層結(jié)構(gòu)，其中噴嘴襯底28進(jìn)一步粘合到從玻璃襯底10和半導(dǎo)體襯底14所形成的粘合主體上。例如，噴嘴襯底28形成有半導(dǎo)體襯底。流體通道形成有設(shè)置到玻璃襯底10的通孔22、設(shè)置到半導(dǎo)體襯底14的第二功能單元(槽)16、以及彼此相連通設(shè)置到噴嘴襯底28的槽，將被釋放的流體(墨)36從通孔22側(cè)注射并通過流體通道供給到噴嘴(排放噴嘴)30。此外，設(shè)置到半導(dǎo)體襯底14的第二功能單元16的一部分，特別是設(shè)置到玻璃襯底10上作為第一功能單元12的朝向電極的區(qū)域用作隔膜26。特別地，當(dāng)電壓通過兩個(gè)端子32，34施加到電極，隔膜26朝向電極拉動(dòng)并彈性變形。此后，當(dāng)釋放時(shí)隔膜26試圖回到其原始位置時(shí)的彈性，電壓被用于從噴嘴30排放液滴，所述液滴從墨36的微小量形成。
圖3是用于解釋構(gòu)造以前述液滴排放頭構(gòu)成的液滴排放裝置的示例的視圖(透視圖)。圖3中所示的液滴排放單元20通過包括工作臺(tái)201、Y向驅(qū)動(dòng)軸202、液滴排放單元203、X向驅(qū)動(dòng)軸204、驅(qū)動(dòng)單元205和控制器計(jì)算機(jī)206而構(gòu)成。此液滴排放裝置例如被用于制造在與生物技術(shù)相關(guān)的檢查或者試驗(yàn)中使用的微陣列(生物芯片)。
工作臺(tái)201被用于安裝構(gòu)成微陣列的襯底。此工作臺(tái)201能夠安裝多個(gè)襯底，并且例如能夠通過真空電接觸器材固定各襯底。
Y向驅(qū)動(dòng)軸202用于沿著圖中所描述的Y向自由移動(dòng)工作臺(tái)201。此Y向驅(qū)動(dòng)軸202連接到包括在驅(qū)動(dòng)單元205中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)，并用來自驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力移動(dòng)工作臺(tái)201。X向驅(qū)動(dòng)軸204被用于沿著圖中所描述的X方向自由移動(dòng)液滴排放單元203。此X向驅(qū)動(dòng)軸204連接到包括在驅(qū)動(dòng)單元205中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)，并用來自驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力移動(dòng)液滴排放單元203。
液滴排放單元203用于基于來自控制器計(jì)算機(jī)206所供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而朝向襯底釋放生物分子溶液，并安裝到X向驅(qū)動(dòng)軸204，這樣用于排放溶液的噴嘴表面朝向工作臺(tái)201。此液滴排放單元203利用如上所述的靜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的液滴排放頭100作為用于排放溶液的頭部。此靜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噴墨頭具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)溶液的穩(wěn)定的排放量，因?yàn)闆]有使用熱就能夠溶液中的生物分子的改變，并能夠保持活性。此外，可以實(shí)現(xiàn)所述裝置的小型化和低功率消耗。
驅(qū)動(dòng)單元205通過包括驅(qū)動(dòng)各Y向驅(qū)動(dòng)軸202和X向驅(qū)動(dòng)軸204的電機(jī)和其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而構(gòu)造。這些驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及基于從控制器計(jì)算機(jī)206供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相似操作的結(jié)果是，工作臺(tái)201相對(duì)安裝在其上的襯底的相對(duì)定位以及液滴排放單元203被控制?？刂破饔?jì)算機(jī)206被設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元205的外殼中，并控制液滴排放單元203的操作(液滴的排放時(shí)間，將進(jìn)行排放次數(shù)的數(shù)目等)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的制造方法，由于將通孔22形成到玻璃襯底10上的形成處理(蝕刻處理)在形成到玻璃襯底10上的功能單元12已經(jīng)被半導(dǎo)體襯底14覆蓋以后而執(zhí)行，這就可能不需要任何特殊的措施獲得對(duì)功能單元12的保護(hù)，這就能夠避免復(fù)雜的過程和較高的成本。此外，由于采用了利用激光束18的處理方法，就不再需要在玻璃襯底10上的光致抗蝕劑的沉積，由此方便了孔的形成。
順便提及的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中的主題，并可以在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)進(jìn)行變化。例如，在如上所述的實(shí)施例中，在玻璃襯底1上形成第一功能單元12的處理(參看圖1(A))、將半導(dǎo)體襯底14粘合到玻璃襯底10(參看圖1(C))的處理，以及在玻璃襯底10上輻射激光束18并形成受影響區(qū)域20(參看圖1(D))的處理可以分別互換。前述過程可以根據(jù)優(yōu)先級(jí)互換以適應(yīng)其它制造過程。在所有前述的情況下，可以獲得本發(fā)明的效果，并且這將提供對(duì)制造過程的變化。
此外，在前述的實(shí)施例中，盡管示例中描述利用與本發(fā)明有關(guān)的結(jié)構(gòu)主體的裝置的示例，本發(fā)明可以應(yīng)用到諸如微流體芯片(電泳芯片、微反應(yīng)器等)、生物傳感器、電滲流體泵等的不同裝置的制造上。
此外，前述實(shí)施例中所描述的制造方法可以應(yīng)用到通過夾持在兩個(gè)玻璃襯底之間的半導(dǎo)體襯底而形成的粘合主體的結(jié)構(gòu)主體的制造上。
圖4是用于解釋通過夾持在兩個(gè)玻璃襯底之間的半導(dǎo)體襯底而形成的粘合主體的結(jié)構(gòu)主體的制造的情況下的制造方法的視圖。順便提及的是，這些過程中的優(yōu)選處理?xiàng)l件與前述實(shí)施例的相同，此處省略細(xì)節(jié)的描述。
首先，如同前述的實(shí)施例，作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第一功能單元12被形成在兩個(gè)玻璃襯底10(過程未示出)的各表面上。接著，半導(dǎo)體襯底14被粘合到兩個(gè)玻璃襯底10的每個(gè)的一個(gè)表面上以覆蓋玻璃襯底10(過程未示出)的第一功能單元12。
接著，如圖4(A)中所示，在兩個(gè)玻璃襯底10的每個(gè)的厚度方向上延展的受影響區(qū)域20通過從兩個(gè)玻璃襯底10的其它表面?zhèn)鹊拿總€(gè)輻射激光束18并在玻璃襯底10的厚度方向中掃描激光束18的焦點(diǎn)而形成。接著，如圖4(B)中所示，通孔通過蝕刻兩個(gè)玻璃襯底10中的每個(gè)并沿著受影響區(qū)域20移除所述部分而形成在兩個(gè)玻璃襯底10的每個(gè)中。通過利用這種制造方法，在兩側(cè)具有多個(gè)孔(包括通孔)的粘合主體可以有效地形成。
另外，在前述的實(shí)施例中，盡管從玻璃襯底10的一表面連接到另外一個(gè)表面的通孔被形成，形成在玻璃襯底10中的孔不必是通孔，其可以是只是相對(duì)其環(huán)繞區(qū)域凹陷。在這種情況下，蝕刻的時(shí)間可以調(diào)節(jié)的更短，或者形成受影響區(qū)域20的區(qū)域可以調(diào)節(jié)的更小(更窄)。
此外，在前述的實(shí)施例中，盡管解釋了通過組合玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底而形成結(jié)構(gòu)主體，將與玻璃襯底組合的襯底不必是半導(dǎo)體襯底，并可以是諸如金屬襯底的導(dǎo)電襯底，或者可以采用其它不同的襯底。換言之，只要襯底是各向異性襯底，具有與玻璃襯底不同的物理屬性，任何合適的襯底可以被用于替換半導(dǎo)體襯底。
權(quán)利要求
1.一種用從玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在玻璃襯底的一個(gè)表面上形成第一功能單元，用作結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)單元；第二步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元；第三步驟，通過從玻璃襯底的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐⒃诓Ａбr底的厚度方向上掃描激光束的焦點(diǎn)而形成在所述玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；以及第四步驟，通過蝕刻所述玻璃襯底和沿著所述受影響區(qū)域移除所述部分而在玻璃襯底上形成孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，所述玻璃襯底包括堿離子，所述第二步驟中用陽極粘合方法粘合所述玻璃襯底和所述半導(dǎo)體襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，在所述第三步驟中輻射的所述激光束是脈沖激光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，在所述第三步驟中輻射的所述激光束是飛秒激光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，所述第四步驟中形成的所述孔是通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，還包括第五步驟，通過形成在所述玻璃襯底中的所述通孔來蝕刻所述半導(dǎo)體襯底，而形成與所述半導(dǎo)體襯底中的所述通孔相連通的凹陷部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，還包括第六步驟，用于在所述第二步驟之前在所述半導(dǎo)體襯底的至少一個(gè)表面上形成作為所述結(jié)構(gòu)主體的所述結(jié)構(gòu)部件的第二功能單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，其特征在于，所述第三步驟基于形成在所述半導(dǎo)體襯底上的所述第二功能單元的形狀圖案通過對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行輻射。
9.一種用從半導(dǎo)體襯底夾持在兩個(gè)玻璃襯底之間所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在兩個(gè)玻璃襯底每個(gè)的一個(gè)表面上形成作為結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)部件的第一功能單元；第二步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到兩個(gè)玻璃襯底的每個(gè)的一個(gè)表面上以覆蓋所述玻璃襯底的所述第一功能單元；第三步驟，通過從所述兩個(gè)玻璃襯底的另外的表面?zhèn)鹊拿總€(gè)輻射激光束并在所述玻璃襯底的厚度方向上掃描所述激光束的焦點(diǎn)而形成在所述兩個(gè)玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；以及第四步驟，通過蝕刻所述兩個(gè)玻璃襯底的每個(gè)和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在所述兩個(gè)玻璃襯底中的每個(gè)上形成孔。
10.一種液滴排放頭，所述液滴排放頭采用了根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一所述的制造方法而制造的結(jié)構(gòu)主體。
11.一種液滴排放裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的液滴排放頭。
全文摘要
提供了一種能夠避免復(fù)雜過程和較高成本的技術(shù)，同時(shí)在形成包括玻璃襯底的裝置時(shí)獲得功能單元的保護(hù)。一種用從玻璃襯底和半導(dǎo)體襯底所形成的粘合主體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)主體的制造方法，包括第一步驟，在玻璃襯底的一個(gè)表面上形成第一功能單元，用作結(jié)構(gòu)主體的結(jié)構(gòu)單元；第二步驟，將半導(dǎo)體襯底粘合到玻璃襯底的一個(gè)表面上以覆蓋第一功能單元；第三步驟，通過從玻璃襯底的另外的表面?zhèn)容椛浼す馐⒃诓Ａбr底的厚度方向上掃描激光束的焦點(diǎn)而形成在玻璃襯底的厚度方向上延展的受影響區(qū)；以及第四步驟，通過蝕刻玻璃襯底和沿著受影響區(qū)域移除所述部分而在玻璃襯底上形成孔。
文檔編號(hào)C03C23/00GK1636912SQ20041009463
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者黑澤龍一 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社