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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines mit einer Schutzschicht ausgestatteten Substrats, mit dem auf einem Substrat, auf dessen Oberfläche mehrere Strukturen mit Zwischenräumen angeordnet wurden, eine Schutzschicht gebildet wird, weiterhin betrifft die Erfindung ein Substratbearbeitungsverfahren unter Verwendung des mit einer Schutzschicht ausgestatteten Substrats.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung werden winzige Tintentröpfchen aus mehreren Tintenausstoßdüsen, die in einem Tintenstrahlkopf angeordnet sind, zum Aufzeichnen eines Bilds ausgestoßen.
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Im allgemeinen wird als Tintenstrahlsubstrat ein Substrat eingesetzt, welches man erhält durch Ausbilden einer Tintenzuführöffnung, die sich durch Vorder- und Rückseite eines in <100>-Richtung der Kristallorientierung geschnittenen Einkristall-Siliziumsubstrats (im folgenden einfach als „Siliziumsubstrat” bezeichnet) erstreckt. Durch den im Tintenstrahlsubstrat ausgebildeten Tintenströmungsweg strömt Tinte von der Tintenzuführöffnung und gelangt in eine Tintenkammer, in der ein Druckerzeugungselement ausgebildet ist. Durch das Druckerzeugungselement wird ein Ausstoßdruck erzeugt, durch den die Tinte aus einer Tintenausstoßdüse ausgestoßen wird, die in der Tintenkammer ausgebildet ist. Auf diese Weise erfolgt ein Druckvorgang. Zweckmäßiger Weise wird ein Bauteil, welches ein Muster mit Tintenströmungswegen, Tintenkammer und Tintenausstoßdüsen definiert, als Tintenstrahlstruktur bezeichnet. Die Tintenstrahlstruktur kann aus einem Bauteil oder aus mehreren Elementen bestehen. In diesem Zusammenhang offenbaren
US 2007/0017894 A1 und
DE 600 20 308 T2 jeweils Herstellungsverfahren für Tintenstrahlköpfe mit entsprechenden Strukturen.
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Das Timing für die Ausbildung der Tintenzuführöffnungen wird grob in zwei Verfahren unterteilt: Einmal handelt es sich um ein Verfahren zum Ausbilden einer Tintenstrahlstruktur nach Ausbildung einer Tintenzuführöffnung, zum anderen handelt es sich um ein Verfahren zum Ausbilden einer Tintenzuführöffnung nach Ausbildung einer Tintenstrahlstruktur. Bei letzterem Verfahren ist es erforderlich, die Tintenzuführöffnung von der Rückseite des Substrats her auszubilden, weil die auf der Vorderseite des Substrats ausgebildete Tintenstrahlstruktur ein Hindernis darstellt.
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Als Verfahren zum Ausbilden von Tintenzuführöffnungen wurden unterschiedliche Verfahren wie beispielsweise das Nassätzen und die Laserstrahlbearbeitung vorgeschlagen. Ein Verfahren sieht die Ausbildung mittels Trockenätzung vor. Die Ausbildung der Tintenzuführöffnung macht es erforderlich, die Vorderseite des Substrats mit den darauf ausgebildeten Tintenstrahlstrukturen durch elektrostatisches Aufspannen, so genanntes Chucking, zu fixieren.
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Allerdings ist die Oberfläche der Tintenstrahlstruktur im allgemeinen nicht flach, sie besitzt vorspringende oder gezackte Abschnitte oder ist ungleichmäßig, außerdem können mehrere derartige Tintenstrahlstrukturen auf dem Substrat in Intervallen angeordnet sein. Damit kann es in einigen Fällen schwierig werden, die Tintenstrahlstrukturen durch elektrostatisches Aufspannen zu fixieren, weil diese Strukturen selbst jeweils eine ausgeprägte Erhebung aufweisen oder sich zwischen den Tintenstrahlstrukturen Hohlräume befinden. Die Dicke der Tintenstrahlstruktur liegt bekanntlich in der Größenordnung von 5 bis 100 μm.
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Wenn die Tintenstrahlstruktur aus einem Werkstoff ohne Leitfähigkeit (zum Beispiel einem Harzmaterial) gebildet ist, ist das elektrostatische Aufspannen als solches in einigen Fällen deshalb schwierig, weil ein solcher Werkstoff eine geringe Dielektrizitätskonstante besitzt. Andererseits wird die Elektrodenspannung beim elektrostatischen Aufspannen auf einen hohen Wert eingestellt, so dass das Aufspannen realisierbar ist. Im Ergebnis jedoch muss eine zum elektrostatischen Aufspannen eingesetzte Energiequelle aufgrund der erforderlichen hohen Spannung groß genug bemessen sein, so dass es möglicherweise zu einer Entladung bezüglich der umgebenden Bereiche kommt.
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In diesem Zusammenhang zeigt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
JP 2002-368071 A eine Struktur, mit der das elektrostatische Aufspannen in einfacher Weise durchgeführt werden kann. Diese Schrift beschreibt, dass eine leitende Schicht (speziell ein leitender Film) auf einem Glassubstrat ausgebildet wird, welches an sich durch elektrostatisches Aufspannen bei geringen Spannungen schwierig zu fixieren ist, so dass das Substrat durch die genannte Maßnahme einfach durch elektrostatisches Aufspannen fixierbar ist.
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Wenn die Methode nach der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 2002-368071 A bei einem Tintenstrahlsubstrat eingesetzt wird, auf dem Tintenstrahlstrukturen ausgebildet wurden, kann allerdings folgendes geschehen: Zwischen einem Film zum Aufspannen entsprechend der leitenden Schicht und einer Erhebung der Tintenstrahlstruktur kann ein Hohlraum vorhanden sein.
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Wenn außerdem mehrere derartige Tintenstrahlstrukturen auf der Oberfläche eines Substrats in Intervallen angeordnet sind und ein zum Aufspannen dienender Film ausgebildet wird, so kann zwischen den jeweiligen Tintenstrahlstrukturen möglicherweise ein Hohlraum zusätzlich zu dem Hohlraum zwischen dem Aufspannfilm und einer jeweiligen Erhöhung der Tintenstrahlstrukturen vorhanden sein.
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Wenn ein Substrat 1 mit einer auf dessen Oberfläche in Intervallen mit Zwischenräumen angeordneten mehreren Strukturen 2 in der in 3 dargestellten Weise verwendet wird, so kann es zu der Entstehung eines Hohlraums 3 zwischen den einzelnen Strukturen kommen, wenn ein zum Aufspannen dienender Film 5 gebildet wird, selbst wenn die Oberfläche jeder einzelnen Struktur flach und ohne Erhebung ausgebildet ist. Wenn die Absicht besteht, einen Vakuumprozess wie zum Beispiel beim Trockenätzen durchzuführen, und dabei derartige Hohlräume vorhanden sind, so beginnen die Hohlräume möglicherweise bei Unterdruck zu wachsen, was zu einem Abschälen der leitenden Schicht (des leitenden Beschichtungsfilms) führt.
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Die Oberfläche der Tintenstrahlstruktur wird häufig einer wasserabweisenden Behandlung unterzogen, so dass das Haften des Films an der wasserabweisenden Oberfläche noch weiter verschlechtert wird, und dementsprechend das Abschälen des Films leichter stattfindet.
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Abgesehen von den Problemen bei dem oben erläuterten Tintenstrahlsubstrat ist das Problem vorhandener Hohlräume bei Substraten, auf denen mehrere Strukturen mit Zwischenräumen angeordnet wurden, ein allgemeines Problem.
WO 2010/1 26116 A1 offenbart einen auf einem Substrat ausgebildeten optischen Wellenleiter, der aus einem Kernbereich und einem oberen und unteren Mantel gebildete ist, die jeweils aus einer Harzzusammensetzung gebildet werden.
US 2009/0183766 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden zweier verschiedener lichtdurchlässiger Harzschichten auf einem Halbleiterbauelement mit optischen Funktionen und
US 2009/0139891 A1 offenbart Druckerzeugnis mit einem Schrumpffilm als Substrat und einer Schutzschicht aus thermoplastischem Harz.
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Hieraus ergibt sich das Ziel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist es das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Fertigen eines mit einer Schutzschicht ausgestatteten Substrats anzugeben, welches bei der Ausbildung eines zum Einspannen dienenden Films hervorgerufene Hohlräume verringert, um das Abschälen des Films bei Unterdruck möglichst zu vermeiden, um auf der Oberfläche des Films eine Glattheit zu erreichen, die ausreicht für ein stabiles elektrostatisches Aufspannen. Außerdem soll ein Substratbearbeitungsverfahren angegeben werden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fertigen des Substrats ist in Anspruch 1 definiert.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A, 1B, 1C und 1D sind typische Schnittansichten zum Veranschaulichen einzelner Schritte des Fertigungsverfahrens und eines Substratbearbeitungsverfahrens gemäß der Erfindung.
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2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F und 2G sind Schnittansichten zum Veranschaulichen einer Ausführungsform des Fertigungsverfahrens und des Substratbearbeitungsverfahrens gemäß der Erfindung.
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3 ist eine typische Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Behandlung in einer Vakuumkammer unter Verwendung eines Substrats mit einem zum Aufspannen dienenden Film, der durch ein bekanntes Verfahren gebildet wurde.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden detailliert anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Die Form und der Werkstoff der mehreren Strukturen, welche auf der Oberfläche des im Rahmen der Erfindung eingesetzten Substrats angeordnet sind, können bedarfsweise ausgewählt werden. Die Oberfläche jeder Struktur kann entweder ungleichmäßig oder flach sein, und die Formen mehrerer Strukturen können voneinander verschieden sein. Die Strukturen können Leitfähigkeit aufweisen oder nicht.
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Selbst wenn die mehreren Strukturen auf der Oberfläche des Substrats in Intervallen angeordnet sind, so besitzen im Rahmen der Erfindung die Strukturen auf ihren Oberflächen eine Erhöhung, und zwischen den jeweiligen Strukturen befindet sich ein Zwischenraum, wobei eine Harzschicht die Erhöhungsbereiche und den Zwischenraum zwischen den jeweiligen Strukturen ausfüllt. Aus diesem Grund lassen sich bei der Ausbildung des Aufspannfilms entstehende Hohlräume verringern oder vermeiden. Im Ergebnis wird das Abschälen des Aufspannfilms, verursacht durch eine Ausdehnung der Hohlräume während eines Vakuumprozesses, beispielsweise beim Trockenätzen, welches bei Unterdruck durchgeführt wird, aufgrund der reduzierten Hohlräume verringert oder vermieden.
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Darüber hinaus wird erfindungsgemäß der Aufspannfilm vorzugsweise auf der Harzschicht ausgebildet, während die Harzschicht auf eine Temperatur nicht unterhalb des Erweichungspunkts der Harzschicht erwärmt wird, wodurch auf der Oberfläche des Aufspannfilms eine Glattheit oder Ebenheit erreicht werden kann, die ausreicht für ein stabiles elektrostatisches Aufspannen (Chucking).
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Allerdings beschränken die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen nicht den Schutzumfang der Erfindung, sie dienen vielmehr zum Erläutern der Erfindung für den Fachmann.
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Speziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines mit einer Schutzschicht ausgestatteten Substrats durch Ausbilden einer Schutzschicht auf einem Substrat, auf dessen Oberfläche mehrere Strukturen mit Zwischenräumen angeordnet wurden, sowie ein Substratbearbeitungsverfahren unter Verwendung des mit der Schutzschicht ausgestatteten Substrats, wobei die Schutzschicht aus einer Harzschicht gebildet ist, wie es im folgenden erläutert wird, und durch einen Aufspannfilm.
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1A bis 1C sind Schnittansichten, die ein Substrat im Zuge der Fertigung des mit einer Schutzschicht ausgestatteten Substrats gemäß der Erfindung veranschaulicht, und 1D ist eine Schnittansicht eines Substrats bei dem erfindungsgemäßen Substratbearbeitungsverfahren.
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1A zeigt ein Substrat 1, auf dessen Oberfläche mehrere Strukturen 2 ausgebildet wurden. Die Oberflächen der mehreren Strukturen sind flach, und die Strukturen sind in Intervallen angeordnet, demzufolge zwischen jeweiligen Strukturen ein Zwischenraum 3 gebildet ist.
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Dieses Substrat 1 kann beispielsweise ein Tintenstrahlsubstrat sein. In diesem Fall können durch die Strukturen 2 mindestens ausgebildet sein: ein Muster für eine Tintenausstoßdüse, aus der Tinte ausgestoßen wird, ein Muster für eine Tintenkammer, in der ein Ausstoßdruckerzeugungselement zum Erzeugen von Energie zum Ausstoßen von Tinte ausgebildet ist, oder ein Muster für einen Tintenströmungsweg zum Leiten von Tinte zu einer Tintenkammer. Kurz gesagt: das Fertigungsverfahren und das Substratbearbeitungsverfahren gemäß der Erfindung können angewendet werden bei einem Tintenstrahlkopf, der sich aus Tintenstrahlstrukturen und einem Tintenstrahlsubstrat zusammensetzt.
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Der Begriff Tintenstrahlstruktur ist eine allgemeine Bezeichnung für ein Bauteil mit einem Muster eines Tintenströmungswegs, einer Tintenkammer und einer Tintenausstoßdüse, wobei eine Tintenstrahlstruktur aus einem oder mehreren Bauteilen gebildet werden kann.
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Wie in 1B gezeigt ist, wird anschließend zwischen den jeweiligen Strukturen, auf den Oberflächen der einzelnen Strukturen und auf der Oberfläche des Substrats mit den darauf befindlichen mehreren Strukturen eine Harzschicht 4 ausgebildet (Schritt 1).
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Als Verfahren zum Ausbilden der Harzschicht kann von jedem bekannten Verfahren Gebrauch gemacht werden, welches zum Ausbilden einer Harzschicht auf einem Substrat bekannt ist. Bevorzugt allerdings ist es, flüssiges Harz mit Hilfe eines Aufschleuderverfahrens (Spin-Coating) zwischen die jeweiligen Strukturen einzubringen und auf die Oberflächen der einzelnen Strukturen und auf die Oberfläche 8 des Substrats mit den darauf befindlichen mehreren Strukturen aufzubringen, und anschließend das Harzmaterial zu backen. Das noch flüssige Harzmaterial tritt dann in den Zwischenraum 3 ein, um den Zwischenraum zwischen den Strukturen zu verkleinern. Speziell setzt sich das flüssige Harzmaterial zusammen aus einem anschließend erläuterten Werkstoff der Harzschicht und einem Lösungsmittel zum Lösen des Werkstoffs, wobei Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Toluol, Xylol oder Cyclohexan als Lösungsmittel eingesetzt oder zugesetzt werden können.
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Die Viskosität des Flüssigharzes beträgt bei 25°C vorzugsweise 0,2 Pa·s oder mehr und 0,8 Pa·s oder weniger (200 cP oder mehr bzw. 800 cP oder weniger). Wenn die Viskosität des Flüssigharzes 0,8 Pa·s oder weniger beträgt, kann in einfacher Weise eine Absenkung der Füllfähigkeit beim Füllen der Räume zwischen den jeweiligen Strukturen und die Entstehung eines Hohlraums zwischen den einzelnen Strukturen vermieden werden. Wenn außerdem die Viskosität 0,2 Pa·s oder mehr beträgt, lässt sich auf einfache Weise verhindern, dass der größte Teil des Flüssigharzes in den Boden zwischen den Strukturen fließt und das Überziehen des gesamten Zwischenraums 3 mit der Harzschicht 4 schwierig wird.
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Speziell besitzt die Viskosität einen Wert, der mit Hilfe eines E-Typ-Viskometers bei 25°C gemessen wird.
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Das Material der Harzschicht 4 ist vorzugsweise ein thermoplastisches Harzmaterial, weil die Harzschicht vorzugsweise durch Erwärmung in einem späteren Verfahrensschritt erweicht wird, wobei vorzugsweise ein Harzmaterial eingesetzt wird, welches als Hauptbestandteil einen Cyclokautschuk (Cyclized Rubber) enthält. Darüber hinaus kann auch ein Acrylharz oder Polyimidharz eingesetzt werden. Der Erweichungspunkt der Harzschicht beträgt vorzugsweise 30°C oder mehr und 100°C oder weniger, obschon ihre Wärmewiderstandstemperatur abhängig von den umgebenden Materialien schwankt. Der Erweichungspunkt wird aus diesem Bereich ausgewählt, um eine einfache Handhabung zu erreichen. Ein derartiges Harzmaterial wird im oben angegebenen Lösungsmittel aufgelöst, wodurch das flüssige Harzmaterial hergestellt werden kann.
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Wie in 1C dargestellt ist, wird anschließend ein zum Aufspannen dienender Film 5 auf der Harzschicht 4 ausgebildet (Schritt 2), wodurch ein mit einer Schutzschicht ausgestattetes Substrat 9 gemäß der Erfindung erhalten werden kann. In diesem Fall ist es bevorzugt, den Aufspannfilm auf der Harzschicht auszubilden, während die Harzschicht auf eine Temperatur nicht unterhalb jenes Erweichungspunkts der Harzschicht erwärmt wird. Durch das Erwärmen der Harzschicht auf die Temperatur nicht unterhalb des Erweichungspunkts werden die folgenden beiden Effekte erreicht: Erstens lässt sich die Adhäsion und damit das Haften zwischen dem Aufspannfilm 5 und der Harzschicht 4 durch Laminieren der Harzschicht 4 und des Aufspannfilms 5 in einem Zustand verbessern, in welchem die Harzschicht auf die Temperatur nicht unterhalb des Erweichungspunkts erhitzt wird. Zweitens lässt sich das Glätten der Oberfläche der Harzschicht unterstützen durch Laminieren der Harzschicht 4 und des Aufspannfilms 5 in einem Zustand, in welchem die Harzschicht auf die Temperatur nicht unterhalb des Erweichungspunkts erhitzt wird.
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Die Erwärmungstemperatur variiert abhängig von der eingesetzten Harzschicht. Wenn beispielsweise ein Harzmaterial auf Basis von Cyclokautschuk eingesetzt wird, dessen Erweichungspunkt auf 40°C eingestellt ist, so erfolgt das Laminieren bei etwa 80°C, wodurch das Haften zwischen der Harzschicht 4 und dem Aufspannfilm 5 und die Glattheit in einfacher Weise mit guter Qualität erreicht werden. So wird die Schutzschicht 6 aus der Harzschicht 4 und dem Aufspannfilm 5 in der oben beschriebenen Weise gebildet.
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Wenn der Aufspannfilm 5 auf der Harzschicht 4 gebildet wird, kann der Aufspannfilm 5 auf die Harzschicht 4 bei reduziertem Druck auflaminiert werden, wodurch Mikrohohlräume beim Laminieren der Harzschicht 4 und des Aufspannfilms 5 in einfacher Weise minimiert werden können, so dass hierdurch das Abschälen des Aufspannfilms 5 beim Vakuumprozess, beispielsweise beim Trockenätzen, weiter reduziert wird.
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Speziell kann der Aufspannfilm 5 eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Der Aufspannfilm 5 mit Leitfähigkeit lässt sich auch bei geringer Spannung beim elektrostatischen Aufspannen in einem nachfolgenden Verfahrensschritt polarisieren, so dass das elektrostatische Aufspannen in einfacher Weise möglich ist. Als leitender Film wird vorzugsweise ein Film verwendet, den man erhält durch Ausbilden eines leitenden Polymers oder von ITO (Indium-Zinn-Oxid) zu einem gewünschten Basismaterial. Kurz gesagt, ist der leitende Film bevorzugt entweder ein leitender Polymerfilm oder ein ITO-Film. Als Basismaterial für den leitenden Film kann beispielsweise Polyethylennaphthalatharz (PEN-Harz) oder ein Polyimidharz verwendet werden.
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Das mit einer Schutzschicht ausgestattete Substrat 9, welches mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens gewonnen wird, kann anschließend mindestens einmal in einer Vakuumkammer einer vorbestimmten Behandlung unterzogen werden. Beispiele für eine solche vorbestimmte Behandlung (Vakuumprozess) in der Vakuumkammer sind das Trockenätzen und die Schichtbildung unter Vakuum bzw Niederdruck. Selbst wenn derartige Vakuumprozesse durchgeführt werden, lässt sich das Auftreten von Abschälungen des Aufspannfilms erfindungsgemäß reduzieren, wenn von dem elektrostatischen Aufspannen Gebrauch gemacht wird. Gemäß 1D erfolgt eine Schichtbildung unter Vakuum als die vorbestimmte Behandlung in der Vakuumkammer zur Bildung eines Films 7 auf einer der mit der Schutzschicht ausgestatteten Oberfläche des Substrats abgewandten Oberfläche.
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Im folgenden wird ein experimentelles Beispiel erläutert, bei dem der Einfluss untersucht wurde, der sich für die Glattheit der Oberfläche eines Substrats ergibt, wenn eine Harzschicht und ein Aufspannfilm in einem Zustand laminiert werden, in welchem die Harzschicht erwärmt wurde, damit eine Schutzschicht auf der mit Tintenstrahlstrukturen versehenen Oberfläche des Substrats gebildet wird. Insbesondere wurden drei Harzschichtwerkstoffe mit unterschiedlichem Erweichungspunkt jeweils zur Bildung einer Harzschicht verwendet, um einen Vergleich zu erhalten zwischen einem Fall, bei dem ein Aufspannfilm auf die Harzschicht auflaminiert wurde, ohne dass die Harzschicht erwärmt wurde, und einem Fall, bei dem ein Aufspannfilm auf die Harzschicht auflaminiert wurde, während die Harzschicht auf 80°C erwärmt wurde.
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Speziell betrug eine durch eine Tintenstrahlstruktur gebildete Erhöhung (Dicke der Tintenstrahlstruktur) bei dem durchgeführten Experiment 50 μm. Die Auswertung bezüglich der Glattheit erfolgte durch Messen einer Oberflächenhöhe an zahlreichen Punkten mit Hilfe eines kontaktfrei arbeitenden dreidimensionalen Messgeräts (hergestellt von Mitaka Kohki Co., Ltd.; Handelsbezeichnung: NH-3N), um eine Auswertung bezüglich einer Differenz zwischen einem Maximumwert und einem Minimumwert unter den Messpunkten zu erhalten. Die Auswertungskriterien waren folgende:
- AA: Die Glattheit wurde stark verbessert (die Differenz zwischen Maximumwert und Minimumwert betrug weniger als 10 μm);
- A: Die Glattheit wurde verbessert (die Differenz zwischen Maximumwert und Minimumwert betrug 10 μm oder mehr und weniger als 40 μm);
- B: Die Glattheit wurde kaum verbessert (die Differenz zwischen dem Maximumwert und dem Minimumwert betrug 40 μm oder mehr).
Tabelle 1 | Material der Harzschicht | Erweichungspunkt | Glattheit |
| Nicht erwärmt | Erwärmt |
| Harz auf Basis von Cyclokautschuk (Cyclized Rubber) | Etwa 40°C | B | AA |
| Wachs-Harz | Etwa 70°C | B | A |
| Polyesterharz | Etwa 140°C | B | B |
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Gemäß Tabelle 1 änderte sich die Glattheit nicht beim Erwärmen des Polyesterharzmaterials, dessen Erweichungspunkt oberhalb der Laminiertemperatur (Harzschicht-Erwärmungstemperatur) von 80°C liegt. Andererseits wurde bei dem Harzmaterial auf Cyclokautschuk-Basis und dem Wachs-Harz, deren Erweichungspunkte unterhalb der Laminiertemperatur liegen, die Glattheit durch Laminieren des Aufspannfilms bei gleichzeitiger Erwärmung der Harzschicht auf 80°C verbessert. Insbesondere wurde die Glattheit beträchtlich verbessert bei Verwendung des Harzmaterials auf Cyclokautschuk-Basis, dessen Erweichungspunkt bei etwa 40°C liegt. Die Verbesserung der Glattheit ist zurückzuführen auf die Situation, dass die Harzschicht auf die Temperatur nicht unterhalb des Erweichungspunkts der Harzschicht erwärmt wird, wodurch der Harzschicht Fließfähigkeit vermittelt wird, was den Glättungseffekt beim Laminieren des Aufspannfilms steigert,
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Im folgenden wird als eine Ausführungsform ein Verfahren zum Fertigen eines Tintenstrahlsubstrats 10 erläutert, auf dessen Oberfläche mehrere Tintenstrahlstrukturen 20 in Intervallen angeordnet wurden, wozu auf die in den 2A bis 2G dargestellten Schritte Bezug genommen wird.
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Es wurde ein Siliziumeinkristallwafer mit einer Substratdicke von 300 μm und einer <100>-Blockausziehrichtung als Substrat 11 entsprechender Orientierung hergestellt.
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Wie in 2A dargestellt ist, wurde anschließend ein Siliziumoxidfilm (Filmdicke: etwa 1 μm (etwa 10.000 Å)) auf der Oberfläche des Substrats durch thermisches Oxidieren gebildet, und mittels üblicher Halbleiterverfahren wurden Druckerzeugungselemente 21 und eine Treiberschaltung zum Treiben der Elemente ausgebildet. Darüber hinaus wurde mittels PECVD (Plasma unterstütztes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase) ein Siliziumnitrid-Film zum Isolieren und Schützen des Druckerzeugungselements 21 und der Treiberschaltung gegen Tinte gebildet.
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Dabei wurde der Film mit einer Dicke von etwa 0,3 μm (etwa 3.000 Å) gebildet. Speziell waren diese Filme im Hinblick auf den Maßstab der Zeichnung äußerst dünn, so dass hier nur das Druckerzeugungselement 21 dargestellt ist. Ferner wird die Seite des Substrats, auf der diese Filme erzeugt wurden, als Vorderseite betrachtet, die dieser Seite abgewandte Seite wird als Rückseite bezeichnet.
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Wie in 2B dargestellt ist, wurden die folgenden Behandlungen an der Vorderseite des Substrats vorgenommen: Zunächst wurde durch Spin-Coating, also Aufschleudern, ein Positivresist aufgebracht (Produkt von TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD.; Handelsbezeichnung: ODUR), welches als Hauptbestandteil Poly(methyl-isopropenyl-keton) enthält, welches sich durch eine im folgenden beschriebene Behandlung lösen lässt, und zu einem Muster 22 eines Tintenströmungswegs und einer Tintenkammer ausgebildet wird.
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Das Resistmaterial wurde anschließend mit Fernem UV-Licht (Deep UV light) belichtet und entwickelt, um ein gewünschtes Muster zu erhalten. Das Muster 22 des Strömungswegs und der Kammer dient außerdem als Ätz-Stoppschicht beim im folgenden zu beschreibenden Ätzvorgang. Darüber hinaus wurde ein kationisch polymerisiertes Epoxyharz, welches zu einer Düsenplatte 23 wird, durch Aufschleudern (Spin-Coating) auf das Muster 22 eingesetzt, um eine Tintenausstoßdüse 24 durch Belichten und Entwickeln zu erhalten. Hierdurch entstand ein Substrat, auf dem mehrere Strukturen in Intervallen angeordnet waren.
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Ein Flüssigharz (Produkt der TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD.; Handelsbezeichnung: OBC), welches einen Cyclokautschuk (cyclized rubber) mit einem Erweichungspunkt von etwa 40°C als Hauptmaterial enthielt, wurde anschließend auf das Substrat aufgebracht, auf dem die Düsenplatte 23 ausgebildet worden war. Insbesondere wurde das Flüssigharz zwischen die jeweiligen Strukturen eingebracht, außerdem auf die Oberflächen der einzelnen Strukturen und auf die Oberfläche 18 des Substrats mit den mehreren Strukturen. Speziell wurde das Flüssigharz vor dem Einsatz mit Xylol in der Weise eingestellt, dass die Viskosität des Materials 0,5 Pa·s (500 cP) bei 25°C betrug, wobei als Beschichtungsverfahren ein Aufschleuderverfahren (Spin-Coating) eingesetzt wurde.
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Im Anschluss daran wurde das Flüssigharz bei 120°C gebacken, um das Lösungsmittel im Flüssigharz zu verdampfen. Hierdurch wurde eine Harzschicht 14 gebildet (Schritt 1, 2C). Beim Messen der Viskosität wurde bei 25°C ein E-Typ-Viskometer (hergestellt von TOKI SANGYO CO., LTD.; Handelsbezeichnung: TV-22 Type Viscometer Cone Plate Type) eingesetzt.
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Ein Aufspannfilm 15 wurde anschließend auf der Harzschicht 14 gebildet, während die Harzschicht erwärmt wurde (Schritt 2). Als Aufspannfilm 15 wurde ein leitender Film (ein Produkt von Achilles Corporation; Handelsbezeichnung: ST Chucking Film) auf der Oberfläche mit dem darauf angeordneten leitenden Polymer verwendet. Als Grundmaterial des leitenden Films wurde ein zu einer Dicke von 40 μm gebildetes PEN-Harz eingesetzt. Die Erwärmungstemperatur der Harzschicht wurde auf 70°C eingestellt, und als Fertigungsvorrichtung wurde ein Vakuum-Laminator (hergestellt von Takatori Corporation; Handelsbezeichnung: TEAM-100) benutzt. Hierdurch wurde ein mit einer Schutzschicht ausgestattetes Substrat 19 mit einer Schutzschicht 16, bestehend aus der Harzschicht 14 und dem Aufspannfilm 15, erhalten (2D).
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Anschließend wurde ein Positivresist 25 (Produkt der TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD.; Handelsbezeichnung: OFPR) auf einer Rückseite des Substrats aufgebracht und zur Bildung einer Maske bemustert. Mittels Trockenätzen unter Einsatz eines ICP-(induktiv gekoppelten Plasma-)Ätzgeräts erfolgte ein Trockenätzvorgang, bis der Siliziumoxidfitm auf der Vorderseite des Substrats von dessen Rückseite her erreicht wurde, um Tintenzuführöffnungen 26 auszubilden.
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Im Anschluss daran wurden der Siliziumoxidfilm und der Siliziumnitridfilm durch RIE (reaktives Ionenatzen) durch die Tintenzuführöffnungen 26 hindurch entfernt. Es zeigte sich, dass ein elektrostatisches Aufspannen in stabiler Weise vorgenommen werden konnte, ohne dass der Aufspannfilm 15 abgeschält wurde, auch wenn es sich um Vakuumprozesse handelte, das heißt um ein Trockenätzen als Behandlungsschritt in einer Vakuumkammer (2E). Wie in 3 dargestellt ist, erfolgte das Trockenätzen mit Hilfe einer Apparatur, die mit einer elektrostatischen Aufspanneinrichtung 30 ausgestattet war, ferner mit einer Elektroden-Energiezuführeinheit 32, einer Aufspannplatte 33 und Elektroden 34 innerhalb einer Vakuumkammer 31.
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Nach Entfernung des Positivresists 25 wurde der Aufspannfilm 15 durch Erwärmen auf 80°C abgeschält, und die Harzschicht 14 wurde mit Hilfe von Xylol aufgelöst, um dadurch die Schutzschicht 16 abzutrennen (2F).
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Anschließend wurde das Tintenströmungsweg-Muster 22 durch Bestrahlen mit UV-Licht von oberhalb der Düsenplatte belichtet, und das Substrat wurde in Methyl-Lactat eingetaucht, um das Muster aufzulösen. Schließlich wurde das Substrat eingehend mit Wasser gespült und getrocknet, um einen Tintenstrahlkopf zu erhalten, der aus den Tintenstrahlstrukturen 20 und dem Tintenstrahlsubstrat 10 bestand, wie in 2G zu sehen ist.
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Der Fertigungsprozess und das Substratbehandlungsuerfahren gemäß der Erfindung können angewendet werden bei einem Tintenstrahlkopf, der in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eingebaut ist, die ein Bild aufzeichnet durch Ausstoßen winziger Tintentröpfchen mit einem vorbestimmten Farbton auf gewünschte Stellen eines Aufzeichnungspapiers.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Fertigen eines mit einer Schutzschicht versehenen Substrats geschaffen, welches die Entstehung von Hohlräumen bei der Ausbildung eines Aufspannfilms vermindert oder vermeidet und so das Abschälen des Films bei reduziertem Druck zu erschweren. Das Verfahren erzeugt eine Glattheit, die ausreicht für ein stabiles elektrostatisches Aufspannen an der Oberfläche des Films. Außerdem wird ein Substratbearbeitungsverfahren geschaffen.
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Während die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert wurde, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche umfasst in seiner breitesten Auslegung sämtliche Modifikationen und äquivalenten Strukturen sowie Funktionsweisen.