KR100340271B1

KR100340271B1 - 레이저 가공 방법, 그 방법을 이용하는 잉크 제트 기록헤드의 제조 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 잉크 제트기록 헤드

Info

Publication number: KR100340271B1
Application number: KR1020000036819A
Authority: KR
Inventors: 고이데준
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-06-12
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: KR20010007597A; AU4274300A; TW527287B; US6760973B1; CA2313056A1; MXPA00006536A; CN1287901A; EP1065024A2; EP1065024A3; CN1190293C

Abstract

펨토 세컨드 레이저가 사용되고 승화 가공이 레이저 발진기와 비동기식 스캐닝에 의해 마스크 패턴을 조명함으로써 수행되어, 마스크 패턴을 통하여 지나가는 레이저 비임의 회절에 의해 생성된 얼룩 간섭 화상의 통합된 화상을 형성하고, 작업편을 패턴 화상의 이동과 동기화하여 이동시키고, 그에 따라서 부산물이 생성되지 않는 레이저 가공 방법은 고정밀 가공을 수행할 수 있고, 마스크 투영에 의해 가공시 얼룩 간섭을 억제하여 미세한 마스크 패턴을 정밀하게 재생하며, 넓은 영역 패턴의 투영에 의해 작업편을 가공하는 이러한 레이저 가공 방법을 이용한 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법 및 이러한 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.

Description

레이저 가공 방법, 그 방법을 이용하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드 {LASER WORKING METHOD, METHOD FOR PRODUCING INK JET RECORDING HEAD UTILIZING THE SAME, AND INK JET RECORDING HEAD PRODUCED BY SUCH METHOD}

본 발명은 레이저 가공 방법, 예컨대 잉크 액적을 토출하고 기록 매체 상에 잉크 액적을 퇴적시키기 위한 잉크 제트 기록 헤드와, 상기 방법으로 제조된 잉크 제트 기록 헤드 또는 마이크로 기계를 레이저 가공 방법으로 제조하는 방법, 및 IC 또는 하이브리드 IC(hybrid IC)와 같은 복합 재료 또는 복합 형상의 미세 가공을 할 수 있는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

미세 구조와 높은 정밀도를 요구하는 구성 물품의 미세 가공에 있어서, 자외선 레이저를 사용하는 레이저 가공 방법이 채택되고 있다.

이러한 미세 가공의 일례는 잉크 제트 기록 헤드의 잉크 유동 경로와 잉크 토출 포트의 가공일 수 있다.

일본 특허 출원 공개 제2-121842호 및 제2-121845호에는, 대표적인 자외선 레이저인 엑시머 레이저(excimer laser)로 잉크 유동 경로와 잉크 토출 포트를 형성하는 고정밀 가공이 개시되어 있다.

엑시머 레이저는 수백 mJ/pulse의 발진 에너지 및 10 내지 500 ㎐의 펄스 반복 주파수로, 희유 가스와 할로겐 가스의 혼합 가스의 방전 여기에 의해 단-펄스(short-pulse)(15 내지 35 ns)의 자외선 광을 방사할 수 있다. 폴리머 수지의 표면이 그렇게 높은 강도의 단-펄스 자외선 광으로 조사될 때, 플라즈마 발광 및 충격음과 함께 조사부가 즉시 분해 및 비산되는 융제 광분해(ablative photodecomposition, APD) 공정이 생성됨으로써, 소위 폴리머 수지의 레이저 융제 가공이 가능해진다.

이러한 가공을 위해 채택된 종래의 레이저 중에서, 널리 채택된 YAG 레이저는 구멍을 형성할 수 있지만 거친 에지면을 형성하고, 적외선 광을 방사하는 CO₂레이저는 형성 구멍 둘레의 크레이터(crater)를 생성하는 단점과 관련있다. 이러한 레이저 가공 방법은, 광학 에너지를 열 에너지로 전환시킴으로써 가공이 이루어져서 작업편(가공될 객체)의 형상이 종종 파괴되고 미세 가공이 이루어지기 어려운 레이저 열가공이다. 한편, 탄소 원자의 공유 결합을 파괴하는 광화학 반응에 의한 승화 에칭에 기초하여 엑시머 레이저를 사용하는 레이저 융제 가공은 작업편의 형상을 용이하게 파괴할 수 없고, 따라서 매우 높은 정밀도의 가공을 이룰 수 없다.

레이저 융제 가공 방법은 액상을 통해서가 아닌, 레이저에 의한 승화에 의한 가공 방법을 의미한다.

특히, 잉크 제트 기술 분야에서, 이러한 엑시머 레이저를 사용하는 레이저 융제 가공 기술의 채택에 의해 기술이 현재까지 현저히 발전해 온 것이 공지되어 있다.

엑시머 레이저를 이용하는 이러한 레이저 가공 기술의 실제적인 채택으로, 이하의 현상이 나타났다.

조사 레이저의 펄스 발진 시간은 자외선 레이저인 엑시머 레이저의 경우에는 약 몇 십 나노 세컨드(nanosecond)이고, 고주파수 발진 YAG 레이저의 자외선 레이저의 경우에는 약 100 피코세컨드 내지 몇 나노 세컨드이지만, 작업편에 조사되는 모든 레이저 비임이 원자의 공유 결합을 파괴하기 위해 소비되지는 않는다.

원자의 공유 결합을 파괴하는 데 소비되지 않는 이러한 광학 에너지가 있기 때문에, 작업편의 레이저 가공부는 완전히 분해되기 전에 비산됨으로써 작업 영역 둘레에 부산물을 형성한다.

또한, 원자의 공유 결합을 파괴하는 데 소비되지 않은 광학 에너지의 일부가 열에너지로 전환된다.

또한, 엑시머 레이저의 에너지 밀도가 발진 펄스에서 최대 100 메가와트(megawatt)의 수준에서 유지될 때, 승화 융제 가공은 금속, 세라믹 또는 (실리콘과 같은) 광물 물질과 같은 높은 열전도 재료 또는 석영 또는 유리와 같은낮은 광 흡수 재료에 용이하게 적용할 수 없지만, 주로 유기 수지용으로 채택될 수 있다.

이러한 현상은 엑시머 레이저를 사용하는 데 피할 수 없는 것이며, 실제 잉크 제트 헤드 상의 이러한 현상의 영향을 피하기 위해 다양한 기술이 제안되었다.

예컨대, 부산물이 잔류한 채로 잉크 제트 기록 헤드가 조립될 경우에 잉크 토출 포트가 막힐 수 있기 때문에 부산물 제거 단계가 수행된다.

또한, 광학 에너지의 일부의 열에너지로의 전환이 가공 중에 작업편의 열팽창 또는 부분 용융을 야기할 수 있을 때, 높은 유리 전이점 또는 감소된 가공 피치의 재료가 채택된다.

또한, 이러한 기술들이 근본적으로 이러한 현상들을 해결하지 못하기 때문에 레이저 가공을 수행하는 데 실제로 접하게 되는 다양한 제한이 있다.

한편, 화질의 높은 해상도가 잉크 제트 기록 헤드에 대해 요구되고 있으며, 통상적으로 300 내지 400 dpi의 범위인 잉크 토출 포트 또는 잉크 유동 경로의 배열 밀도는 이제 600 dpi까지 또는 1200 dpi까지 향상되는 것이 요구된다.

따라서, 50 ㎛ 이하의 배열 피치 및 20 ㎛ 이하의 가공 직경과 같이 고도로 정밀한 작은 피치 또는 작은 치수로 토출 포트와 잉크 유동 경로를 형성할 수 있는 방법이 요구된다.

그러나, 엑시머 레이저와 관련한 전술한 현상은 가공 피치 또는 가공 직경이 작아짐에 따라 더욱 뚜렷해지고, 전술한 바와 같이 고정밀의 잉크 제트 헤드를 제조하는 데 제한을 갖는다.

전술한 것을 고려하여, 전술한 현상이 예컨대, 엑시머 레이저와 같은 자외선 레이저를 사용하는 레이저 융제 가공에 기초한 것이라는 것을 인식한 본원 발명의 발명자는 종래 기술 분야에 제한되지 않는 철저한 연구를 하였으며, 이러한 현상을 근본적으로 해결하고 이후에 발전되는 미세 가공 기술에도 적응되고 다양한 적용에 대해 적응성을 확대할 수 있는 신규한 레이저 융제 기술을 발명하였다.

전술한 점을 고려하여, 본 발명의 목적은 부산물이 생성되지 않고 레이저 가공 중에 발생된 열 에너지가 수지와 같은 작업편에 축적되는 것을 근본적으로 방지함으로써, 작업편의 용융 또는 열 팽창을 발생시키지 않고 고정밀도의 가공을 달성할 수 있는 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 가공 단계에 의해 복수의 재료로 구성된 작업편에 미세 구조를 형성할 수 있는 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정렬 단계를 단순화시킬 수 있고, 내부 구조 부재의 위치 정밀도와 같은 정밀도를 개선할 수 있고 제조비를 저감시킬 수 있는 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레이저의 조사 에너지를 흡수하도록 작업편을 구성함으로써 작업 효율을 개선할 수 있는 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 큰 영역 패턴의 투영에 의해 작업편의 가공을 가능하게 함으로써 얼룩 간섭(speckle interference)을 방지하고 레이저 비임에 의한 마스크 상의 손상을 감소시킬 수 있는 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 얼룩 간섭을 억제할 수 있고, 잉크 토출 방향의 축에 대해 대칭이고 단부를 향해 점차 얇아지는 테이퍼진 형상을 형성하기 위해 (잉크 토출측으로부터의) 잉크 토출 포트 형성 판의 외측으로부터 레이저 가공을 이룰 수 있고, 균일하고 큰 테이퍼 각 또는 균일하고 가변적인 테이퍼 각으로 단부를 향해 테이퍼지는 테이퍼진 형상을 용이하게 형성할 수 있는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드와, 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적들은 이하의 항목 (1) 내지 (37)에 설명된 바와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따라 레이저 가공 방법과, 이런 레이저 가공 방법을 사용한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법과, 이런 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드에 의해 얻어질 수 있다.

(1) 레이저 비임을 작업편에 조사함으로써 작업편에 레이저 융제 가공을 수행하기 위한 레이저 가공 방법에 있어서, 레이저 비임으로 마스크 패턴을 투영함으로써 가공하는 경우, 1 피코초 이하의 펄스 방사 시간으로 발진할 수 있는 레이저 발진기로부터 방사되는 공간 및 시간적으로 에너지 밀도가 큰 복수 펄스의 레이저 비임을 이용하는 단계와, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동에 의해 스캐닝 조명을 수행하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법.

(2) 항목 (1)에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 발진기와 비동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 왕복 운동함으로써 수행되고, 마스크 패턴의 형상은 단계적으로 작업편 상에 연속하여 형성되는 레이저 가공 방법.

(3) 항목 (2)에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 대한 마스크의 이동에 의해 수행되는 레이저 가공 방법.

(4) 항목 (3)에 있어서, 마스크는 소정의 패턴을 담지하는 롤(roll) 상의 필름을 포함하고, 상기 마스크 패턴의 이동은 권취 수단 및 재권취 수단에 의해서 롤 상의 필름을 레이저 비임의 광학 경로 내에 공급함으로써 얻어지는 레이저 가공 방법.

(5) 항목 (3) 또는 (4)에 있어서, 작업편의 융제 가공은 마스크의 이동에 수반하는 투영 렌즈로부터의 패턴 화상의 이동과 동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 작업편을 이동시킴으로써 수행되는 레이저 가공 방법.

(6) 항목 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 마스크를 투영하는투영 렌즈의 투영 배율이 절대치로 1/20 이하인 레이저 가공 방법.

(7) 항목 (2)에 있어서, 상기 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 의한 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 수행되는 레이저 가공 방법.

(8) 항목 (7)에 있어서, 상기 스캐닝 조명은 편향 스캐닝 장치를 거쳐서 상기 마스크 상에 집광된 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 포함하는 레이저 발진기와 비동기인 조명광에 의해 수행되는 레이저 가공 방법.

(9) 항목 (8)에 있어서, 상기 레이저 가공은 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 광학 시스템을 통하여 스캐닝 조명에 의해 수행되는 레이저 가공 방법.

(10) 항목 (9)에 있어서, 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 상기 광학 시스템은 원추 형상의 상호 대향 렌즈를 포함하고 상기 상호 대향 원추형 렌즈의 거리는 광학 축의 방향으로 변하도록 만들어지고, 그에 의해 링 형상 비임의 외부 형상은 팽창 또는 수축될 수 있는 레이저 가공 방법.

(11) 항목 (1)에 있어서, 상기 레이저 비임의 파장은 350 내지 1000 nm의 영역 내에 있는 레이저 가공 방법.

(12) 항목 (1)에 있어서, 상기 레이저 비임의 펄스 방사 시간은 500 펨토 세컨드 이하인 레이저 가공 방법.

(13) 항목 (1)에 있어서, 상기 작업편은 수지, Si 또는 Si 화합물로 구성된 레이저 가공 방법.

(14) 항목 (1)에 있어서, 상기 레이저 발진기에는 광 전파의 공간 압축 장치가 구비된 레이저 가공 방법.

(15) 항목 (14)에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑(chirping) 펄스 생성 수단과 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 수단을 포함하는 레이저 가공 방법.

(16) 항목 (14)에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 회절 위상 격자의 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 방법을 포함하는 레이저 가공 방법.

(17) 기록 매체에 부착될 잉크 액적을 토출하기 위한 잉크 토출 포트, 상기 잉크 토출 포트에 공급될 잉크를 보유하는 액체 챔버, 상기 잉크 토출 포트와 액체 챔버를 연통하는 잉크 유동 경로, 상기 잉크 유동 경로의 일부에 설치되고 잉크를 토출하기 위한 에너지를 발생하는 에너지 발생 요소, 외부로부터 상기 액체 챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 제트 헤드의 잉크 유동 경로의 적어도 일부를 형성하는 부재가 레이저 가공에 의해 가공되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서, 상기 레이저 비임으로 마스크 패턴을 투영함으로써 수행되는 상기 레이저 가공은 1 피코초 이하의 펄스 조사 시간으로 발진시킬 수 있는 레이저 발진기로부터 방사되는 공간 및 시간적으로 에너지 밀도가 큰 복수 펄스의 레이저 비임을 이용하고, 스캐닝 조명은 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동에 의해 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(18) 항목 (17)에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 발진기와 비동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 왕복 운동함으로써 수행되고, 마스크 패턴의 형상은 단계적으로 작업편 상에 연속하여 형성되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(19) 항목 (18)에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 대한 마스크의 이동에 의해 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(20) 항목 (19)에 있어서, 마스크는 소정의 패턴을 담지하는 롤 상의 필름을 포함하고, 상기 마스크 패턴의 이동은 권취 수단 및 재권취 수단에 의해서 롤 상의 필름을 레이저 비임의 광학 경로 내에 공급함으로써 얻어지는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(21) 항목 (19) 또는 (20)에 있어서, 작업편의 융제 가공은 마스크의 이동에 수반하는 투영 렌즈로부터의 패턴 화상의 이동과 동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 작업편을 이동시킴으로써 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(22) 항목 (17) 내지 (19) 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 마스크를 투영하는 투영 렌즈의 투영 배율이 절대치로 1/20 이하인 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(23) 항목 (18)에 있어서, 상기 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 의한 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(24) 항목 (23)에 있어서, 상기 스캐닝 조명은 편향 스캐닝 장치를 거쳐서상기 마스크 상에 집광된 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 포함하는 레이저 발진기와 비동기인 조명광에 의해 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(25) 항목 (24)에 있어서, 상기 레이저 가공은 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 광학 시스템을 통하여 스캐닝 조명에 의해 수행되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(26) 항목 (25)에 있어서, 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 상기 광학 시스템은 원추 형상의 상호 대향 렌즈를 포함하고 상기 상호 대향 원추형 렌즈의 거리는 광학 축의 방향으로 변하도록 만들어지고, 그에 의해 링 형상 비임의 외부 형상은 팽창 또는 수축될 수 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(27) 항목 (17)에 있어서, 잉크 유동 경로의 일부를 구성하는 부재가 리세스 부분 또는 관통 구멍을 포함하고, 상기 리세스 부분 또는 관통 구멍이 소정의 피치로 형성된 복수 구멍의 패턴을 갖는 마스크를 통한 레이저 비임 조사에 의해 소정의 거리를 갖는 복수 유닛으로 동시에 형성되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(28) 항목 (27)에 있어서, 상기 리세스 부분은 잉크 유동 경로를 구성하는 홈인 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(29) 항목 (27)에 있어서, 상기 관통 구멍은 잉크 토출 포트를 구성하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(30) 항목 (17)에 있어서, 상기 레이저 비임의 파장은 350 내지 1000 nm의 영역 내에 있는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(31) 항목 (17)에 있어서, 상기 레이저 비임의 펄스 방사 시간은 500 펨토 세컨드 이하인 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(32) 항목 (17)에 있어서, 잉크 토출 포트, 잉크 유동 경로, 액체 챔버 및 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 통로의 적어도 일부를 구성하는 부재가 수지로 구성된 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(33) 항목 (17)에 있어서, 잉크 토출 포트, 잉크 유동 경로, 액체 챔버 및 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 통로의 적어도 일부를 구성하는 부재가 Si 또는 Si 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(34) 항목 (17)에 있어서, 상기 레이저 발진기에는 광 전파의 공간 압축 장치가 구비된 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(35) 항목 (34)에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 수단을 포함하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(36) 항목 (34)에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 회절 위상 격자의 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 방법을 포함하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.

(37) 잉크 제트 헤드에 있어서, 항목 (17)에 따른 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 헤드.

도1은 본 발명의 예1의 레이저 가공 장치의 개략도.

도2는 본 발명의 예2의 마스크 패턴의 구성을 도시하는 도면.

도3은 본 발명의 예2의 레이저 가공 장치에서의 마스크 패턴 투영 광학 시스템의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도4는 본 발명을 구체화하는 레이저 가공 장치의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도5는 본 발명을 구체화하는 레이저 가공 장치에 채택될 마스크 패턴을 도시하는 도면.

도6은 본 발명의 예3의 레이저 가공 장치에서의 마스크 패턴 투영 광학 시스템의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도7은 본 발명의 예3의 원추형 렌즈의 기능을 도시하는 도면.

도8은 본 발명의 예3에서의 레이저 가공 장치의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도9a와 도9b는 본 발명의 예3에서의 오리피스 판의 가공 특성을 도시하는 도면.

도10은 본 발명의 예4의 레이저 가공 장치에서의 포토마스크 패턴 투영 광학 시스템의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도11은 본 발명의 예4에서의 원추형 렌즈의 기능을 도시하는 도면.

도12는 본 발명의 예4에서의 레이저 가공 장치의 광학 경로를 도시하는 개략도.

도13a, 도13b 및 도13c는 본 발명을 구체화하는 가공 방법으로 적용된 잉크 제트 헤드 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 마스크

2 : 오리피스 판

3 : 잉크 제트 헤드

11 : 마스크 패턴

12 : 필름 재권취 수단

13 : 필름 권취 수단

21 : 잉크 토출 포트

31 : 개별 잉크 유동 경로

32 : 공통 액체 챔버

33 : 기부판

35 : 상부판

101 : 레이저 비임

110 : 줌 비임 압축기

111 : 마스크 조명 렌즈

113 : 투영 렌즈

311 : 평면 거울

312 : 원추 구형 미러

313 : 투영 렌즈

601 : 조사 레이저 비임

610 : 편향 장치

본 발명의 전술한 구성의 적용 및 본 발명의 실시예는, 높은 해상도를 구현하고 부산물의 생성을 피하고 레이저 가공 중에 예컨대 수지로 구성된 작업편에서 열에너지의 축적을 근본적으로 방지할 수 있는 레이저 가공 방법, 상기 레이저 가공 방법을 사용하여 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법, 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드를 실현한다. 또한, 마스크 투영 작업에서, 작업편으로 레이저 비임을 안내하기 위한 광학 경로 내의 투영된 화상의 간섭을 동적으로 변위시키는 수단을 제공함으로써, 미세 마스크 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 레이저 가공 방법, 상기 레이저 가공 방법을 사용하여 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법, 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드가 실현될 수 있다.

본 발명의 전술한 구성에 채택되고 공간 및 시간에 있어서 매우 높은 에너지 밀도를 가지며 1 피코세컨드 미만의 펄스 방사 시간으로 발진할 수 있는 레이저 발진기로부터 방사된 복수 펄스의 레이저 비임은 예컨대, "차세대 광학 기술 요약"[1992년 옵트로닉스사(Optronics Co.)에서 발행; 1부 기초 기술: 초단-펄스의 생성; p 24- 33]에 설명된 소위 펨토세컨드 레이저(femtosecond laser)이며, 현재 상업적으로 이용 가능한 펨토세컨드 레이저들 중에서 몇몇은 150 펨토세컨드 이하의 펄스 방사 시간 및 펄스 당 500 마이크로주울(microjoule)의 광학 에너지를 갖는다. 이러한 레이저로, 방사된 레이저 비임의 에너지 밀도는 발진된 펄스에서 약 3 기가와트에 달한다.

예컨대, 엑시머 레이저를 사용하는 종래의 융제 가공 방법으로 잉크 제트 기록 헤드의 잉크 토출 포트를 가공할 경우에, 조사 레이저 비임의 긴 발진 펄스의지속으로 인해 토출 포트를 형성하기 위해 채택된 수지 판에 의해 흡수된 광학 에너지는 부분적으로 열에너지로 전환되고, 이러한 열에너지는 전체 수지 판의 소정 열전도성으로 확산됨으로써 열팽창을 야기한다. 팽창은 에칭 공정의 진행으로 증가함으로써, 노즐은 외측으로 편향되고 노즐 에지는 잉크 액적이 평행하고 곧은 방식으로 토출될 수 없도록 만곡된다.

한편, 1 피코세컨드 이하의 펄스 방사 시간을 갖는 전술한 펨토세컨드 레이저를 채택하는 구성은 레이저 가공에서 적시에 에너지 밀도를 격렬하게 증가시키도록 허용함으로써, 매우 낮은 광학 에너지로 예컨대 수지로 구성된 작업편을 융제 가공한다.

또한, 전술한 구성에서 부산물이 레이저 가공시에 거의 발생하지 않기 때문에, 종래의 불가피한 부산물 제거 단계가 필요 없어서 잉크 제트 기록 헤드의 생산성이 현저하게 증가될 수 있다.

또한, 전술한 구성에서, 작업편을 조사하는 레이저 비임의 광학 에너지가 열에너지로 전환되고 작업편에 축적되기 전에 가공이 완성될 수 있기 때문에, 가공 정밀도의 악화를 야기하는 레이저 가공 동안의 열팽창 및 부분 용융이 경감됨으로써 높은 정밀도의 가공이 가능해지고 잉크 제트 기록 헤드의 성능이 향상될 수 있다. 예컨대, 이러한 구성으로 잉크 토출 포트를 가공함으로써 평행한 방식으로 높은 밀도로 배열된 토출 포트가 형성될 수 있고 잉크 액적을 곧고 수평한 방식으로 토출시킬 수 있는 잉크 제트 기록 헤드가 얻어진다.

또한, 상기 설명한 구성에서, 상기 레이저 발진과 비동기식으로 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 상기 레이저 비임이 마스크 패턴을 통과할 때 광 회절에 의해 생성된 얼룩 간섭 화상의 통합을 통해 마스크 패턴과 사실상 동일한 패턴을 형성할 수 있다.

보다 특정한 형상에서, 얼룩 간섭 화상의 통합된 화상은 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 마스크를 이동시키거나 또는 레이저 비임으로 마스크 패턴의 스캐닝 조명을 수행함으로써 레이저 발진기로부터 레이저 비임을 링형상 비임으로 전환시키는 광학 시스템을 통해 형성될 수 있다.

이러한 방법으로, 상기 마스크 패턴이 사실상 고정 상태에서 레이저 발진기와 비동기식으로 스캐닝됨으로써 조명하기 때문에, 이러한 시스템에서의 작동 영역은 그 크기가 불가피하게 제한된다. 이 시스템의 크기가 약 20 cm (8 inch)로 제한되기 때문에, 마스크 패턴의 투영 배율는 약 15 ㎜의 크기의 입자를 가공하는 경우에 단지 최대 1/13으로 설정될 수 있다.

1 피코 세컨드(picosecond)를 초과하지 않는 단-펄스 레이저 비임이 대부분 임의의 재료를 가공할 수 있더라도, 마스크 상에 인가되는 에너지 강도는 상기 설명한 제한 때문에 작업편 상에 인가되는 것의 1/13×1/13=1/169가 되어, 상기 작업편의 재료 및 작업 방법은 마스크 상의 손상을 고려하여 불가피하게 제한된다. 레이저 조사에 의한 마스크 상의 손상은 마스크 및 작업편의 재료에 따라 다르지만, 이러한 재료의 선택에 있어서 소정의 제한은 아직 남아 있고 마스크 투영 배율는 이러한 제한을 방지하기 위해 최소 1/20으로 유지된다.

그러나, 본 발명의 전술된 구성을 구체화하는 다른 실시예에는, 소정의 패턴을 지지하는 롤 상의 필름으로 구성된 마스크를 사용하고, 투영 렌즈의 투영 배율을 절대치 1/20 또는 이보다 적은 값에서 선택하고, 권취 수단 및 재권취 수단에 의해 마스크를 이동시키고 레이저 비임에 의해 작업편의 융제 가공을 수행함과 동시에 광학 축에 직각인 방향이고 투영 렌즈의 화상(정립상 또는 도립상) 방향을 따라 비동기식 방식으로 투영 배율을 일치시키는 비율로 마스크와 작업편을 이동시켜서 레이저 비임에 의해 얼룩 간섭을 억제하고 마스크 상의 손상을 감소시키면서 큰 영역 패턴의 투영 조명에 의한 작업편을 가공하는 구성을 사용한다.

본 발명의 전술된 구성을 구체화하는 또 다른 실시예에서 레이저 비임을 작업편까지 안내하기 위한 광학 시스템에는, 포토마스크 패턴의 조명을 스캐닝하기 위해 레이저 발진기로부터 링 비임 안으로 전환시켜 잉크 토출 포트를 형성하기 위해 포토마스크 패턴으로 레이저 비임을 오리피스 판에 조사하기 위한 상호 대향 원추형 렌즈로 구성된 광학 시스템이 사용된다. 이러한 방식으로, 오리피스 판의 외측부로부터의 레이저 조사에 의해, 오리피스 판의 외측부 상에 전방 단부를 향해 점차적으로 얇아지는 테이퍼 형상의 잉크 토출 포트를 용이하게 형상하고 큰 테이퍼 각으로 균일한 형상을 용이하게 형성을 가능하게 한다. 또한, 이러한 작업으로, 반전 테이퍼 형상의 테이퍼 각은 전술된 상호 대향 원추형 렌즈의 거리를 다양하게 함으로써 임의로 변화될 수 있다.

잉크 토출 포트를 담지하는 오리피스 판의 외측부(잉크 토출 포트) 상에 1 피코 세컨드 또는 이보다 짧은 식간의 펄스 방사이고 가우스 비임(gaussian beam) 형상으로 펄스하는 복수의 레이저 비임을 방사할 수 있는 레이저로 이러한 측면으로부터 광 가공함으로써, 상기 설명한 구성은 작은 테이퍼 각을 갖는 반전 테이퍼 형상과 단지 방사에 의해 조절될 수 있는 테이퍼 각의 단점을 해결할 수 있다. 종래의 구성에서, 만일 레이저 조사 강도가 소정의 수치로부터 현저하게 변한다면, 과도하게 낮은 강도는 오리피스 판을 완전히 융제할 수 없고, 부산물은 가공면에 고정되며 과도하게 높은 강도는 오리피스 판의 가공면 내에 형성된 마이크로크랙(microcrack)과 같은 단점을 갖게 되지만, 상기 설명한 구성은 이러한 단점을 용이하게 극복하게 한다.

오리피스 판의 외측부 상에 전방 단부 방향으로 얇아지는 테이퍼 형상의 잉크 토출 포트의 이러한 형성으로, 잉크 토출 포트는 잉크 제트 헤드의 조립 후에 최종 단계에서 형성될 수 있고, 이에 의해 잉크 토출 노즐의 방향으로 평탄하지 않는 것은 방지되어 조립시 오리피스 판의 변형을 방지한다. 또한, 오리피스 판의 외부측면(잉크 토출 측면) 상의 단부를 향해 부분적으로 또는 전체적으로 뾰족해지는 테이퍼 형상을 형성함으로써, 잉크 액적의 토출 방향을 안정화시키고 잉크 유동을 위한 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 잉크 토출 주파수와 동일한 구동원을 갖춘 토출 잉크의 분사 속도를 증가시켜 프린트 질을 현저하게 개선시키고 고속 프린트를 가능하게 한다.

아래에는 본 발명의 예를 첨부 도면과 관련지어 설명하지만, 본 발명은 이러한 예들에 의해 제한되지 않는다.

(예1)

도1은 본 발명의 레이저 가공 장치 구성 예(1)의 광학 경로(optical path)를도시한 사시도이다. 우선, 도1을 참조로 본 발명의 레이저 가공 장치의 주요 부품을 설명한다. 도1에서 설명된 단-펄스 레이저로부터 화살표에 의해 표시된 방향으로 방사된 레이저 비임(101)은 소정의 비임 지경으로 전환되기 위해 줌 비임 압축기(110)에 안내된 뒤, 마스크(1) 상에 마스크 패턴의 일부를 조명하기 위해 소정의 수렴각의 레이저 비임으로 전환되도록 마스크 조명 렌즈(111)에 안내된다. 상기 작업편을 최종적으로 가공하기 위한 효과적인 NA(개구수)은 줌 비임 압축기(110)와 마스크 조명 렌즈(111)의 초점 직경의 압축 비에 의해 결정된다. 이러한 NA는 작업편의 가공 형상을 결정하거나 또는 역으로 줌 비임 압축기(110)와 마스크 조명 렌즈(111)의 초점 길이의 압축비는 작업편의 가공형상에 따라 결정되거나 또는 조절된다.

도2에 도시된 마스크(10)의 마스크 패턴(11)을 통과하는 레이저 비임은 작업편을 구성하는 잉크 제트 헤드(3)의 화상을 투영하는 투영 렌즈(113)에 의해 초점이 맞추어지고 투영되고, 이에 의해 잉크 토출 포트는 레이저 발진에 의해 형성된다.

소정의 패턴을 롤 상의 필름 상에 담지하는 마스크(1)는 레이저 비임의 방사와 동시에 필름 권취 수단(13) 및 필름 재권취 수단(12)에 의해 스캐닝 운동에 놓여지고, 작업편을 구성하는 오리피스 판(2)을 포함하는 잉크 제트 기록 헤드(3)는 도시되지 않은 기계적 단계에서, 투영 렌즈의 투영 배율에 적합하는 소정의 속도로 투영 렌즈의 화상 형성(정립상 또는 도립상) 방향과 광학 축에 직각으로 이동되고, 절대치이고 상기 마스크와 동기성으로 1/20 또는 이보다 작은 값으로 선택된다.따라서, 상기 가공은 마스크(1)와 작업편이 실선 화살표 및 절결선 화살표로 표시된 것과 같이 왕복 운동하면서 수행된다. 비록, 펄스 발진 레이저가 사용되더라도 상기 마스크는 통합됨으로써 마스크 패턴 조명은 평균이 되도록 레이저 발진과 비동기식인 반복적인 스케닝에 의해 조명되어 균일한 조명을 얻는다.

마스크 패턴을 초점 맞추는 것과 투영을 동시에 하기 위한 종래의 간단한 광학 시스템에 있어서, 조사 레이저 비임이 측방향 단일 모드에 일치되기 때문에, 광은 오리피스 판의 표면 상에 투영된 마스크 패턴의 광 화상에 얼룩 간섭을 발생하도록 상호 간섭된 마스크 패턴을 통과시 회절되는 단점이 발생되고, 이에 의해 상기 오리피스 판은 마스크 패턴에 대응하는 형상에서 가공될 수 없지만 상기 설명한 마스크(10)의 스캐닝은 이러한 단점을 해결하게 한다. 특히, 본 예에서, 상기 레이저 비임은 동시에 전체적인 마스크 패턴을 통과하지 않고 마스크 패턴은 잉크 제트 헤드를 가공하는 동안 연속 방식으로 투영되고 이에 의해, 가공 형상은 얼룩 간섭에 의해 찌그러짐이 방지될 수 있고 마스크 패턴과 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 작업편이 마스크(10)의 스캐닝 이동과 동시적이고 동기적으로 스캐닝 이동에 놓여져서 작업편은 큰(긴) 크기의 패턴의 투영에 의해 가공될 수 있어, 작업편 및 마스크 상의 레이저 비임에 의한 손상은 감소되고 얼룩 간섭은 억제된다.

(예2)

도3은 본 발명의 예2에서의 레이저 가공 장치의 마스크 패턴 투영 광학 시스템의 광학 경로를 도시한 사시도이다.

도3에서, 도시되지 않은 레이저로부터 방사된 레이저 비임(301)은 다각형 거울을 포함하는 편향 장치에 안내되고, 상기 레이저 비임의 진입은 화살표로 표시된 다각형 거울의 회전 이동에 의해 편향된다. 편향 광비임은 마스크(10) 상에 레이저 비임을 편향시키고 집광시키는 원추 구형 미러(312)까지 평면 거울(311)에 의해 편향되어 스캐닝에 의해 도5에 도시된 마스크 패턴을 조명한다.

상기 마스크(1)의 마스크 패턴에 의해 투과된 레이저 비임은 작업편을 구성하는 잉크 제트 헤드(3)의 오리피스 판(2)의 표면 상에 투영 렌즈(313)에 의해 집광되고 투영되어 잉크 토출 포트는 레이저 발진에 의해 형성된다. 펄스 레이저가 사용되더라도, 레이저 발진과 비동기식인 마스크의 반복 스캐닝 조명은 통합에 의해 마스크 패턴 조명을 평균에 이르게 하여 균일한 조명을 얻는다.

레이저 비임을 위한 개선된 광학 경로를 도시한 도4에 도시된 것처럼, 상기 구형 거울(312)은 마스크(1)의 패턴 위치 상에 레이저 비임(301)을 사실상 집광시키고 투영 렌즈(313)까지 레이저 비임을 안내하는 데 조력한다.

마스크 패턴을 초점을 맞추고 투영시키기 위한 종래의 간단한 광학 시스템에서, 투영 레이저 비임은 측방향 단일 모드에 일치하기 때문에, 상기 광은 오리피스 판의 표면 상에 투영된 마스크 패턴의 광 화상에서 간섭을 발생시키도록 서로 간섭하는 마스크 패턴을 통과하면서 회절되어 상기 오리피스 판은 마스크 패턴에 대응하는 형상으로 가공될 수 없지만 본 예의 마스크(1)의 상기 설명한 스캐닝으로 레이저 비임은 전체적인 마스크 패턴을 통시에 통과하지 못하고, 마스크 패턴은 순서대로의 연속 방식과 잉크 제트 헤드를 가공하는 대부분 임의의 순서로 투영되고 이에 의해, 가공 형상은 얼룩 간섭에 의한 찌그러짐이 방지되고 마스크 패턴과 동일하게 제조될 수 있다.

(예3)

도6은 본 발명의 예3에서의 레이저 가공 장치의 광학 경로를 도시한 사시도이다. 도6과 관련지어 이루어진 설명은 본 예의 잉크 토출 노즐을 위한 작업 방법에 관한 것이다. 도6에서, 도시되지 않은 단-펄스 레이저로부터 방사된 레이저 비임(601)은 도7에 도시된 것처럼 원형 비임(A)으로부터 입사 레이저 비임을 링형 비임(B)으로 전환시키기 위해 상호 대향 원추형 렌즈(615)로 안내된다. 그 뒤, 상기 링 비임은 다각형 거울을 포함하는 편향 장치(610)에 안내되고, 레이저 비임의 입사는 화살표로 표시된 다각형 거울의 회전 이동에 의해 편향된다. 편향 광 비임은 마스크(1) 상에 레이저 비임을 편향시키고 집광시키는 원추 구형 거울(612)까지 평면 거울(611)에 의해 편향되고, 스캐닝에 의한 조명에 의해 마스크 패턴(11)은 도5에 도시된 것처럼 마스크 판(1)의 크롬 증착 및 패터링에 의해 형성된다.

마스크(1)의 마스크 패턴에 의해 투과된 레이저 비임은 작업편을 구성하는 잉크 제트 헤드(3)의 오리피스 판(2)의 표면 상에 투영 렌즈(613)에 의해 초점이 맞추어지고 투영되고, 이에 의해 잉크 토출 포트는 레이저 발진에 의해 작동된다. 펄스 레이저가 사용되더라도, 레이저 발진과 비동기식인 마스크의 반복 스캐닝 조명은 통합에 의해 마스크 패턴 조명을 평균화하여 균일한 조명을 얻는다.

레이저 비임용 개선된 광학 경로를 도시한 도8에 도시된 것처럼, 구형 거울(612)은 마스크(1)의 패턴 위치에 레이저 비임(601)을 집광시키고 레이저 비임을 투영 렌즈(613)까지 안내하는 데 조력한다.

아래에는 도9a 및 도9b에 관련지어 오리피스 판(2) 상에 잉크 토출 포트의 형성 시 전술된 링형 비임의 영향을 설명한다. 도9a는 종래의 원형 가우스 비임과 함께 오리피스 판(2) 상의 잉크 토출 포트(21)를 가공하는 경우를 도시하고, C로 표시된 광 강도 분포를 갖는 조사 레이저 비임(601)은 마스크 패턴 내의 무한점에 대응하게 입사된다. 조사 레이저 비임이 상기 비임의 코어부에서 높은 광 강도를 갖고 주연부에서 낮은 광 강도를 갖기 때문에, 잉크 토출 노즐(21)의 주연부는 대각선 방향으로부터 강한 레이저 비임의 조사를 받지 않아서, 테이퍼 각(θ)은 작아지고 반전 테이퍼 형상은 달성하기 어렵다.

한편, 도9b는 본 예의 링형 비임으로 오리피스 판(2) 내에 잉크 토출 포트(21)를 가공하는 경우를 도시하고, D로 표시된 광 강도 분포를 갖는 조사 링형 레이저 비임(601)은 마스크 패턴 내의 무한점에 대응하게 입사된다. 잉크 토출 노즐(21)의 주연부는 대각선 방향으로부터 강한 레이저 비임의 조사를 수용하여서, 테이퍼 각(θ)은 커지고, 반전 테이퍼 형상은 얻기가 용이하다.

또한, 도9b에 도시된 예에서, 토출 노즐(21)이 환형 패턴으로 형성되어 있기 때문에, 그의 형상은 안정되어, 레이저 비임 강도의 변동에 의해 거의 변화되지 않는다.

(예4)

도10은 본 발명의 예4에서 토출 노즐에 대한 작업 방법을 도시하는 도면이다.

도시되지 않은 단-펄스 레이저로부터 방사된 레이저 비임(1101)은 도11에 도시된 바와 같이 입사 레이저 비임을 원형 비임(A)으로부터 링 형상의 비임으로 전환하기 위한 상호 대향하는 원추형 렌즈(1115)로 안내된다.

그 다음, 링 비임은 도10에 도시된 바와 같이 다각형 거울을 포함하는 검출 장치(1110)로 안내되는 데, 입사하는 레이저 비임은 화살표로 표시된 다각형 거울의 회전 운동에 의해 편향된다. 편향된 광선은, 사실상 마스크 판(1) 상의 레이저 비임을 편향시키고 집중시키는 오목 구형 거울(1112)로 평면 거울에 의해 편향되어서, 크롬 증기에 의해 형성된 마스크 패턴(11)을 스캐닝함으로써 조명하고 도5에 도시된 바와 같이 마스크 판(1) 상에 패턴화 한다.

마스크(1)의 마스크 패턴에 의해 투과된 레이저 비임은 작업편을 구성하는 잉크 제트 헤드(3)의 오리피스 판(2)의 표면상으로 투영 렌즈(1113)에 의해 초점이 맞추어지고 투영되어서, 잉크 토출 포트는 레이저 발진에 의해 작동된다.

비록 펄스 레이저가 사용되어도, 레이저 발진으로 마스크의 조명을 비동기식으로 반복하여 스캐닝하는 것은 통합에 의해 마스크 패턴 조명을 평균하여 균일한 조명이 얻어진다.

레이저 비임에 대한 발전된 광학 경로를 도시하는 도12에 도시된 바와 같이, 구형 거울(1112)은 레이저 비임(1101)을 마스크(1)의 패턴 위치 상에 사실상 집중시키고 레이저 비임을 투영 렌즈(1113)로 안내하는 데 조력한다.

다음에는, 오리피스 판(2) 위에 잉크 토출 포트를 형성하는 전술된 링 형상 비임이 도9a 및 도9b를 참고로 설명될 것이다. 도9a는 통상의 원형의 가우스 비임을 갖는 오리피스 판(2) 위에 잉크 토출 포트(21)를 작동시키는 경우를 도시하는데, C로 표시된 광 강도 분포를 갖는 조사 레이저 비임(601)이 마스크 패턴으로 무한점에 대응하는 것으로 입사한다. 조사 레이저 비임이 비임의 중심부에서의 높은 광 강도와 주연부에서 낮은 광 강도를 가질 때, 잉크 토출 노즐(21)의 주연부는 대각선 방향으로부터 강한 레이저 비임의 조사를 수용하지 않아서, 테이퍼 각(θ)은 작아지고 반전 테이퍼 형상은 얻기가 어렵다.

다른 한편, 도9b는 본 실시예의 링 형상의 비임을 갖는 오리피스 판(2)의 잉크 토출 포트(21)를 형성하는 경우를 도시하는 데, D로 표시된 광 강도 분포를 갖는 링 형상의 조사 레이저 비임(601)은 마스크 패턴으로 무한점에 대응하는 것으로 입사한다. 잉크 토출 노즐(21)의 주연부는 대각선 방향으로부터 강한 레이저 비임의 조사를 수용하여서, 테이퍼 각(θ)은 커지고 반전 테이퍼 형상은 얻기가 용이하다.

또한, 도9b에 도시된 예에서, 토출 노즐(21)이 환형 패턴으로 형성되어 있기 때문에, 그의 형상은 안정되고 레이저 비임 강도의 변동에 의해 거의 변동되지 않는다.

또한, 도11에 도시된 바와 같이, 전환된 링 형상의 비임(B)의 외부 형상은 대향하는 원추형 렌즈(1115)의 하나를 화살표로 표시된 축방향으로 이동시킴으로써 B1로부터 B2까지 팽창 또는 수축될 수 있고, 그 다음 팽창 및 수축된 외부 형상을 갖는 링 형상의 비임은 도9b를 참고로 이미 설명된 바와 같이, 오리피스 판(2)으로 입사하는 레이저 비임의 NA(개구수)의 일정한 변화와 동일한 효과를 제공한다. 결과적으로, 설명되지 않았으나, 반전 테이퍼 형상으로 형성된 잉크 토출 노즐(21)의테이퍼 각(θ)의 변화가 얻어진다. 따라서, 잉크 토출 노즐(21)의 테이퍼 각(θ)은 대향 원추형 렌즈(1115)의 거리의 변화에 의해 임의로 제어된다.

다음에는, 이전의 예1 내지 예4의 토출 포트 형성 방법이 적용되는 잉크 제트 기록 헤드가 도13a 내지 도13c를 참고로 설명될 것이다.

도13a 내지 도13c에서, 기부판(33)에는 그 위에, 잉크 토출용 전기-기계 전환 요소 또는 전기-열 전환 요소와 같은 잉크 토출압 발생 요소(34)가 구비된다. 잉크 토출압 발생 요소는 토출 포트(21)와 연통하는 잉크 유동 경로(31)에 구비되고, 개별 잉크 유동 경로(31)는 잉크 탱크로부터 잉크 공급을 위한 (도시되지 않은) 잉크 공급 파이프와 연결된 공통 액체 챔버(32)와 연통한다.

상부판(35)에는 잉크 유동 경로(31) 및 공통 액체 챔버(32)를 형성하기 위하여 리세스가 구비되고, 기부판(33)에 인접할 때 이러한 잉크 유동 경로(31) 및 공통 액체 챔버(32)를 형성한다.

기부판(33) 및 상부판(35)에 의해 구성된 인접한 몸체 내의 잉크 유동 경로의 단부에, 잉크 토출 포트(21)를 갖는 오리피스 판(2)이 구비되어 있다.

전술된 잉크 제트 헤드는 후속하는 방법으로 구비될 수 있다. 먼저, 기부판(33)은 잉크 토출압을 생성하기 위한 발열 저항 요소를 구성하는 히터(34)와 시프트 레지스터와 같은 도시되지 않은 집적 회로와 전기 배선을 실리콘 기판 상에 패턴화 함으로써 구비되고, 상부판(35)은 잉크 챔버(32)와 잉크 유동 경로(31)를 형성하기 위한 리세스와 실리콘 판의 화학 에칭에 의해 도시되지 않은 잉크 공급 구멍을 형성함으로써 구비된다.

그 다음, 기부판(33) 및 상부판(35)은 잉크 토출 측 단부면들이 서로 일치하고 잉크 유동 경로(31)와 히터(34)의 어레이가 일치하도록 정렬 및 접합되고, 그 후 노즐(토출 포트)이 아직 형성되지 않은 오리피스 판(2)을 접합된 상부판 및 기부판의 잉크 토출 측 단부면에 접착하고, 노즐은 전술된 노즐 가공 방법에 의해 이 상태로 형성된다.

그 다음, 히터를 구동하기 위한 도시되지 않은 단자들이 패턴화되는 전기 기판은 접속되고, 알루미늄 기부판은 기부판(33)에 접합된다. 잉크 제트 헤드는 부품들을 지지하기 위한 홀더와 잉크 공급용 잉크 탱크를 결합함으로써 얻어진다.

이와 같이 구비된 잉크 제트 헤드에서, 모든 잉크 토출 포트는 불균일한 형상으로 형성된다. 본 발명의 제조 방법에 의해 구비된 잉크 제트 헤드로 실제 인쇄 작업을 행한 바, 간결하고 균일한 도트 형상을 갖는 균일하게 정렬된 인쇄 도트가 기록되어서, 우수한 인쇄 품질의 화상을 제공한다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 높은 선명도에 대응할 수 있고, 부산물의 발생을 없앨 수 있으며, 레이저 가공 중에 전환된 열에너지가 수지 등으로 된 작업편에 축적되는 것을 근본적으로 방지할 수 있고, 또한 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 가공을 이루는 단순한 구성에 의해 투영된 화상의 간섭을 억제하여 미세한 마스크 패턴을 정확히 가공할 수 있고, 마스크의 이동에 의해 투영 렌즈를 통하여 기인된 패턴 화상의 이동과 동기화하여 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 작업편을 이동시켜서 얼룩 간섭을 억제하고 레이저 비임에 의한 마스크 상의 손상을 감소시키는 동안 큰 면적에 걸쳐 고도로 정밀한 가공을 할 수 있고, 그에 의해 IC 또는 혼합 IC 장치와 같은 복잡한 형상 또는 복잡한 재료의 미세한 가공이 가능하다.

또한, 본 발명의 레이저 가공은 잉크 토출 포트, 잉크 유동 경로, 잉크 액체 챔버, 또는 긴 잉크 토출 영역의 잉크 제트 기록 헤드를 형성하기 위한 잉크 제트 기록 헤드의 잉크 공급 구멍의 형성에 적용될 수 있고, 그에 의해 기록 성능을 상당히 향상시킨다.

또한, 본 발명은 레이저 가공시 시간적 에너지 밀도를 상당히 증가시킬 수 있어서, 매우 제한적인 광학 에너지에 의해서 수지 등의 작업편을 융제 가공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 레이저 가공시의 부산물이 거의 발생되지 않아서, 종래에는 필수적인 부산물 제거 공정이 생략될 수 있고, 잉크 제트 헤드의 생산성이 상당히 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 수지 등의 작업편에 조사한 레이저 비임의 광학 에너지가 열에너지로 전환되어 작업편에 축적되기 전에 가공이 종료될 수 있어서, 작업편은 가공 중에 열팽창을 일으켜 가공 정밀도를 열화시키거나 부분적인 융해를 일으키는 문제가 해결될 수 있다. 그러므로, 고정밀 가공이 가능하게 되어 잉크 제트 헤드의 성능을 상당히 향상시킬 수 있다.

또한, 광 조사 후 열 확산이 진행하기 전에 가공 공정이 종료되기 때문에, 액상 상태를 통하지 않는 융제 가공은 수지뿐만 아니라 세라믹 또는 금속과 같은 열전도 효율이 높은 재료에서도 실현될 수 있다.

또한, 에너지가 시간적 집중성이 높기 때문에, 근소한 광 흡수율이라도 사용하여 융제 가공은 석영, 크리스털, 또는 유리와 같은 광 투과율이 높은 재료에서 실현될 수 있다. 따라서, 잉크 제트 헤드를 구성하는 재료 선택의 자유도가 증가될 수 있다. 그러므로, 잉크 토출 포트 표면의 방수 처리 등에서 고온 처리가 사용될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 선 팽창 계수가 작은 재료를 이용할 수 있어서, 각 부품들의 접합면의 전단력에 의한 어긋남을 방지한다. 이러한 열 팽창이 낮은 재료로 형성된 잉크 제트 기록 헤드는 열대 지역을 지나가는 배편으로 운송할 때에도 열 변형이 방지될 수 있어서, 운송 비용을 절감할 수 있다.

또한, 세라믹 또는 유리를 이용하면 강알칼리성 잉크에 대해서도 견딜 수 있는 내구성 및 보관성이 우수한 잉크 제트 헤드를 만드는 수 있고, 반도체 재료를 이용하면 집적 회로 상에 직접 헤드 구조체를 구비할 수 있다.

더욱이, 오리피스 판의 외측(잉크 토출 측)에서의 레이저 가공에 의해서, 본 발명은 잉크 토출 축으로 대하여 대칭이고, 단부 쪽으로 예리하게 된 테이퍼 형상을 형성하는 것을 용이하게 할 수 있고, 이 테이퍼 형상이 큰 테이퍼 각으로 변동이 없는 형상을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 이러한 가공 작업에서, 반전 테이퍼 형상의 테이퍼 각은 전술된 대향 원추형 렌즈의 거리를 변화시킴으로써 임의로 제어된다. 따라서, 고품질의 가공을 얻고 잉크 제트 헤드의 성능이 각별히 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 단부 쪽으로 예리하게 된 테이퍼 형상의 잉크 토출 포트를오리피스 판의 외측 상에 형성할 수 있게 하여, 잉크 토출 포트는 잉크 제트 헤드가 조립된 후 최종 단계에서 형성될 수 있고, 그에 의해 오리피스 판의 조립시 변형으로 기인하는 잉크 토출 포트 방향의 불균일성이 해결될 수 있다. 또한, 단부 쪽으로 전체 또는 부분적으로 예리하게된 테이퍼 형상이 오리피스 판의 외측 (잉크 토출 측) 상에 형성될 수 있으므로, 잉크 액적의 토출 방향을 안정시키는 것이 가능하여 잉크 유동의 유속을 증가시키도록 잉크 유동의 저항을 감소시키고, 그에 의해 동일한 구동원으로 잉크 토출 주파수를 증가시키고 또한 잉크 액적의 비상 속도를 향상시켜, 인쇄 품질을 상당히 향상시키고 고속의 인쇄가 가능한 잉크 제트 헤드를 실현할 수 있다.

Claims

레이저 비임을 작업편에 조사함으로써 작업편에 레이저 융제 가공을 수행하기 위한 레이저 가공 방법에 있어서,

레이저 비임으로 마스크 패턴을 투영함으로써 가공하는 경우, 1 피코초 이하의 펄스 방사 시간으로 발진할 수 있는 레이저 발진기로부터 방사되는 공간 및 시간적으로 에너지 밀도가 큰 복수 펄스의 레이저 비임을 이용하는 단계와,

마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동에 의해 스캐닝 조명을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 발진기와 비동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 왕복 운동함으로써 수행되고, 마스크 패턴의 형상은 단계적으로 작업편 상에 연속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제2항에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 대한 마스크의 이동에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항에 있어서, 마스크는 소정의 패턴을 담지하는 롤 상의 필름을 포함하고, 상기 마스크 패턴의 이동은 권취 수단 및 재권취 수단에 의해서 롤 상의 필름을 레이저 비임의 광학 경로 내에 공급함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 작업편의 융제 가공은 마스크의 이동에 수반하는 투영 렌즈로부터의 패턴 화상의 이동과 동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 작업편을 이동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크를 투영하는 투영 렌즈의 투영 배율이 절대치로 1/20 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제2항에 있어서, 상기 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 의한 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제7항에 있어서, 상기 스캐닝 조명은 편향 스캐닝 장치를 거쳐서 상기 마스크 상에 집광된 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 포함하는 레이저 발진기와 비동기인 조명광에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제8항에 있어서, 상기 레이저 가공은 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 광학 시스템을 통하여 스캐닝 조명에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제9항에 있어서, 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 상기 광학 시스템은 원추 형상의 상호 대향 렌즈를 포함하고 상기 상호 대향 원추형 렌즈의 거리는 광학 축의 방향으로 변하도록 만들어지고, 그에 의해 링 형상 비임의 외부 형상은 팽창 또는 수축될 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 비임의 파장은 350 내지 1000 nm의 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 비임의 펄스 방사 시간은 500 펨토 세컨드 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 작업편은 수지, Si 또는 Si 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 발진기에는 광 전파의 공간 압축 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제14항에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제14항에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 회절 위상 격자의 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
기록 매체에 부착될 잉크 액적을 토출하기 위한 잉크 토출 포트, 상기 잉크 토출 포트에 공급될 잉크를 보유하는 액체 챔버, 상기 잉크 토출 포트와 액체 챔버를 연통하는 잉크 유동 경로, 상기 잉크 유동 경로의 일부에 설치되고 잉크를 토출하기 위한 에너지를 발생하는 에너지 발생 요소, 외부로부터 상기 액체 챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 제트 헤드의 잉크 유동 경로의 적어도 일부를 형성하는 부재가 레이저 가공에 의해 가공되는 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 있어서,

상기 레이저 비임으로 마스크 패턴을 투영함으로써 수행되는 상기 레이저 가공은 1 피코초 이하의 펄스 조사 시간으로 발진시킬 수 있는 레이저 발진기로부터 방사되는 공간 및 시간적으로 에너지 밀도가 큰 복수 펄스의 레이저 비임을 이용하고,

스캐닝 조명은 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 발진기와 비동기식으로 레이저 비임의 광학 축에 직각인 방향으로 왕복 운동함으로써 수행되고, 마스크 패턴의 형상은 단계적으로 작업편 상에 연속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제18항에 있어서, 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 대한 마스크의 이동에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제19항에 있어서, 마스크는 소정의 패턴을 담지하는 롤 상의 필름을 포함하고, 상기 마스크 패턴의 이동은 권취 수단 및 재권취 수단에 의해서 롤 상의 필름을 레이저 비임의 광학 경로 내에 공급함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 작업편의 융제 가공은 마스크의 이동에 수반하는 투영 렌즈로부터의 패턴 화상의 이동과 동기식으로 레이저 비임의 광학 축에직각인 방향으로 작업편을 이동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항 내지 제19항의 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크를 투영하는 투영 렌즈의 투영 배율이 절대치로 1/20 이하인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제18항에 있어서, 상기 마스크 패턴과 레이저 비임의 공급원의 상대 이동은 레이저 비임에 의한 마스크 패턴의 스캐닝 조명에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 스캐닝 조명은 편향 스캐닝 장치를 거쳐서 상기 마스크 상에 집광된 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 포함하는 레이저 발진기와 비동기인 조명광에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제24항에 있어서, 상기 레이저 가공은 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 광학 시스템을 통하여 스캐닝 조명에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제25항에 있어서, 레이저 발진기로부터의 레이저 비임을 링 형상의 비임으로 전환하는 상기 광학 시스템은 원추 형상의 상호 대향 렌즈를 포함하고 상기 상호 대향 원추형 렌즈의 거리는 광학 축의 방향으로 변하도록 만들어지고, 그에 의해 링 형상 비임의 외부 형상은 팽창 또는 수축될 수 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 잉크 유동 경로의 일부를 구성하는 부재가 리세스 부분 또는 관통 구멍을 포함하고, 상기 리세스 부분 또는 관통 구멍이 소정의 피치로 형성된 복수 구멍의 패턴을 갖는 마스크를 통한 레이저 비임 조사에 의해 소정의 거리를 갖는 복수 유닛으로 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제27항에 있어서, 상기 리세스 부분은 잉크 유동 경로를 구성하는 홈인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제27항에 있어서, 상기 관통 구멍은 잉크 토출 포트를 구성하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 레이저 비임의 파장은 350 내지 1000 nm의 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 레이저 비임의 펄스 방사 시간은 500 펨토 세컨드 이하인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 잉크 토출 포트, 잉크 유동 경로, 액체 챔버 및 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 통로의 적어도 일부를 구성하는 부재가 수지로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 잉크 토출 포트, 잉크 유동 경로, 액체 챔버 및 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 통로의 적어도 일부를 구성하는 부재가 Si 또는 Si 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 레이저 발진기에는 광 전파의 공간 압축 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제34항에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제34항에 있어서, 상기 광 전파의 공간 압축 장치는 처핑 펄스 생성 수단과회절 위상 격자의 광 파장 분산 특성을 이용한 수직 모드 동기화 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
제17항에 따른 잉크 제트 헤드의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 헤드.