KR100230028B1 - 잉크 제트 헤드의 제조 방법 - Google Patents

잉크 제트 헤드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

잉크 분사용 에너지를 발생하는 잉크 분사 압력 발생 소자와, 잉크 제트 헤드에 공급하기 위한 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법은 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 실리콘 기판의 표면에 잉크 분사 압력 발생 소자 및 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하는 단계와, 실리콘 기판의 뒷면에 잉크 공급부를 형성하기 위해 안티-에칭 마스크를 형성하는 단계와, 이방성 에칭을 통해서 제거하는 단계와, 실리콘 기판의 표면 상에 잉크 분사부를 형성하는 단계와, 잉크 공급부 부분의 실리콘 기판의 표면으로부터 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 제거하는 단계를 포함하고 있다.

Description

잉크 제트 헤드의 제조 방법
제1 내지 제5도는 실리콘 이방성 에칭에 의한 잉크 공급부 형성 단계를 보여주는 개략도.
제6 내지 제10도는 잉크 분사 출구의 형성 단계를 보여주는 개략도.
제11 및 제12도는 산소 플라즈마 에칭을 이용하는 잉크 분사 출구 형성 단계를 보여주는 개략도.
제13 내지 제15도는 잉크 분사 출구를 갖고 있는 부재를 적층시켜 잉크 분사 출구를 형성하는 단계를 보여주는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 실리콘 산화물 또는 질화물층
3 : 잉크 분사 압력 발생 소자 5 : 잉크 공급부
6 : 잉크 흐름 경로 패턴 7 : 코팅 수지 재료층
8 : 잉크 분사 출구
본 발명은 잉크 제트형 장치에 이용할 수 있는 기록 액체 방울을 생성하는 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잉크 분사 압력 발생 소자를 갖고 있는 표면에 거의 수직한 방향으로 기록 액체 방울을 분사하는 소위 말하는 측 분사형의 잉크 제트 헤드 제조 방법에 관한 것이다.
측 분사형 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크는 잉크 분사 압력 발생 소자로부터 상향으로 분사되고, 잉크 분사 압력 발생 소자(분사 에너지 발생 소자)를 갖고 있는 기판에는 기판의 (잉크 분사 압력 발생 소자를 갖고 있지 않은) 뒷면으로부터 잉크를 공급하는 드로우-개구(잉크 공급부)가 설치되어 있다. 이는 일본국 공개 특허 출원 제 소-62-264957호 또는 미합중국 특허 제4,789,425호에 기술되어 있다. 이러한 배열은 다음과 같은 이유 즉, 잉크 공급이 잉크 분사 압력 발생 소자 형성측(잉크 분사 출구 형성 표면)으로부터 실행된다면 잉크 공급 부재가 잉크 분사 출구와 종이 또는 텍스타일과 같은 기록 물질 사이에 배치되야만 하며, 그러한 경우에 잉크 공급 부재의 두께를 줄이기가 어렵기 때문에 기록 물질과 잉크 분사 출구 사이의 거리를 줄일 수 없으며, 그 결과 화상 잉크의 방울 분사 위치 정확성이 떨어져 화상 품질이 떨어지기 때문에 이용된다.
측 분사형 잉크 제트 헤드 제조 방법에 대한 종래의 예가 이하 설명될 것이다.
먼저, 잉크 공급부를 구성하는 드로우-개구와 잉크 분사용의 잉크 분사 압력 발생 소자를 갖고 있는 실리콘 기판이 준비된다. 일반적으로 구입할 수 있는 RISTON 또는 VACREL(듀폰)와 같은 드라이 막(dry film)은 실리콘 기판 상에 라미네이트되고 드라이 막은 잉크 흐름 통로벽이 형성되도록 패턴화된다. 분사 출구를 갖고 있는 전극-형성 플레이트는 잉크 흐름 통로벽에 배치되어 본드-결합된다.
여기서는, 드로우-개구를 갖고 있는 기관 내에 분사 출구를 형성하기 위하여, 잉크 흐름 통로를 드라이 막으로 만들었다. 이렇게 한 이유는 잉크 흐름 통로벽을 위한 수지 재료층이 솔벤트로 용해되는 방법(스핀 코팅, 로울러 코팅과 같은 솔벤트 코팅)이 이용되면 수지 재료가 드로우-개구 내로 흘러들어가 막 형성이 균일하게 되지 않기 때문이다.
그러나, 드라이 막을 이용하는 경우는 다음과 같은 결점을 갖는다.
예를 들어, 막 형성 정밀도가 스핀 코팅 등의 막 형성 기술을 이용한 경우보다 나쁘다.
상술한 광-중합 드라이 막은 나쁜 코팅 특성을 갖고 있으므로 15㎛ 이하의 박막 형성이 어렵다.
일반적으로, 고해상도 및 고종횡비를 제공하기가 어렵다.
시간 경과에 따른 안정도가 나쁘다(기판으로의 전송 특성 또는 패터닝 특성).
드라이 막은 드로우-개구 내로 처진다.
최근의 기록 기술 개발에 따라서, 잉크 제트 기술에서 고정밀 화상 품질이 요구되고 있다. 여기서, 일본국 공개 특허 출원 제 헤이-4-10941 및 10942호는 이러한 요구에 부응한 시스템을 제안하고 있다. 특히, 이 방법에서는, 잉크의 핵 비 등의 상한선 이상으로 온도를 갑작스럽게 상승시키는 열 에너지를 발생하기 위하여 기록 정보에 대응하는 구동 신호를 잉크 분사 압력 발생 소자(전기열 변환기 소자)에 인가하여, 잉크에서 버블이 생기게 되고 버블과 대기 간의 교통이 이루어지는 동안 잉크 방울이 분사된다. 이 방법에서, 작은 잉크 방울의 체적 및 속도는 온도 영향은 받지 않아 안정화되므로 고품질 화상을 제공할 수 있다.
발명자들은 분사형의 잉크 제트 헤드용으로 적합한 제조 방법으로서 다음 방법을 제안하였다.
제1단계에서, 잉크 공급부와 잉크 분사 압력 발생 소자를 갖고 있는 베이스상에 가용성 수지 재료로 잉크 흐름 경로를 형성한다.
이후에, 가용성 수지 재료층 상에 코팅 수지 재료층을 형성한다.
이후에, 빛 투영 또는 산소 플라즈마 에칭을 이용해서 코팅 수지 재료층 상에 잉크 분사 출구를 형성한다.
이후에, 가용성 수지 재료층을 용해시킨다.
이 방법에 있어서, 잉크 분사 압력 발생 소자와 잉크 분사 출구 간의 위치 정밀도가 매우 높으나 가용성 수지 재료층의 형성 때문에 드라이 막이 이용되어야 하므로, 아직도 드라이 막의 상술한 결점들이 남아있다. 이 방법에서는 잉크 분사 출구가 코팅 수지 재료층에 설치되기 때문에, 잉크 분사 정밀도에 대한 중요한 요인 중 하나인 잉크 분사 출구와 잉크 분사 압력 발생 소자 간의 거리는 가용성 수지 재료층의 막 형성 정밀도에 의해 영향을 받는다.
더욱이, 일본국 공개 특허 출원 제 헤이-5-131628호에 기술되어 있는 바와 같이, 잉크 공급부와 잉크 분사 압력 발생 소자 간의 거리 정밀도는 잉크 제트 헤드의 동작 빈도 특성에 의해 상당한 영향을 받기 때문에 잉크 공급부에 대한 고위치 정밀도 형성 기술을 제안하게 되었다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 측 분사형 잉크 제트 헤드의 분사출구 형성이 편평한 기판 상에서 실행되어 제조 단가가 낮고 정밀도가 높은 제트 헤드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 잉크를 분사하기 위한 에너지를 생성하는 잉크 분사 압력 발생 소자와 잉크 제트 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 실리콘 기판을 준비하고 ; 이 실리콘 기판 상에 잉크 분사 압력 발생 소자 및 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하고 ; 상기 실리콘 기판의 뒷면 상에 잉크 공급부를 형성하기 위해 안티-에칭 마스크를 형성하고 ; 이방성 에칭을 통해서 잉크 공급부에 대응하는 위치에서 상기 실리콘 기판의 뒷면 상의 실리콘을 제거하며 ; 상기 실리콘 기판의 표면상에 잉크 분사부를 형성하고 ; 상기 잉크 공급부의 실리콘 기판의 표면으로부터 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 따르면, 분사 에너지 발생 소자와 구멍 사이의 거리를 정밀하게 할 수 있으며, 분사 에너지 발생 소자와 구멍 중앙의 위치 정밀도를 용이하게 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 편평한 표면 기판 상에 잉크 분사 출구를 형성하는 것이 가능하므로, 막 형성 정밀도가 높고 잉크 분사 출구부를 형성하는 부재의 선택 범위가 넓어진다.
더구나, 본 발명에서는, 위치 정밀도가 향상되고 분사 출구와 잉크 분사 압력 발생 소자 간의 거리가 감소될 수 있으므로, 높은 동작 빈도를 갖고 있는 잉크 제트 헤드를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 양호한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백하게 알 수 있을 것이다.
제1 내지 10도는 본 발명의 기본적인 예를 보여주는 개략도로서 본 발명의 실시예에 따른 방법의 제조 단계에 대한 예를 보여주고 있으며 또한 잉크 제트 헤드의 구조를 보여주고 있다.
이 예에서는, 제1도에 도시한 바와 같이 예를 들어 전기열 변환기 소자, 또는 압전 소자와 같은 소정수의 잉크 분사 압력 발생 소자(3)는 결정면 방위 ＜100＞ 또는 ＜110＞을 갖는 실리콘 기판(1)(표면) 위에 배치되고 이들 사이에는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물층(2)이 배치된다. 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물층은 이방성 에칭에 대한 정지층으로서 기능한다. 이는 후술될 것이다. 잉크 분사 에너지 발생 소자(3)는 분사 에너지는 잉크 액체에 인가하므로써 기록 액체 방울을 분사하는 기능을 한다. 잉크 분사 에너지 발생 소자(3)로서 전기열 변환기 소자가 이용되면, 예를 들어, 분사 에너지는 상기 소자에 인접한 기록 액체를 가열하므로써 발생된다. 이 경우에, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물은 열 축적층으로서 기능할 수 있다. 압전 소자가 이용될 때는 열 에너지는 상기 소자의 기계적 진동에 의해 발생된다. 상기 잉크 분사 에너지 발생 소자(3)에는 이 소자를 구동하기 위해 제어 신호를 공급하기 위한 전극(도시 안됨)이 접속되어 있다. 분사 에너지 발생 소자의 내구력을 향상시킬 목적으로 보호층과 같은 여러 기능층들이 공지된 바와 같이 이용될 수 있다.
여기서, 보호층은 이방성 에칭에 대하여 정지층인 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물층(2)일 수 있다(제1도).
제2도를 보면, 잉크 공급부를 형성하기 위한 마스크로서 기능하는 부재(4)는 잉크 분사 압력 발생 소자를 갖고 있지 않은 기판(1)의 표면(뒷 표면) 상에 배치된다. 부재(4)는 실리콘의 이방성 에칭에 대한 마스크로서 기능하며 양호하게는 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막으로 만들어진다. 여기서, 부재(4)는 원한다면 기판의 표면에 배치될 수 있으며 또한 상술한 보호층으로서 이용될 수 있다.
잉크 공급부가 될 부재(4)의 부분은 노멀 포토-레지스트 마스크 및 CF4가스를 이용하는 건식 에칭에 의해 제거된다. 여기서. 이중-측면 마스크 어라이너(doubel-sided mask aligner)와 같은 수단을 이용하므로써, 잉크 공급부의 위치가 기판 상의 잉크 분사 입력 발생 소자에 관해서 정확히 결정된다(제3도).
계속해서, 기판(1)을 실리콘 이방성 에칭 액체에 담근다. 이 액체의 전형적인 예는 잉크 공급부(5)를 형성하기 위한 강알칼리 액체이다(제4도), 기판 표면은 원한다면 보호할 수 있다. 실리콘에 대한 이방성 에칭에 있어서, 결정 범위에 의존하는 알칼린 에칭 액체에 대한 용해도의 차이가 이용되고 에칭은 용해도를 거의 갖고 있지 않은 면＜111＞에서 정지한다. 그러므로, 잉크 공급부의 구성은 기판의 표면 방위에 따라 다르다. 면 방위＜100＞이 이용될 때, 제4도에서 각 θ는 54.790°이고, 면 방위＜110＞이 이용될 때는 θ는 90°이다(표면에 대해 수직)(제4도에서는 면 방위 ＜100＞이 이용된다).
실리콘 산화물과 실리콘 질화물층(2)은 알칼린 에칭 액체에 대한 내성을 갖고 있기 때문에, 에칭은 이 층에서 정지한다. 그러므로, 에칭의 종료점을 바르게 검출할 필요가 없다.
여기서, 실리콘 산화물막과 실리콘 질화물막(2)은 이방성 에칭 완료시에는 박막 형태이므로, 어떤 경우에 물결지거나 주름지는 것을 방지하기 위하여 잉크 공급부의 형태에 따라서 상기 박막에서의 스트레스 제어를 실행할 수 있다.
막(2)의 스트레스 제어 방법에 있어서, 막(2)은 장력 스트레스를 받는 적어도 하나의 장력 스트레스층을 함유하는 다층막이 되게 만든다. 장력 스트레스의 예는 저압 기상 합성법에 의해 생산된 실리콘 질화물막이다.
계속해서, 기판(1) 내의 노즐부를 위한 형성 공정이 실행된다. 여기서, 상술된 가용성 수지 재료층을 이용하는 제조 방법에 대해 설명한다. 기판(1)은 잉크 공급부 상에 고르게 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물막(2)으로 피복된다. 그러므로 그의 표면이 매우 편평하게 되어 스핀 코팅 수단, 롤러 코팅 수단 또는 다른 인가 수단이 이용될 수 있다.
막 두께가 50 ㎛보다 크지 않다면, 고정밀도 막을 형성할 수 있다.
드라이 막으로서 형성될 수 없는 재료, 예를 들어, 나쁜 코팅 특성을 갖는 재료가 이용될 수 있다.
가용성 수지 재료층은 스핀 코팅법 또는 롤러 코팅법을 통해 기판(1) 상에 막으로서 형성되고, 이후에 포토리소그래피 방법을 통해 패턴화되어 잉크 통로 패턴(6)이 형성된다(제6도).
이후에는 제7도에 도시된 바와 같이 코팅 수지 재료층(7)이 형성된다. 수지 재료는 잉크 제트 헤드용 구조 재료로서 기능하기 때문에, 높은 기계적 강도, 내열성, 기판에 대한 부착력, 잉크 액체에 대한 내성, 및 잉크 액체의 성질을 변경시키지 않는 특성을 갖는다.
코팅 수지 재료층(7)은 양호하게는 중합되고 빛 또는 열 에너지에 의해 경화되어 기판에 강력하고 밀접하게 접촉된다.
그러한 코팅 수지 재료층(7)은 잉크 흐름 경로 패턴(6)을 피복하는데 제공되어 잉크 흐름 통로벽을 형성한다.
코팅 수지 재료층(7)의 경화 이후에, 실리콘 기판(1)의 뒤쪽으로부터 CF4등을 이용해서 플라즈마 드라이 에칭에 실행되므로, 잉크 공급부(5) 상의 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물막(2)이 제거되어 잉크 공급부용 드로우-개구가 제공된다. 여기서, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물막(2)의 에칭 종료점이 바르게 검출될 필요는 없으나 종료점은 가용성 수지 재료층으로 형성된 잉크 흐름 경로 패턴(6) 내의 임의 점으로 간주될 수 있다.(제8도). 잉크 흐름 경로 패턴(6)을 제거하기 전에 실행하는 것이 좋을지라도 이하 설명될 잉크 분사 출구 형성 후에 잉크 공급부(5)로부터 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물막(2)을 제거할 수 있다.
이후에, 코팅 수지 재료층(7) 상에 잉크 분사 출구(8)을 형성한다. 잉크 분사 출구를 형성하는 방법에 있어서, 코팅 수지 재료층(7)이 광감성 성질을 갖고 있을 때에는 패터닝을 위해 포토리소그래피를 이용할 수 있다. 경화 수지 재료층을 처리하는 경우에는, 예를 들어 엑시머 레이저(eximer laser)를 이용하는 방법 및 신소 플라즈마를 이용하는 방법을 이용할 수 있다.
제10도에 도시된 바와 같이, 잉크 흐름 경로 패턴을 형성하는 가용성 수지 재료층(6)이 용해된다. 이러한 식으로 형성된 잉크 흐름 경로와 잉크 분사 출구를 갖고 있는 기판에는 잉크 공급을 위한 부재와 잉크 분사 압력 발생 소자를 구동하기 위한 전기 접속부를 장착하여 잉크 제트 헤드를 제조한다.
잉크 제트 헤드 제조 공정은 이방성 에칭 후에, 노즐을 형성하고 이방성 에칭 정지층을 제거하는 순서로 진행되지만, 먼저 노즐을 형성하고, 그후 이방성 에칭을 한 다음 이방성 에칭 정지층을 제거하는 순서로 진행될 수도 있다. 특히, 마스크 부재(4)는 기판(1)의 뒤쪽에 형성되고 (제2 또는 3도), 노즐부가 형성된 후에, 이방성 에칭 공정이 실행된다. 그러나, 이러한 경우에는 노즐 형성을 위한 재료 대부분이 이방성 에칭 액체에 대한 이방성 에칭 액체의 작용을 방지하기 위한 적절한 보호가 필요하다.
[실시예 1]
이 실시예에서, 잉크 제트 헤드는 제1-10도에 도시된 공정들을 통해서 제조되었다. 실리콘 산화물막들은 결정면 방위 ＜100＞와 500 ㎛ 두께를 갖고 있는 실리콘 웨이퍼의 양면 상에 열 산화를 통해 형성된다(두께는 2.75 미크론이다). 이후에는, 분사 에너지 발생 소자들로서의 전기열 변환기 소자들과 이들 소자를 동작시키기 위한 제어 신호 입력용 전극들은 실리콘 산화물막에 형성된다(전기열 변환기 소자를 갖고 있는 표면은 이하 앞면 또는 표면이라 부르기로 한다).
여기서, 실리콘 웨이퍼의 뒷면에는 가열 산화를 통해 형성된 실리콘 산화물막이 제공되므로, 실리콘의 이방성 에칭을 위한 부가적인 마스크 부재가 필요없다. 뒷면의 실리콘 산화물막은 잉크 공급부에 해당되는 부분에서만 CF4가스에 의한 플라즈마 에칭을 통해서 제거된다(제3도).
계속해서, 실리콘 웨이퍼를 30% 포타시움 하이드록사이드 수용액 내에 110℃에서 2시간 동안 담가두어 실리콘에 대한 이방성 에칭을 실행한다. 여기서, 웨이퍼의 앞면에는 보호막으로서 고무계 레지스트를 배치하여 포타시움 하이드록사이드 수용액의 접촉을 방지한다. 이방성 에칭은 실리콘 웨이퍼 표면 상의 실리콘 산화물막에 의해 정지되기 때문에, 에칭 동작의 기간, 온도를 제어할 필요가 없다.
이방성 에칭된 실리콘 웨이퍼는 맑은 물로 세정되고 그의 고무계 레지스트가 제거된 후에 노즐부 형성 공정이 실시된다.
먼저, 가용성 수지 재료로서 PMEK A-900(도꾜 우오가 고교 가부시키가이샤에서 구입할 수 있음)이 스핀 코팅법에 의해 제공되고, 잉크 흐름 경로의 모울드를 형성하기 위해서 캐논 가부시키가이샤 제품인 마스크 얼라이너 MPA-600을 이용하여 패터일 및 현상이 실행된다. PMER 은 고해상도 화상 특성 및 안정된 패터일 특성을 갖고 있으나 코팅 특성이 나쁜 노볼락계 수지인 것으로 알려져 있다. 그러므로 PMER은 드라이 막 형성에는 적절치 못하다. 여기서, 본 발명에서, 실리콘 웨이퍼의 앞면은 편평하다. 그러므로, 노볼락계 레지스트를 스핀 코팅법을 이용해서 정확한 두께로 제공할 수 있다.
이후, 노즐 및 잉크 분사 출구를 형성하기 위한 코팅 수지 재료층이 잉크 흐름 경로를 구성하는 부재인 가용성 수지 재료층 상에 스핀 코팅법에 의해 형성된다. 코팅 수지 재료층은 잉크 제트 헤드의 구조물 재료가 된다. 그러므로 기판에 관한 기계적 강도와 부착력이 높고, 잉크-내성 등이 높을 것이 요망되며 가장 양호하게는 가열 및 빛 반응에 의해 에폭시 수지 재료로 생산된 양이온 중합 경화 재료가 이용된다. 이 실시예에서, 에폭시 수지 재료로서 지환식계 에폭시 수지 재료인 다이셀 가가꾸 고교 가부시키가이샤로부터 구입할 수 있는 EHPE-3150, 및 서모세팅 양이온 중합 촉매로서 4, 4-디-티-부틸-디페닐리오도늄 헥사-플루오로안티모네이트/쿠퍼 트리플레이트를 함유하는 혼합 촉매가 이용되었다.
잉크 공급부의 침투력을 위해 잉크 공급부로부터 실리콘 산화물막을 제거한다. 실리콘 산화물막은 CF4가스를 이용하는 플라즈마 에칭을 통해서 실리콘 웨이퍼의 뒷면에서 실리콘 산화물막을 제거할수 있다. 여기서, 잉크 공급부에는 이후 단계에서 제거될 가용성 수지 재료층이 채워진다. 그러므로 플라즈마 에칭이 가용성 수지 재료 내의 임의 점에서 정지될 수 있다. 그 결과 코팅 수지 재료층이 플라즈마 에칭에 의한 영향을 받지 않는다. 하이드로플루오릭산에 담그므로써 실리콘 산화물막을 습식 에칭을 할 수있다.
뒤이어, 잉크 분사 출구가 코팅 수지 재료층에 형성된다. 이 실시예에서, 분사 출구는 산소 플라즈마 에칭에 의해 형성된다.
잉크 공급부에서 실리콘 산화물막이 제거되어 있는 실리콘 웨이퍼의 코팅 수지 재료층에는, 후지 한트 가부시키가이샤로부터 구입할 수 있는 포지티브계 레지스트 FH-SP 9를 함유하는 실리콘이 제공되어 잉크 공급부를 위한 부분(도시 안됨)과 신호 입력을 위한 전기 접속부에 대한 패터닝이 실시된다(제11도). 이후, 분사 출구 부분과 전기 접속부(도시안됨)가 산소 플라즈마 에칭되고, 여기에서 레지스트 FH-SP는 타이-산소-플라즈마막으로서 기능한다. 에칭은 분사 출구부에서만 가용성 수지 재료층의 임의 점에서 정지한다. 그러므로, 히터 표면이 손상을 받지 않는다.
이러한 식으로 제조된 잉크 제트 헤드는 기록 장치에 장착되었고, 맑은 물/디에틸렌 글리콜/이소프로필 알코올/리튬 아세테이트/블랙 칼라 다이 후드블랙 2 = 79.4/15/3/0.1/2.5를 함유하는 잉크를 이용하여 기록 동작을 실행하였다. 그 결과 프린팅이 안정되었고 인쇄 품질도 상당히 양호하였다. 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드에 있어서, 앞서 설명했듯이, 모든 잉크는 히터 전방으로 분사된다. 그러므로, 노즐 구조가 변동없이 올바르면(특히, 노즐 높이 = 가용성 수지 재료층 + 코팅 수지 재료층), 노즐들 간의 분사량 변화가 매우 작은 것으로 예상된다. 이러한 분사량 변화는 이 실시예에 따른 잉크 제트 헤드를 이용하여 측정하였다. 분사량 변화는 다음과 같이 측정되었다. 인쇄는 각 노즐이 잉크를 기록 매체(코팅 페이퍼)상에 분사하므로써 특정 패턴이 실행되고, 광 밀도(O.D)의 평균 및 표준 편차(샘플수 10)가 결정된다. 이 결과는 표 1에 도시되어 있다.
[표 1]
표 1로부터 알 수 있듯이, 이 실시예에 대한 노즐들 간의 분사량 변화가 거의 없으며 화상 품질도 높았다.
[실시예 2]
이 실시예에서, 잉크 제트 헤드는 노즐 공정, 이방성 에칭, 및 이방성 에칭 정지층 제거 공정 순서로 제조되었다.
두께가 500 ㎛이고 결정면 방위가 ＜100＞인 실리콘 웨이퍼(1)의 표면에는 분사 에너지 발생 소자로서의 전기열 변환기 소자(3)와 이들 소자를 동작시키기 위한 구동 회로가 형성되었다. 그후, 실리콘 질화물막(2)이 이방성 에칭에 대한 정지층으로서의 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성되었다. 실리콘 질화물막(2)은 전기열 변화기 소자용 보호막으로서도 기능한다. 이후, 실리콘 질화물막은 이방성 에칭에 대한 마스크 부재(4)로서 웨이퍼의 뒷면에 형성되었다(제2도).
후속해서, 이 실시예에서는 노즐 부분들이 형성된다. 제1 실시예와 유사하게, 잉크 흐름 경로 모울드는 가용성 수지 재료층으로서 PMER을 이용하여 형성되었고 코팅 수지 재료층이 형성되었다. 코팅 수지 재료층으로서는 실시예 1에서와 유사한 조성물이 이용되었다. 여기서, 4-4-디-티-부틸디페닐리오도늄헥사플루오로-안티모네이트/쿠퍼 트리플레이트를 함유하는 혼합촉매는 광감성 특성을 갖고 있어서, 잉크 분사 출구는 포토리소그래피법으로 형성된다. 코팅 수지 재료층 형성 후에, 마스크 얼라이너 PLA 520(콜드미러 250, 캐논사로부터 구입가능)을 이용하는 마스크(12)를 통해 노출(제3도)되고 나서 잉크 분사 출구를 형성하기 위한 현상이 실행된다.
후속해서, 실리콘에 대한 이방성 에칭을 위해 웨이퍼를 22 TMAH(테트라메틸타모늄-하이드로사이드) 수용액 내에 80 ℃에서 15시간 동안 담가둔다.
이때, TMAH 수용액은 구조적으로 노즐 부분이 형성되어 있는 웨이퍼 표면에는 접촉되지 않게 되어있다. 이방성 에칭 완료 후에, 잉크 공급부 아래 있는 실리콘 질화물막과 수용액 수지 재료층이 제거되어 잉크 제트 헤드가 형성된다.
최종적으로, 실시예 1과 유사하게, 신호 입력을 위한 전기 접속부와 잉크 공급 부재 장착이 실행된다. 그 결과 인쇄가 양호하게 실현될 수 있다.
[실시예 3]
이 실시예에서는 일본국 공개 특허 출원 제 소-62-264957호에 기술되어 있는 방법을 이용하였다.
실리콘의 이방성 에칭에 의한 잉크 공급부를 형성하는 단계까지는 제1 실시예와 거의 동일하다(제5도).
이후, 노즐을 구성하기 위한 수지 재료층(10)이 스핀 코팅 및 광 투사를 이용하는 패터닝에 의해 형성되고 현상이 실행된다(제13도).
여기서, 실리콘 웨이퍼의 표면이 편평하기 때문에, 막을 형성하는데 스핀 코팅을 이용할 수 있다. 이 결과 다음과 같은 장점이 발생한다.
드라이 막에서는 어려운 15 ㎛ 이하의 범위까지도 임의 소정 막의 두께를 갖는 막 형성이 가능해지므로 정밀도가 높다. 그러므로 설계 허용 범위가 증가된다.
드라이 막을 이용하는 경우와는 대조적으로 잉크를 잉크 공급부 내로 제공하지 않기 때문에 상부 노즐 부분에 밀접해 있는 잉크 공급부를 폐기할 수 있다(잉크 제트 헤드의 동작 빈도가 향상됨).
드라이 막으로는 용이하게 형성되지 않는 재료(나쁜 코팅 특성을 갖고 있는 재료)도 이용할 수 있다.
이 실시예에서는 다음의 조성물 표 2는 노즐 구조물 재료로서 이용된다.
[표 2]
표 2의 조성물은 안티-잉크 특성에서는 우수하나 코팅 특성이 나쁘므로, 스핀 코팅으로 실리콘 웨이퍼 상의 두께를 제어할 수 있다.
제1 실시예와 유사하게, 잉크 공급부 상의 실리콘 산화물이 제거된다(제14도). 이후에, 니켈 전극 형성을 통해 제조된 잉크 분사 출구(8)를 갖고 있는 부재(11)는 노즐 구조물 재료(10) 위에 배치되어 열-클림프(heat-crimp)된다. 그 결과 잉크 제트 헤드가 제조된다(제15도). 최종적으로, 잉크 공급 부재와 신호 입력용 전기 접속부 장착이 실시된다. 인쇄 결과를 평가해 본 결과 인쇄 동작이 양호하게 실시됨을 확인하였다.
본 발명이 본 명세서에서 기술된 구조를 참조하여 설명되었을 지라도 본 발명이 여기에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 범위 내에서 이루어진 본 발명에 대한 수정 또는 변경도 포함하는 것으로 본다.

Claims (23)

  1. 잉크를 분사하기 위한 에너지를 발생시키는 잉크 분사 압력 발생 소자 및 잉크를 이크 제트 헤드에 공급하는 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면 상에 잉크 분사 압력 발생 소자 및 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판의 뒷면에 잉크 공급부를 형성하기 위한 안티-에칭(anti-etching) 마스크를 형성하는 단계, 이방성 에칭을 통해 상기 잉크 공급부 부분에 해당되는 위치에서 상기 실리콘 기판의 뒷면 상의 실리콘을 제거하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면 상에 잉크 분사부를 형성하는 단계, 및 상기 잉크 공급부 부분의 상기 실리콘 기판의 표면에서 상기 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 제거하는 단계를 포함하는 잉크제트헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잉크 분사부 형성 단계는 상기 이방성 에칭 단계 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이방성 에칭 단계는 상기 잉크 분사부 형성 단계 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  4. 제1,2 또는 3항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 ＜100＞ 표면의 결정면 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  5. 제1,2 또는 3항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 ＜110＞ 표면의 결정면 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  6. 제1,2 또는 3항에 있어서, 상기 안티- 에칭 마스크는 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  7. 잉크를 분사하기 위한 에너지를 발생시키는 잉크 분사 압력 발생 소자 및 잉크를 잉크 제트 헤드에 공급하는 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면상에 상기 잉크 분사 압력 발생 소자 및 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판의 뒷면상에 잉크 공급부를 형성하기 위한 안티-에칭 마스크를 형성하는 단게, 이방성 에칭을 통해 상기 잉크 공급부 부분에 대응하는 위치에서 상기 실리콘 기판의 뒷면상의 실리콘을 제거하는 단계, 가용성 수지 재료로 잉크 흐름 경로를 형성하고, 상기 가용성 수지 재료층상에 코팅 수지 재료층을 형성하고, 상기 코팅 수지 재료층상에 잉크 분사 출구를 형성하는 단계에 의해 상기 실리콘 기판의 표면상에 잉크 분사부를 형성하는 단계 및 상기 잉크 공급부 부분의 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 상기 실리콘 산화물막 또는 상기 실리콘 질화물막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가용성 수지 재료층은 스핀 코팅 또는 롤러 코팅에 의해 상기 실리콘기판 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  9. 잉크를 분사하기 위한 에너지를 발생시키는 잉크 분사 압력 발생 소자 및 잉크를 잉크 제트 헤드에 공급하는 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면상에 상기 잉크 분사압력 발생 소자 및 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판의 뒷면상에 잉크 공급부를 형성하기 위한 안티-에칭 마스크를 형성하는 단계, 이방성 에칭을 통해 상기 잉크 공급부 부분에 대응하는 위치에서 상기 실리콘 기판상에 잉크 분사부를 형성하는 단계, 광-경화성 수지 재료로 잉크 흐름 경로를 형성하고 상기 잉크 흐름 경로를 갖는 상기 광-경화성 수지 재료상에 상기 잉크 분사 출구를 갖는 부재를 적충함으로써, 상기 실리콘 기판의 표면상에 잉크 분사부를 형성하는 단계, 및 상기 잉크 공급부 부분이 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 상기 실리콘 산화물막 또는 상기 실리콘 질화물막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가용성 수지 재료층은 스핀 코팅 또는 롤러 코팅을 통해 상기 실리콘 기판 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  11. 잉크 분사용 에너지를 발생하기 위한 잉크 분사 압력 발생 소자 및 잉크를 잉크 제트 헤드에 공급하기 위한 잉크 공급부를 갖고 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면 상에 잉크 분사 압력 발생 소자와 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판의 뒷면에 잉크 공급부를 형성하기 위한 안티-에칭 마스크를 형성하는 단계, 이방성 에칭을 통해서 상기 잉크 공급부 부분에 해당되는 위치에서 상기 실리콘 기판의 뒷면 상의 실리콘을 제거하는 단계, 상기 실리콘 기판의 표면 상에 가용성 수지 재료로 잉크 흐름 경로 패턴을 형성하는 단계, 상기 잉크 흐름 경로 패턴 상에 코팅 수지 재료를 형성하는 단계, 코팅 수지 재료층을 경화시키는 단계, 상기 코팅 수지 재료층 내에 잉크 분사 출구를 형성하는 단계, 상기 잉크 공급부 부분의 실리콘 기판의 표면으로부터 상기 실리콘 산화물막 또는 상기 실리콘 질화물막을 제거하여, 상기 잉크 공급부를 형성하는 단계, 및 상기 잉크 공급부와 잉크 분사 출구를 갖고 있는 상기 실리콘 기판으로부터 상기 잉크 흐름 경로 패턴을 용해시켜 제거함으로써, 상기 잉크 분사 출구 및 상기 잉크 공급부와의 유체 통로인 잉크 흐름 경로를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 ＜100＞ 표면의 결정면 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 ＜110＞ 표면의 결정면 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 안티-에칭 마스크는 실리콘 질화물막 또는 실리콘 산화물막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 가용성 수지 재료층은 스핀 코팅 또는 롤러 코팅을 통해서 상기 실리콘기판 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 표면 상의 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물막은 인장 스트레스를 수반하는 적어도 하나의 인장 스트레스막을 구비하는 다수의 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 막은 저압 기상 합성 방법에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  18. 제7항에 있어서, 상기 잉크 분사부 형성 공정은 상기 이방성 에칭 공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  19. 제9항에 있어서, 상기 잉크 분사부 형성 공정은 상기 이방성 에칭 공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 잉크 분사부 형성 공정은 상기 이방성 에칭 공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  21. 제7항에 있어서, 상기 이방성 에칭 공정은 상기 잉크 분사부 형성 공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  22. 제9항에 있어서, 상기 이방성 에칭 공정은 상기 잉크 분사부 형성 공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
  23. 제11항에 있어서, 상기 이방성 에칭 공정은 상기 잉크 분사부 형성 공정 후에 실행된는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
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