KR100467886B1 - 잉크젯프린터헤드및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

저렴한 가격으로 고해상도화에 대응가능한 잉크 젯 헤드를, 간단한 공정에 의해 제조할 수 있도록 하기 위해, 잉크 압력실을 형성하는 헤드 기대상에 설치되어진, 전기신호에 의해 변형하는 압전소자에 의해 상기 잉크 압력실을 가압하여 잉크를 토출하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 헤드 기대의 제조 공정은, 상기 헤드 기대에 따라서 소정의 요철패턴을 갖는 원반(10)을 제조하는 제 1공정과, 상기 원반의 요철패턴을 갖는 표면상에 상기 헤드 기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 상기 헤드 기대(12)를 형성하는 제 2공정과, 상기 헤드 기대(12)를 상기 원반(10)으로부터 박리하는 제 3공정과, 상기 헤드 기대(12)상에 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 제 4공정을 갖는 것으로 하였다.

Description

잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법{Ink jet printer head and method for manufacturing the same}
본 발명은, 잉크 토출의 구동원에 압전체 소자를 사용하는 잉크 젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액체 혹은 잉크 토출의 구동원인 전기-기계 변환소자로서, PZT로 이루어지는 압전소자를 사용한 압전타입의 잉크 젯 프린터 헤드가 존재한다.
도 11은, 이 타입의 잉크 젯 프린터 헤드의 구조의 일례를 나타내는 도이다. 부호 12는 헤드 기대, 29는 공통전극(진동판), 32는 압전소자, 33은 잉크 압력실, 35는 잉크 토출용 노즐구(13)를 갖는 노즐 플레이트, 36은 잉크 공급구, 37은 리저버, 38은 잉크 탱크구이며, 이 밖에 도시되어 있지않은 배선패턴, 신호회로, 잉크 탱크 등으로 구성된다.
이와 같은 잉크 젯 프린터 헤드는, 일반적으로 리소그래피 기술을 응용한 공정에 의해 제조되어 있다. 도 12a 내지 도 12f는, 그 제조공정의 일례를 간단하게 나타내고 있으며, 도 11에 있어서의 A-A'의 단면도로 나타내고 있다.
우선, 도 12a에 나타내듯이 표면에 열산화막(40)을 형성한 실리콘 기판(웨이퍼)(39) 위에, 공통전극(29), 압전체 박막(30), 상전극(31)을 순차 형성한다.
이어서, 도 12b에 나타내듯이, 상전극(31) 위에 레지스트층(15)을 형성하며, 마스크를 통해 소정의 패턴으로 노광하며, 현상하여 레지스트층(15)을 패터닝 한다.
그리고, 도 12c에 나타내듯이, 레지스트층(15)을 마스크로서 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 에칭한 에칭 방식, 레지스트층(15)을 박리하여 압전소자(32)를 얻는다.
이어서, 도 12d에 나타내듯이, 압전소자(32)를 형성한 반대측의 면에 레지스트층(15)을 형성하며, 마스크를 통해 소정의 패턴으로 노광, 현상하여 레지스트층(15)을 패터닝한다.
그리고, 이 레지스트층(15)을 마스크로서 산화막(40) 및 실리콘 웨이퍼(39)를 에칭한 에칭 방식, 레지스트층(15)을 박리하여 도 12e에 나타내듯이, 잉크 압력실(33) 등이 형성된 헤드 기대(12)를 얻는다.
이렇게 하여 제조된 헤드 기대(12)에 도 12f에 나타내듯이, 잉크 압력실(33)에 대응한 위치로 잉크 토출용 노즐구(13)가 형성된 노즐 플레이트(35)를 장착층을 끼는 등으로 하여 접합(접착)하며, 또한, 배선패턴, 신호회로, 잉크탱크 등을 형성하여 잉크 젯 프린터 헤드를 얻는다.
(발명의 개시)
최근, 퍼스널 컴퓨터의 발달에 따라서, 잉크 젯 프린터가 급속하게 보급되고 있다. 금후, 잉크 젯 프린터의 원활한 보급을 위해서는, 저 코스트화 및 고해상도화가 필요하며, 그것을 실현하기 위해서는, 잉크 젯 프린터 헤드의 저 코스트화 및 고해상도화는 필요 불가피의 과제이다.
그러나, 전술의 종래기술에서는, 헤드 기대의 제조에 상당히 많은 공정을 필요로 하며, 비약적인 저 코스트화는 용이하지 않다.
또한, 고해상도화에 동반하여 잉크 압력실의 폭 및 높이, 잉크 압력실을 구분하는 격벽의 폭(도 12a 내지 도 12f에 있어서, 각각 W, H, W'로 나타내고 있다)을 작게 할 필요가 있다.
그러나, 전술한 종래기술에서는, 잉크 압력실의 높이는, 사용하는 실리콘 웨이퍼의 두께와 거의 동일하다. 따라서, 잉크압력실의 높이를 낮게하기 위해서는, 더욱 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않으면 안된다. 그렇지만, 현상태에서도 약 200㎛의 두께의 것을 사용하고 있으며, 이것보다 더욱 얇은 실리콘 웨이퍼의 사용은, 강도 등의 점으로 프로세스 유동의 경우 핸드링이 곤란하게 된다.
더 나아가서는, 전술한 종래기술에서는, 헤드 기대와 노즐 플레이트를 접착제를 사용하여 일체화시키고 있으며, 고해상도화에 의해 잉크 압력실로 접착제가 삐져 나오지 않도록 하는 것이 곤란하게 된다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적으로 하는 점은, 저렴한 가격으로 고해상도화에 대응가능한 잉크 젯 프린터 헤드를 간단한 공정에 의해 제조하는 것이 가능한 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법은, 잉크 압력실을 형성하는 헤드 기대상에 설치된 전기신호에 의해 변형하는 압전소자에 의해, 상기 잉크압력실을 가압하여 잉크를 토출하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 헤드 기대의 제조공정은, 상기 헤드 기대에 따른 소정의 요철패턴을 갖는 원반을 제조하는 제 1공정과, 상기 원반의 요철패턴을 갖는 표면상에 상기 헤드 기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 상기 헤드 기대를 형성하는 제 2공정과, 상기 헤드 기대를 상기 원반으로부터 박리하는 제 3공정과, 상기 헤드 기대상에 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 제 4공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 특징에 의해, 잉크 토출용 노즐 일체형의 잉크 젯 프린터 헤드를 간단한 공정에 의해 제조할 수 있기 때문에 저렴하고 고해상도에 대응할 수 있는 잉크 젯 프린터 헤드를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은, 요약하면, 원반을 틀로서 헤드 기대를 전사형성하는 방법이다. 상기 원반은, 일단 제조하면 그 후, 내구성이 허락하는 한, 몇 번이라도 사용할 수 있기 때문에, 2개째 이후의 헤드 기대의 제조공정에서 생략할 수 있으며, 공정수의 감소 및 낮은 가격화를 도모할 수 있다.
또한, 노즐 플레이트가 일체 형성되기 때문에, 고해상도화가 용이하게 된다.
제 1공정으로서, 구체적으로는 예를 들면 다음의 방법이 있다.
(1) 원반 모재상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 에칭에 의해 상기 원반 모재상에 상기 요철패턴을 형성하여 상기 원반을 제조하는 공정.
이 공정에 의하면, 에칭 조건을 바꾸는 것에 의해, 요철패턴의 형상을 고정도이며 자유로이 제어하는 것이 가능하다.
상기 원반모재로서는, 실리콘 웨이퍼가 바람직하다. 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 기술은, 반도체 디바이스의 제조기술로서 사용되고 있으며, 고정도의 가공이 가능하게 된다.
또한, 상기 원반모재로서는, 석영유리도 바람직하다. 석영유리는, 기계적 강도, 내열성, 내약품성 등에 우수하며, 자세하게는 후술한다. 원반과 헤드 기대계면에 조사광을 조사하여 박리성을 향상시키는 수단에 있어서 바람직하게 사용되는 단파장 영역의 광에 대한 투과성에 우수하다.
(2)제 2의 원반상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 상기 제 2원반 및 레지스트층을 도체화하며, 게다가 전기 도금법에 의해 금속을 전착시켜 금속층을 형성한 후, 이 금속층을 상기 제 2원반 및 레지스트층으로부터 박리하여 상기 원반을 제조하는 공정.
이 공정에 의해 얻어진 금속제 원반은, 일반적으로 내구성 및 박리성에 우수하다.
이어서, 상기 헤드 기대 형성용 재료는, 에너지의 부여에 의해 경화가능한 물질인 것이 바람직하다.
이와같은 물질을 이용하면, 원반상에 도포하는 경우에는 저점성의 액상의 물질로서 취급되는 것이 가능하기 때문에, 원반상의 오목부의 미세부에까지 헤드 기대 형성용 재료를 용이하게 충진하는 것이 가능하며, 따라서 원반상의 요철패턴을 정밀하게 전사하는 것이 가능하게 된다.
에너지로서는, 광, 열, 혹은 광 및 열의 양쪽 중 어느 것인 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것으로서, 범용의 노광장치나 베이크로, 핫플레이트가 이용가능하며, 낮은 설비가격화, 공간의 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 헤드 기대는, 요구되는 기계적 강도, 내식성, 내열성 등의 물성을 만족하며, 또한, 원반상의 오목부의 미세부까지 용이하게 충진하는 것이 가능하다면, 열가소성의 물질에 의해 형성되어도 좋다.
이와 같은 물질로서는, 구체적으로는 예를 들어, 수화유리가 바람직하다.
수화유리는, 저온에서 가소성을 나타내는 유리재료이며, 성형 후에 탈수처리를 시행하는 것에 의해 기계적 강도, 내식성, 내열성에 우수한 헤드 기대가 얻어진다.
또한, 제 3공정에서는, 원반과 헤드 기대의 재질의 조합에 의해서는, 밀착성이 높게되어 버리며, 원반으로부터의 헤드 기대를 박리하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 이하에 열거하는 어느 것의 방법, 혹은 2방법 이상을 병용하는 것으로서, 원반으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행할 수 있다.
(3) 상기 원반상에 형성되는 요철패턴의 오목부 형상을, 개구부가 저부보다 넓은 테이퍼 형상으로 하는 방법.
(4) 상기 요철패턴을 갖는 원반표면에, 상기 헤드 기대와의 밀착성이 낮은 재질로 이루어지는 이형층을 형성하는 방법.
(5) 상기 원반과 헤드 기대의 계면에 조사광을 조사하는 방법.
이 경우, 조사광의 조사에 의해 내부 또는 상기 원반과의 계면에 있어서 박리를 발생시키는 분리층을, 원반과 헤드 기대와의 사이에 설치되어도 좋다. 이렇게 하는 것으로, 헤드 기대에 직접 손상을 부여하는 일이 없으며, 또한, 헤드 기대 형성용 재료의 선택의 자유도도 늘어난다.
(6) 리소그래피 법에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.
(7) 레이저 광에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.
(8) 수속 이온빔에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.
(9) 방전가공에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.
또한, 본 발명은 상기 각 공정에 의해 제조된 잉크 젯 프린터 헤드인 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 있어서의 헤드 기대를 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1공정의 제 1의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1공정의 제 2의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1공정의 제 2의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 원반을 나타내는 설명도.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서의 이형층이 형성된 원반을 나타내는 설명도.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서의 조사광을 조사하는 공정을 설명하는 설명도.
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서의 조사광을 조사하는 공정을 설명하는 설명도.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시예에 있어서의 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 공정을 나타내는 설명도.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 있어서의 헤드 기대상에 압전소자를 형성하는 공정을 나타내는 설명도.
도 11은 잉크 젯 프린터 헤드의 구조의 일례를 나타내는 설명도.
도 12a 내지 도 12f는 잉크 젯 프린터 헤드의 종래의 제조공정의 일례를 나타내는 설명도.
(부호의 설명)
10 : 원반(green sheet) 11 : 오목부(recess)
12 : 헤드 기대(head base)
13 : 잉크 토출용 노즐구(ink discharging nozzle port)
14 : 원반모재(original plate substrate)
15 : 레지스트층(resist layer) 16 : 마스크(mask)
17 : 광(light) 18 : 노광영역(exposure region)
19 : 에챤트(etchant)
20 : 제 2의 원반(second original plate)
21 : 마스크(mask) 22 : 도체화층(conductive layer)
23 : 금속층(metal layer) 24 : 이형층(stripping layer)
25 : 조사광(irradiated light) 26 : 분리층(decomposing layer)
27 : 마스크(mask)
28 : 제 3의 원반(third original plate)
29 : 공통전극(common electrode)
30 : 압전체 박막(piezo-electric thin film)
31 : 상전극(upper electrode)
32 : 압전소자(piezo-electric element)
33 : 잉크 압력실(ink pressure chamber)
34 : 접착층(adhesive layer)
35 : 노즐 플레이트(nozzle plate)
36 : 잉크 공급구(ink inlet)
37 : 리저버(reservoir) 38 : 잉크 탱크구(ink tank inlet)
39 : 실리콘 기판(wafer) 40 : 열산화막(thermal oxide film)
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 헤드 기대를 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.
본 발명의 헤드 기대의 제조방법은, 도 1a에 나타내듯이, 제조하고자 하는 헤드 기대에 따른 요철패턴을 갖는 원반(10)을 제조하는 제 1공정과, 도 1b에 나타내듯이 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에 헤드 기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 헤드 기대(12)를 형성하는 제 2공정과, 도 1c에 나타내듯이, 이 헤드 기대(12)를 원반(10)으로부터 박리하는 제 3공정과, 도 1d에 나타내듯이, 헤드 기대(12)상에 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 제 4공정으로 이루어진다.
(제 1공정)
제조하고자 하는 헤드 기대에 따른 요철패턴을 갖는 원반(10)을 제조하는 공정이다.
도 2a 내지 도 2e는, 제 1공정의 제 1실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.
구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.
우선, 도 2a에 나타내듯이, 원반모재(14)상에 레지스트층(15)을 형성한다.
원반모재(14)는, 표면을 에칭하여 원반으로 하기 위한 것으로서, 여기에서는 실리콘 웨이퍼가 사용되어 진다. 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 기술은, 반도체 디바이스의 제조 기술에 있어서 확립되어 있으며, 고정도인 에칭이 가능하다.
또한, 원반모재(14)는, 에칭가능한 재료라면, 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것이 아닌, 예를 들면, 유리, 석영, 수지, 금속, 세라믹 등의 기판 혹은 필름 등이 이용될 수 있다.
레지스트층(15)을 형성하는 물질로서는, 예를 들면, 반도체 디바이스 제조에 있어서 일반적으로 사용되고 있다. 크레졸노보락계 수지(cresol novolak-based resin)에 감광제로서 디아조나프트키논 유도체(diazonaphthoquinone derivative)를 배합한 시판의 포지형의 레지스트를 그대로 이용할 수 있다. 여기에서, 포지형의 레지스트란, 노광된 영역이 현상액에 의해 선택적으로 제거가능하게 되는 레지스트를 말한다.
레지스트층(15)을 형성하는 방법으로서는, 스핀 코팅법(spin coating), 딥핑법(dipping), 스프레이 코팅법(spray coating), 롤 코팅법(roll coating), 바 코팅법(bar coating) 등의 방법을 이용하는 것이 가능하다.
이어서, 도 2b에 나타내듯이, 마스크(16)를 레지스트층(15)의 위에 배치하며, 마스크(16)를 통해 레지스트층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여 노광영역(18)을 형성한다.
마스크(16)는, 도 2e에 나타나는 오목부(11)에 대응한 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴 형성된 것이다.
또한, 오목부(11)는, 제조하고자 하는 잉크 젯 헤드의 잉크 압력실, 잉크 공급구, 리저버 등을 형성하는 간벽의 형성 및 배열에 따라서 형성된다.
그리고, 레지스트층(15)을 노광한 후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 2c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제거되어 원반모재(14)가 노출되며, 그 이외의 영역은 레지스트층(15)에 의해 덮여진 그대로의 상태로 된다.
이와같이 하여 레지스트층(15)이 패터닝되면, 도 2d에 나타내듯이, 이 레지스트층(15)을 마스크로서 원반모재(14)를 소정의 깊이로 에칭한다.
에칭의 방법으로서는 웨트 방식 또는 드라이 방식이 있지만, 원반모재(14)의 재질, 에칭 단면형상이나 에칭 레이트 등의 제반 특성에 있어서 요구되는 사양에 따라서 적절하게 선택된다. 제어성의 점으로 말하면, 드라이 방식의 쪽이 우수하며, 에칭 가스종류, 가스유량, 가스압, 바이어스 전압 등의 조건을 변경하는 것에 의해 오목부(11)를 구형으로 가공하거나, 테이퍼를 장착하거나 하면, 소망의 형상으로 에칭할 수 있다. 특히, 유도 결합형(inductive coupling; ICP) 방식, 일렉트론사이크로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 방식, 헬리콘파 여기 방식(helicon wave exciting method) 등의 고밀도 플라즈마 에칭 방식(plasma etching method)은 원반모재(14)를 깊게 에칭하는데 바람직하다.
이어서, 에칭 완료 후에, 도 2e에 나타내듯이, 레지스트층(15)을 제거하여 헤드 기대에 따른 요철패턴을 갖는 원반(10)으로 한다.
상기 실시예에서는, 원반모재상에 요철패턴을 형성하는 경우에, 포지형의 레지스트를 이용하였지만, 노광영역이 현상액에 대하여 불용화하며, 미노광 영역이 현상액에 의해 선택적으로 제거가능하게 되는 네가티브형의 레지스트를 사용하여도 좋으며, 이경우에는, 상기 마스크(16)와는 패턴이 반전한 마스크가 사용된다. 혹은 마스크를 사용하지 않고, 레이저 혹은 전자선에 의해 직접 레지스트를 패턴형상으로 노광하여도 좋다.
이어서, 제 1공정의 제 2의 실시형태에 관하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는, 제 1공정의 제 2의 실시형태에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.
구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.
우선, 도 3a에 나타내듯이, 제 2의 원반(20) 위에 레지스트층(15)을 형성한다.
제 2의 원반(20)은, 프로세스 유동에 있어서의 레지스트층(15)의 지지체로서의 역할을 담당하는 것이며, 프로세스 유동에 필요한 기계적 강도나 약액 내성 등의 프로세스 내성을 가지며, 레지스트층(15)을 형성하는 물질과의 번짐성, 밀착성이 양호한 것이라면 특히 한정되는 것은 없다. 예를 들면, 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 수지, 금속, 세라믹 등의 기판이 이용될 수 있다. 여기에서는, 표면을 산화 세륨계의 연마제를 사용하여 평탄하게 연마한 후, 세정, 건조한 유리제 원반을 사용하고 있다.
또한, 레지스트층(15)을 형성하는 물질 및 방법으로서는, 상기 제 1의 실시형태에 있어서 설명한 물질 및 방법과 동일한 것이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.
이어서, 도 3b에 나타내듯이, 마스크(21)를 레지스트층(15)의 위에 배치하며, 마스크(21)를 통해 레지스트층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여 노광영역(18)을 형성한다.
마스크(21)는, 제조하고자 하는 원반(10)의 볼록부에 상당하는 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴 형성된 것으로서, 도 2a 내지 도 2e의 마스크(16)와 패턴이 반전한 관계에 있다.
그리고, 레지스트층(15)을 노광한 후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 3c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제거되어 레지스트층(15)이 패터닝된다.
그리고, 이어서 도 4a에 나타내듯이, 레지스트층(15) 및 제 2의 원반(20) 위에 도체화층(22)을 형성하여 표면을 도체화한다.
도체화층(22)으로서는 예를 들면, Ni를 500Å∼ 1000Å의 두께로 형성하면 좋다. 도체화층(22)의 형성방법으로서는, 스퍼터링, CVD, 증착, 무전해 도금법 등의 방법을 사용하는 것이 가능하다.
그리고 나아가서, 이 도체화층(22)에 의해 도체화된 레지스트층(15) 및 제 2의 원반(20)을 음극으로서, 칩형상 혹은 볼형상의 Ni를 양극으로서, 전기 도금법에 의해 Ni를 전착시켜서, 도 4b에 나타내듯이 금속층(23)을 형성한다.
전기 도금액의 조성의 일례를 이하에 나타낸다.
스루화밍산 니켈(Nikel sulfamate) : 500g/1
붕산 : 30g/1
염화니켈 : 5g/1
레베링제(Levelling agent) : 15mg/1
이어서, 도 4c에 나타내듯이 도체화층(22) 및 금속층(23)을 제 2의 원반(20)으로부터 박리한 후, 필요에 따라서 세정하여 이것을 원반(10)으로 한다.
또한, 도체화층(22)은, 필요에 따라서 박리처리를 시행하는 것에 의해 금속층(23)으로부터 제거하여도 좋다.
또한, 제 2의 원반(20)은, 내구성이 허가하는 한도에서, 재생, 세정처리를 시행하는 것에 의해 재이용 가능하다.
상기 제 2의 실시형태에 있어서도 상기 제 1의 실시형태와 마찬가지로, 네가티브형의 레지스트를 이용하여도 좋고, 이 경우에는, 상기 마스크(21), 즉, 도 2a 내지 도 2e의 마스크(16)와 마찬가지의 패턴을 갖는 마스크가 사용되어진다. 혹은, 마스크를 사용하지 않고, 레이저 광 혹은 전자선에 의해 직접 레지스트를 패턴형상에 노광하여도 좋다.
(제 2공정)
제 1공정에 있어서 제조한 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에, 헤드 기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 헤드 기대(12)를 형성하는 공정이다.
헤드 기대 형성용 재료로서는, 잉크 젯 헤드의 헤드 기대로서 요구되는 기계적 강도나 내식성 등의 특성을 만족하는 것이며, 또한, 프로세스 내성을 갖는 것이라면 특히 한정되는 것은 아니며, 여러 종류의 물질이 이용가능하지만, 에너지의 부여에 의해 경화가능한 물질인 것이 바람직하다.
이와 같은 물질을 이용하면, 원반상에 도포하는 경우에는 저점성의 액상의 물질로서 취급될 수 있다. 그 때문에, 원반상의 오목부의 미세부에까지 헤드 기대 형성용 재료를 용이하게 충진하는 것이 가능하게되며, 따라서, 원반상의 요철패턴을 정밀하게 전사하는 것이 가능하게 된다.
에너지로서는, 광, 열, 혹은 광 및 열의 양쪽 중 어느 것인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 범용의 노광장치나 베이크로, 핫플레이트를 이용할 수 있으며, 저설비 가격화, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
이와같은 물질로서는, 구체적으로 예를 들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지, 노보락계 수지, 스틸렌계 수지, 폴리이미드계 등의 합성수지, 폴리시라잔(polysilazane) 기대 형성용 재료를 원반(10)상에 도포한다.
이와 같은 헤드 기대 형성용 재료를 도포하는 방법으로서는, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이 코팅법, 롤 코팅법, 바 코팅법 등이 이용될 수 있다.
헤드 기대 형성용 재료에 용제성분을 포함하는 것은, 열처리를 행하여 용제를 제거한다.
그리고, 헤드 기대 형성용 재료에 따른 경화처리를 시행하는 것에 의해, 고화시키는 헤드 기대(12)를 형성한다.
또한, 헤드 기대 형성용 재료로서 열 가소성의 물질을 이용하여도 좋다. 이와 같은 물질로서는, 수화 유리가 바람직하다. 수화 유리란, 수∼수십wt%의 물을 함유한 상온에서 고체의 유리이며, 저온(조성에 의해서는 100℃이하)에서 가소성을 나타낸다. 이 수화 유리를 헤드 기대에 성형 후에 탈수 처리를 시행하면 기계적 강도, 내식성, 내열성에 우수한 헤드 기대가 얻어진다.
(제 3공정)
제 2공정에 있어서 원반(10) 위에 형성한 헤드 기대(12)를, 원반(10)으로부터 박리하는 공정이다.
박리 방법으로서는, 구체적으로 예를 들면, 헤드 기대(12)가 형성된 원반(10)을 고정하며, 헤드 기대(12)를 흡착유지하여 기계적으로 당겨 벗긴다.
박리의 경우, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 재질의 조합에 의해서는 밀착성이 높게되며, 원반(10)에서 헤드 기대(12)를 박리하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.
이와 같은 경우, 예를 들면 도 5에 나타내듯이, 원반(10) 위에 형성되는 요철패턴의 오목부 형상을, 개구부가 저부보다 큰 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이와같이 하는 것으로서, 박리의 경우에 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 사이에 활동하는 마찰력 등의 응력을 저감할 수 있기 때문에 원반(10)으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 도 6에 나타내듯이, 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에 헤드 기대(12)와의 밀착성이 낮은 재질로 이루어지는 이형층(24)을 형성하여도 동일한 효과가 얻어진다. 이형층(24)으로서는, 원반(10) 및 헤드 기대(12)의 재질에 맞추어서 적절히 선택하면 좋다.
또한, 도 7에 나타내듯이, 박리하기 전에, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 조사광(25)을 조사하여 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 밀착력을 저감 또는 소실시켜서 원반(10)으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행하도록 하여도 좋다. 이 방법은, 조사광(25)에 의해 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 있어서, 원자간 또는 분자간의 여러 종류의 결합력을 저감 또는 소실시키는 일, 실제로는, 어브레이션(ablation) 등의 현상을 발생시켜서 계면박리에 이르도록 하는 것이다.
더 나아가서는, 조사광(25)에 의해 헤드 기대(12)로부터의 기체가 방출되며, 분리효과가 발현되는 경우도 있다. 즉, 헤드 기대(12)에 함유되어 있던 성분이 기화하여 방출되어 분리에 기여한다.
조사광(25)으로서는, 예를 들면, 엑시마 레이저 광이 바람직하다. 엑시마 레이저는, 단파장 영역에서 높은 에너지를 출력하는 장치가 실용화되어 있으며, 매우 단시간의 처리가 가능하게 된다. 따라서, 계면 근방에 있어서만 어브레이션이 일어나게 되며, 원반(10) 및 헤드 기대(12)에 온도 충격을 거의 부여하지 않는다.
또한, 조사광(25)으로서는, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 있어서 계면 박리를 일으키는 것이라면 엑시마 레이저 광에 한정되는 것이 아닌, 여러종류의 광(방사선)이 이용가능하게 된다.
이 경우, 원반(10)은 조사광(25)에 대하여 투과성을 갖는 것이 필요하다. 투과율은 10%이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50%이상이다. 투과율이 지나치게 낮으면, 조사광의 원반 투과시의 감쇄가 크게되며, 어브레이션 등의 현상을 일으키는데 필요한 광량이 크게된다. 석영유리는, 단파장 영역의 투과율이 높으며, 기계적 강도나 내열성에 있어서도 우수하게 되어 있기 때문에 원반재료로서 바람직하다.
또한, 도 8에 나타내듯이, 조사광(25)에 의해 원반(10)과의 계면에 있어서 박리를 발생시키는 분리층(26)을 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 사이에 설치하여도 좋다. 분리층(26)내 및/또는 계면에 있어서 어브레이션 박리가 일어나도록 하는 것으로, 원반(10) 및 헤드 기대(12)에 직접충격을 부여하는 일은 없다.
분리층(26)으로서는, 구제적으로는 예를 들면 비정질 실리콘, 질콘산 화합물(zirconate compounds), 산화 랜탐(oxide lanthanum), 랜탐산 화합물 등의 각종 산화물세라믹스, (강)유전체 혹은 반도체, 질화규소, 질화 알루미늄, 질화 티탄 등의 질화 세라믹스 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드, 폴리이미드 등의 유기 고분자 재료, Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, Sm의 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 합금 등이 이용되며, 이것들의 중에서 프로세스 조건, 원반(10) 및 헤드 기대(12)의 재질 등에 따라서 적절하게 선택된다.
분리층(26)의 형성방법으로서는, 특히 한정되는 것은 아니며, 분리층(26)의 조성이나 형성막 두께에 따라서 적절하게 선택된다. 구체적으로는 예를 들면, CVD, 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 등의 각종 기층성장법, 전기 도금, 무전해 도금, 랭그뮤어·브로겟(Langmuir Blodgett; LB)법, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이 코팅법, 롤 코팅법. 바코팅법 등이 이용될 수 있다.
분리층(26)의 두께는, 박리목적이나 분리층(26)의 조성 등에 의해 다르지만, 통상은, 1nm∼20㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10nm∼20㎛, 더욱 바람직하게는 40nm∼1㎛정도이다. 분리층(26)의 두께가 지나치게 얇으면 헤드 기대(12)에의 손실이 크게되며, 또한, 막두께가 지나치게 두꺼우면, 분리층(26)의 양호한 박리성을 확보하기 위해 필요한 조사광의 광량을 크게 하지 않으면 않된다. 또한, 분리층(26)의 막두께는, 가능한한 균일한 것이 바람직하다.
그리고, 박리 후에 분리층(26)의 잔해를 세정 처리 등을 시행하는 것에 의해 제거한다.
(제 4공정)
제 3공정에 있어서 얻어진 헤드 기대(12)상에 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 공정이다.
잉크 토출용 노즐구(13)의 형성방법으로서는, 특히 한정되는 것은 아니며, 구체적으로 예를 들면, 리소그래피법, 레이저가공, FIB가공, 방전가공 등이 이용된다.
도 9a 내지 도 9e는, 리소그래피법에 의해 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.
우선, 도 9a에 나타내듯이, 헤드 기대(12)상에 레지스트층(15)을 형성한다.
레지스트층(15)을 형성하는 물질 및 방법으로서는, 도 2a 내지 도 2e에 있어서 설명한 물질 및 방법과 동일한 것이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.
이어서, 도 9b에 나타내듯이, 마스크(27)를 레지스트층(15)의 위에 배치하며, 마스크(27)를 통해 레지스트층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여, 노광 영역(18)을 형성한다.
마스크(27)는, 도 9e에 나타내는 잉크 토출용 노즐구(13)에 대응한 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴 형성된 것이다.
그리고, 레지스트층(15)을 노광한 후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 9c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제거되어 헤드 기대(12)가 노출되며, 그 이외의 영역은 레지스트층(15)에 의해 덮힌 그대로의 상태로 된다.
이렇게 하여 레지스트층(15)이 패턴화되면, 도 9d에 나타내듯이, 이 레지스트층(15)를 마스크로서 헤드 기대(12)를 관통할 때까지 에칭한다.
에칭의 방법으로서는 웨트방식 또는 드라이 방식이 있지만, 잉크 젯 기대(12)의 재질에 따라서, 에칭 단면형상, 에칭레이트, 면내 균일성 등의 점에서 적절하게 선택된다. 제어성의 점으로 말하자면 드라이 방식의 쪽이 우수하며, 예를들어, 평행 평판형 리액티브 이온 에칭(reactive ion etching; RIE) 방식, 유도 결합형(inductive coupling; ICP) 방식, 일렉트론 사이크로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 방식, 헬리콘파 여기 방식, 마그네트론 방식, 플라즈마 에칭 방식, 이온빔 에칭 방식 등의 장치가 이용되며, 에칭 가스종류, 가스 유량, 가스압, 바이어스 전압 등의 조건을 변경하는 것에 의해 잉크 토출용 노즐구(13)를 구형으로 가공하거나, 테이퍼를 장착하거나 하면, 소망의 형상으로 에칭하는 것이 가능하다.
이어서, 에칭 완료 후에 도 9e에 나타내듯이, 레지스트층(15)을 제거하면, 잉크 토출용 노즐구(13)가 형성되어진 헤드 기대(12)가 얻어진다.
또한, 레이저 가공에 사용되는 레이저 장치로서는, 각종 기체 레이저, 고체 레이저(반도체 레이저) 등이 이용되지만, KrF 등의 엑시마 레이저, YAG 레이저, Ar 레이저, He-Cd 레이저, CO2 레이저 등이 바람직하게 사용되며, 그 중에서도 엑시마 레이저가 바람직하다.
엑시마 레이저는, 단파장 영역에서 높은 에너지의 레이저 광을 출력하기 위해, 매우 단시간에 가공이 가능하며, 따라서, 생산성이 높다.
리소그래피법에 의하면, 한 번에 복수개소의 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 것이 가능하지만, 설비 가격 및 재료 가격이 높고, 필요하게 되는 설비 공간도 넓게된다.
한편, 레이저 가공, FIB가공 및 방전가공은, 잉크 토출용 노즐구(13)를 한개소마다 형성하기 때문에 생산성이 열화되지만, 저 설비 가격화, 저 재료 가격화 및 공간 절약화에 우수하다.
이상 서술한 헤드 기대의 제조방법에 의하면, 원반(10)은, 일단 제조하면, 그 후, 내구성이 허가되는 한, 몇 번이라도 사용할 수 있기 때문에, 2매째 이후의 도광체의 제조공정에 있어서 생략할 수 있으며, 공정수의 감소 및 낮은 가격화를 도모할 수 있다.
이어서, 상기 실시예에 있어서 형성된 헤드 기대(12)에 압전소자를 형성하는 공정의 일례를 도 10a 내지 도 10d를 이용하여 설명한다. 이 공정에 의하면, 압전 소자는, 일단, 제 3의 원반(28) 위에 형성되어서 헤드 기대(12) 위에 전사된다. 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.
우선, 도 10a에 나타내듯이, 제 3의 원반(28) 위에 공통전극(29), 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 차례로 적층한다.
제 3의 원반(28)은, 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝하여 소자화하는 경우의 지지체로서의 역할을 담당하는 것이며, 프로세스 내성, 특히, 내열성이나 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝한 후의 공정에 있어서 헤드 기대(12)와 접합(접착)된 후, 공통전극(29)과 제 3의 원반(28)과의 계면에서 박리되게 되기 때문에, 제 3의 원반(28)은 공통전극(29)과 밀착성이 그다지 높지 않은 것이 바람직하다.
공통전극(29) 및 상전극(31)으로서는, 도전율이 높은 것이라면 특히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, Pt, Au, Al, Ni,In 등이 이용된다. 또한, 공통전극(29) 및 상전극(31)의 형성방법으로서는, 이것들의 재질이나 형성막 두께에 따라서 적절하게 선택하면 좋으며, 예를 들면, 스퍼터링, 증착, CVD, 전기 도금, 무전해 도금 등이 이용된다.
압전체 박막(30)으로서는 잉크 젯 프린터용에는, 질콘산 티탄산연(PZT)계가 바람직하다. PZT계의 성막방법으로서는, 졸겔법(sol-gel method)이 바람직하다. 졸겔법에 의하면, 간편한 방법으로서 양질의 박막이 얻어진다.
소정의 성분으로 조정한 PZT계 층을 공통전극(29)상에 스핀 코팅으로 도포하여 가소성한다는 공정을 소정 횟수 반복하는 것에 의해 비정질의 겔박막을 형성하며, 그 후 또한 본 소성하여 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 갖는 압전체 박막(30)을 얻는다.
또한, 압전체 박막(30)의 형성방법으로서는, 졸겔법이외에 스퍼터법을 사용하여도 좋다.
이어서, 도 10b에 나타내듯이 도 10c의 헤드 기대(12)의 잉크 압력실(33)의 패턴에 따라서 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝하여 압전소자(32)로 한다. 패터닝 방법으로서는, 예를 들면, 도 12a 내지 도 12f에 나타내는 리소그래피법이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.
이어서, 도 10c에 나타내듯이, 공통전극(29) 및 압전소자(32)가 형성된 제 3의 원반(28)에 도 1a 내지 도 1d의 공정에 의해 얻어진 헤드 기대(12)를 접합, 혹은 접착층(34)을 통해 접합시킨다.
접착층(34)으로서는, 헤드 기대(12), 공통전극(29) 및 압전소자(32)의 재질에 따라서 적절하게 선택하면 좋다.
그리고, 도 10d에 나타내듯이, 헤드 기대(12), 공통전극(29) 및 압전소자(32)를 일체적으로 제 3의 원반상(28)으로부터 박리한다.
만일, 제 3의 원반(28)과 공통전극(29)과의 밀착성이 높으며, 박리가 곤란하게 되는 경우에는, 상기 도 7의 공정에서 설명한 것과 동일하게, 조사광을 조사하는 것에 의해 박리를 촉진시켜도 좋으며, 더 나아가서는, 도 8에 나타내듯이 분리층을 설치하여도 좋다.
이렇게 하여 헤드 기대(12)상에 압전소자(32)가 형성되면, 이후 또한, 배선 패턴, 신호회로, 잉크탱크 등과 조합하여 잉크젯 프린터 헤드를 얻는다.

Claims (18)

  1. 잉크 압력실을 형성하는 헤드 기대상에 설치된 전기신호에 의해 변형하는 압전소자에 의해, 상기 잉크 압력실을 가압하여 잉크를 토출하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서,
    상기 헤드 기대의 제조공정은, 상기 헤드 기대에 따른 소정의 요철패턴을 갖는 원반을 제조하는 제 1공정과, 상기 원반의 요철패턴을 갖는 표면상에 상기 헤드 기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 상기 헤드 기대를 형성하는 제 2 공정과, 상기 헤드 기대를 상기 원반으로부터 박리하는 제 3공정과, 상기 헤드 기대상에 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 제 4공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공정은, 원반 모재상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 에칭에 의해 상기 원반 모재상에 상기 요철패턴을 형성하여 상기 원반을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 원반 모재는, 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 원반 모재는, 석영 유리인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공정은, 제 2의 원반상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 상기 제 2의 원반 및 레지스트층을 도체화하고, 또한 전기 도금법에 의해 금속을 전착시켜 금속층을 형성한 후, 해당 금속층을 상기 제 2의 원반 및 레지스트층으로부터 박리하여 상기 원반을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 헤드 기대 형성용 재료는, 에너지의 부여에 의해 경화가능한 물질인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 에너지는, 광, 열, 혹은 광 및 열의 양쪽 중 어느것인 것을 특징으로 하는 잉크 젯프린터 헤드의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 헤드 기대는, 열가소성의 물질에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 열가소성의 물질은, 수화 유리인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 원반상에 형성된 요철패턴의 오목부 형상은, 개구부가 저부보다 큰 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 요철패턴을 갖는 원반표면에, 상기 헤드 기대와의 밀착성이 낮은 재질로 이루어지는 이형층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 제 3공정에 있어서, 상기 원반과 헤드 기대의 계면에 조사광을 조사하는 것에 의해, 상기 헤드 기대를 상기 원반으로부터 박리시키는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 원반과 헤드 기대와의 사이에 분리층을 설치하며, 상기 원반과 분리층의 계면에 상기 조사광을 조사하는 것에 의해, 상기 분리층의 내부 및/또는 상기 원반과의 계면에 있어서, 상기 헤드 기대를 상기원반으로부터 박리시키는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 제 4공정은, 리소그래피법에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 제 4공정은, 레이저광에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 제 4공정은, 수속 이온빔에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제 4공정은, 방전가공에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 기재된 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린터 헤드.
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