KR100497389B1 - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 프린트헤드는, 베이스 플레이트와 유로 플레이트와 노즐 플레이트가 적층된 구조를 가진다. 베이스 플레이트는, 기판과, 기판상에 형성된 절연층과, 절연층 위에 형성된 하부 티타늄(Ti)층과, 하부 티타늄(Ti)층 위에 형성된 발열물질층을 포함하는 복수의 층으로 이루어진 히터와, 절연층 위에 형성되며 히터의 양측 단부 아래쪽에 연결되는 도선과, 히터와 도선을 덮도록 기판 전면에 형성된 보호층을 구비한다. 그리고, 개시된 제조방법에 의하면, 기판 상에 형성된 절연층 위에 도선을 건식식각에 의해 형성한 후에, 절연층과 도선 위에 하부 티타늄층과 발열물질층을 포함하는 복수의 층을 순차적으로 증착한 뒤, 상기 복수의 층을 건식식각에 의해 패터닝하여 도선에 연결되는 히터를 형성하게 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 히터가 복수의 층으로 구성되어 히터와 절연층의 접착성이 향상되며, 도선과 히터가 모두 건식식각에 의해 형성되므로 전체적으로 균일한 패턴과 전기적 및 열적 특성을 가지게 된다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
도 1은 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구성을 나타내 보인 개략적인 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 기판 상에 다수의 물질층이 적층되어 이루어진 베이스 플레이트(10)와, 베이스 플레이트(10) 위에 적층되어 잉크 챔버(22)와 잉크 유로(24)를 형성하는 유로 플레이트(20)와, 유로 플레이트(20) 위에 적층되는 노즐 플레이트(30)로 이루어져 있다. 잉크 챔버(22) 내에는 잉크가 채워지며, 잉크 챔버(22)의 아래쪽에는 잉크를 가열하여 버블을 생성시키기 위한 히터(도 2의 13)가 마련되어 있다. 잉크 유로(24)는 잉크 챔버(22) 내부로 잉크를 공급하기 위한 통로로서 도시되지 않은 잉크 저장고와 연결되어 있다. 노즐 플레이트(30)에는 각각의 잉크 챔버(22)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구성의 종래의 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 도 2를 참조하여 설명하면, 실리콘으로 이루어진 기판(11) 상에는 히터(13)와 기판(11) 사이의 단열과 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 절연층(12)은 기판(11) 상에 주로 실리콘 산화막을 증착함으로써 이루어진다. 절연층(12) 위에는 잉크 챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(13)가 형성되어 있다. 이 히터(13)는 예컨대 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl)을 절연층(12) 상에 박막의 형태로 증착함으로써 형성된다. 히터(13) 위에는 여기에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor, 14)이 마련되어 있다. 이 도선(14)은 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 구체적으로, 도선(14)은 알루미늄 등을 히터(13) 위에 소정 두께로 적층한 뒤 이를 소정 형상으로 패터닝함으로써 형성된다.
히터(13)와 도선(14) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 15)이 형성되어 있다. 보호층(15)은 히터(13)와 도선(14)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로 주로 실리콘 질화막을 증착함으로써 이루어진다. 그리고, 보호층(15) 위에는 잉크 챔버(22)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anticavitation layer, 16)이 형성되어 있다. 캐비테이션 방지층(16)은 그 상면이 잉크 챔버(22)의 바닥면을 형성하여 잉크 챔버(22) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 기압에 의해 히터(13)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 탄탈륨 박막이 이용된다.
이와 같이 기판(11) 상에 수 개의 물질층이 적층되어 형성된 베이스 플레이트(10) 위에는 잉크 챔버(22)와 잉크 유로(24)를 형성하기 위한 유로 플레이트(20)가 적층되어 있다. 유로 플레이트(20)는 감광성 폴리머(photosensitive polymer)를 베이스 플레이트(10) 상에 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination)방법에 의해 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성된다. 이때, 감광성 폴리머의 도포 두께는 토출되는 잉크 액적의 부피에 따라 요구되는 잉크 챔버(22)의 높이에 의해 정해진다.
유로 플레이트(20) 위에는 노즐(32)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(30)가 적층되어 있다. 노즐 플레이트(30)는 폴리이미드(polyimide) 또는 니켈로 이루어져 있으며, 유로 플레이트(20)를 이루는 감광성 폴리머의 접착성을 이용하여 유로 플레이트(20) 위에 가열, 가압하여 접착하게 된다.
이와 같은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 구조에 있어서, 히터(13) 위에 도선(14)이 형성되어 있으므로, 도선(14)의 패터닝을 위해 예컨대 알루미늄 등을 식각할 때 건식식각에 의하면 도선(14) 아래의 히터(13)도 같이 식각될 수 있다. 따라서, 종래에는 도선(14)의 패터닝은 습식식각에 의존하게 된다. 그런데, 이와 같이 습식식각에 의하면 식각된 부분의 표면이 거칠며, 미세하고 정밀한 패터닝이 곤란한 단점이 있으며, 이에 따라 다수의 노즐(32) 각각에 대응되는 도선(14)의 가공 균일도가 낮아져 전계의 불균일성 및 각 히터(13)에서의 저항 발열 특성에 편차가 심해지는 문제점이 있다.
그리고, 종래에는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl)으로 이루어진 히터(13)가 산화막으로 이루어진 절연층(12) 위에 직접적으로 증착되어 있다. 그런데, 탄탈륨 질화물(TaN)이나 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl)은 산화막과의 접착성이 나빠서 프린트헤드의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 히터를 복수의 층으로 구성하여 히터와 절연층의 접착성을 향상시킨 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 도선의 형성 후에 히터를 형성함으로써 건식식각에 의해 도선과 히터를 정밀하게 패터닝할 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
다수의 물질층으로 이루어진 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 위에 적층되어 잉크 챔버와 잉크 유로를 한정하는 유로 플레이트와, 상기 유로 플레이트 위에 적층되며 상기 잉크 챔버에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 포함하며,
상기 베이스 플레이트는, 기판; 상기 기판상에 형성된 절연층; 상기 절연층 위에 형성된 하부 티타늄(Ti)층과, 상기 하부 티타늄(Ti)층 위에 형성된 발열물질층을 포함하는 복수의 층으로 이루어진 히터; 상기 절연층 위에 형성되며, 상기 히터의 양측 단부 아래쪽에 연결되는 도선; 및 상기 히터와 도선을 덮도록 상기 기판 전면에 형성된 보호층;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 히터는 상기 발열물질층 위에 형성된 상부 티타늄(Ti)층을 더 포함할 수 있으며, 상기 발열물질층은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 도선은 복수의 금속층으로 이루어질 수 있으며, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 탄탈륨 질화물(TaN)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루질 수 있다.
또한, 상기 도선의 단부는 경사지게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스 플레이트는 상기 보호층 위에 형성된 캐비테이션 방지층을 더 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
(가) 기판의 표면에 절연층을 형성하는 단계;
(나) 상기 절연층 위에 도전성 금속 물질을 증착하여 금속층을 형성한 뒤, 상기 금속층을 건식식각에 의해 패터닝하여 도선을 형성하는 단계;
(다) 상기 절연층과 상기 도선 위에 하부 티타늄층과 발열물질층을 포함하는 복수의 층을 순차적으로 증착한 뒤, 상기 복수의 층을 건식식각에 의해 패터닝하여 상기 도선에 연결되는 히터를 형성하는 단계;
(라) 상기 히터와 상기 도선을 커버하도록 상기 기판 전면에 보호층을 형성하는 단계;
(마) 상기 기판 상에 잉크 챔버와 잉크 유로를 한정하는 유로 플레이트를 형성하는 단계; 및
(바) 상기 유로 플레이트 위에 상기 잉크 챔버에 대응되는 노즐을 가지는 노즐 플레이트를 형성하는 단계;를 구비한다.
상기 (나) 단계에서, 상기 금속층은 복수의 층으로 이루어질 수 있으며, 상기 도선의 단부는 경사지게 식각되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (다) 단계에서, 상기 복수의 층은 상기 발열물질층 위에 증착되는 상부 티타늄층을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 티타늄층과 발열물질층의 증착은 PVD에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 (라) 단계 후에, 상기 보호층 위에 상기 히터와 대응되는 위치에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계가 더 구비되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타내 보인 단면도이다. 도면에는 잉크젯 프린트헤드의 단위 구조만 도시되어 있지만, 칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트헤드에서는 다수의 잉크 챔버와 다수의 노즐이 일렬 또는 2열로 배열되며, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배열될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 베이스 플레이트(100)와 유로 플레이트(200)와 노즐 플레이트(300)가 순차 적층된 구조를 가진다. 상기 유로 플레이트(200)는 잉크가 그 내부에 채워지는 잉크 챔버(202)와 잉크를 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 잉크 챔버(202) 내부로 공급하는 잉크 유로(미도시)를 한정한다. 즉, 유로 플레이트(200)는 잉크 챔버(202)와 잉크 유로를 둘러싸는 측벽을 이루게 된다. 상기 노즐 플레이트(300)에는 잉크 챔버(202)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(302)이 형성된다.
상기 베이스 플레이트(100)는 기판(110) 상에 다수의 물질층이 적층되어 형성된다. 상기 기판(110)으로는 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 상기 기판(110)의 상면에는 절연층(120)이 형성된다. 상기 절연층(120)은 기판(110)과 히터(140) 사이의 절연 뿐만 아니라 히터(140)에서 발생된 열에너지가 기판(110)쪽으로 빠져나가는 것을 억제하기 위한 단열층으로서의 기능도 하게 된다. 상기 절연층(120)은 기판(110)의 표면을 고온에서 산화시켜서 형성된 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(120) 위에는 잉크 챔버(202) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(140)와, 이 히터(140)에 전류를 인가하기 위한 도선(130)이 마련된다. 본 발명에 있어서, 상기 히터(140)는 발열물질층(142)을 포함하는 복수의 층으로 이루어진다. 여기에서, 상기 발열물질층(142)은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)로 이루어질 수 있다. 그런데, 전술한 바와 같이 상기한 티타늄 질화물(TiN)과 같은 물질들은 그 아래의 산화막으로 이루어진 절연층(120)과의 접착성이 좋지 않다. 따라서, 본 발명에서는 발열물질층(142)과 절연층(120) 사이에 하부 티타늄층(141)을 형성한다. 티타늄(Ti)은 그 아래의 산화막과의 접착성이 양호하며, 그 위에 형성되는 티타늄 질화물(TiN)과의 접착성도 우수하다. 이에 따라, 하부 티타늄층(141)과 발열물질층(142)의 적층 구조를 가진 히터(140)는 절연체(120) 위에 양호하게 접착될 수 있으므로 프린트헤드의 신뢰성이 높아진다. 바람직하게는, 상기 히터(140)는 도시된 바와 같이 발열물질층(142) 위에 형성된 상부 티타늄층(143)을 포함하는 3층 구조를 가질 수 있다. 이는, 그 위에 형성되는 보호층(150)과의 접착성을 향상시키기 위한 것이다.
그리고, 티타늄 질화물(TiN)은 저항이 비교적 높은 반면에 티타늄(Ti)은 저항이 비교적 낮으므로, 하부 및 상부 티타늄층(141, 143)의 두께를 조절하면 히터(140) 전체의 저항을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 프린트헤드에 마련되는 다수의 히터(140) 사이의 저항 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 히터(140)의 양측 아래에는, 즉 히터(140)의 양측 단부와 상기 절연층(120) 사이에 상기 도선(130)이 마련된다. 상기 도선(130)은 도시된 바와 같이 하나의 금속층으로 이루어질 수도 있으나, 두 개 이상의 금속층이 적층되어 이루어질 수도 있다. 상기 도선(130)은 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 또는 탄탈륨 질화물(TaN)로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 도선(130)의 단부는 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 히터(140)의 양측 단부 아래에 도선(130)이 마련되므로, 후술하는 제조공정에 있어서 도선(130)이 먼저 형성되고, 그 다음에 히터(140)가 형성된다. 이와 같은 적층 구조는 도선(130)과 히터(140)를 건식식각에 의해 형성할 수 있게 하며, 이에 따라 도선(130)과 히터(140)를 균일하고 미세하게 패터닝할 수 있게 된다. 그리고, 도선(130)의 단부가 경사지게 형성되어 있는 경우에는, 도선(130)의 단부가 수직으로 형성되어 있는 경우에 비해 PVD에 의한 히터(140)의 형성시 히터(140)를 이루는 물질이 도선(130)의 단부에 보다 균일한 두께로 용이하게 증착될 수 있다.
상기 히터(140)와 도선(130) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 150)이 형성된다. 상기 보호층(150)은 히터(140)와 도선(130)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 실리콘 질화막(SiN)이나 폴리실리콘 막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 보호층(150) 위에는 잉크 챔버(202)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anticavitation layer)(160)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 캐비테이션 방지층(160)은 그 상면이 잉크 챔버(202)의 바닥면을 형성하여 잉크 챔버(202) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 압력에 의해 히터(140)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 캐비테이션 방지층(160)은 탄탈륨(Ta) 박막 또는 텅스텐(W) 박막으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4k는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 300 ~ 500㎛ 정도의 두께로 가공하여 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다.
한편, 도 4a에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
그리고, 준비된 실리콘 기판(110)의 상면에 절연층(120)을 형성한다. 상기 절연층(120)은 기판(110)의 표면을 고온에서 산화시킬 때 그 표면에 형성되는 대략 1 ~ 3㎛ 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 상면에 형성된 절연층(120) 위에 도선(도 4c의 130)을 형성하기 위한 금속층(130')을 형성한다. 상기 금속층(130')은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 또는 탄탈륨 질화물(TaN)과 같은 도전성이 양호한 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)에 의해 대략 5,000Å ~ 2㎛ 정도의 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 형성된 금속층(130')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 포토리소그라피(photolithography)에 의해 패터닝하여 제1 식각마스크(M1)를 형성한다. 이어서, 상기 금속층(130') 중 제1 식각마스크(M1)에 의해 노출된 부분을 건식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트립에 의해 제1 식각마스크(M1)를 제거하면, 도 4c에 도시된 바와 같이 도선(130)이 형성된다.
이 때, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 도선(130)의 단부는 경사지게 패터닝하는 것이 바람직하다. 이는, 도 4d의 단계에서 PVD(Physical Vapor Deposition)에 의한 히터(140)의 형성시 히터(140)를 이루는 물질이 도선(130)의 단부에 보다 균일한 두께로 용이하게 증착될 수 있게 한다.
한편, 상기 도선(130)은 전술한 바와 같이 두 개 이상의 금속층으로 이루어질 수 있다. 상기 도선(130)이 두 개의 금속층으로 이루어지는 경우에는, 서로 다른 금속 물질로 이루어진 두 개의 금속층을 증착한 후, 식각 마스크를 이용하여 두 개의 금속층을 함께 식각하여 상기 도선(130)을 형성하게 된다.
도 4d 내지 도 4f는 도선(130)과 절연층(120) 위에 히터(140)를 형성하는 단계를 도시한 도면들이다. 구체적으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 도선(130)과 절연층(120) 위에 티타늄(141')을 소정 두께로 증착한 후, 상기 티타늄(141') 위에 저항 발열물질(142')을 소정 두께로 증착한다. 상기 저항 발열물질(142')은 예컨대, 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드일 수 있다. 상기 티타늄(141')과 저항 발열물질(142')의 증착 두께는 각각 대략 01. ~ 0.3㎛ 정도이며, 이는 물질의 종류와 히터(140)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 한편, 전술한 바와 같이 저항 발열물질(142') 위에 다시 티타늄(143')을 증착할 수 있다. 그리고, 티타늄(141', 143')과 저항 발열물질(142')의 증착은 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD에 의해 수행될 수 있다.
그리고, 도 4e에 도시된 바와 같이, 도 4d의 결과물 전 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피(photolithography)에 의해 패터닝하여 제2 식각마스크(M2)를 형성한다. 이어서, 절연층(120)과 도선(130) 위에 증착된 티타늄(141', 143')과 저항 발열물질(142') 중 제2 식각마스크(M2)에 의해 노출된 부분을 건식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트립에 의해 제2 식각마스크(M2)를 제거한다. 그러면, 도 4f에 도시된 바와 같이 소정의 형상으로 패터닝된 하부 티타늄층(141)과 발열물질층(142)과 상부 티타늄층(143)이 순차 적층된 구조를 가진 히터(140)가 형성된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 도선(130)과 히터(140)는 건식식각에 의해 형성된다. 이에 따라 도선(130)과 히터(140)를 균일하고 미세하게 패터닝할 수 있게 되어, 하나의 기판에 다수의 노즐이 형성되는 경우 다수의 노즐 각각에 대응되는 도선(130)과 히터(140)가 전체적으로 균일한 패턴과 전기적 및 열적 특성을 가지게 된다.
다음으로, 도 4g에 도시된 바와 같이, 도 4f의 결과물 전 표면에 보호층(150)을 형성한다. 상기 보호층(150)은 히터(140)와 도선(130)을 보호하기 위한 것으로, PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 실리콘 질화막(SiN)을 대략 1 ~ 3㎛ 두께로 증착하거나 폴리실리콘을 증착함으로써 형성될 수 있다.
도 4h 및 도 4i는 보호층(150) 위에 캐비테이션 방지층(160)을 형성하는 단계를 도시한 도면들이다. 구체적으로, 도 4h에 도시된 바와 같이, 스퍼터링(sputtering)에 의해 보호층(150) 위에 예컨대 탄탈륨 박막(160')을 대략 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께로 증착한다. 이 때, 상기 탄탈륨 박막(160')은 텅스텐 박막으로 대체될 수 있다.
그리고, 이와 같이 형성된 탄탈륨 박막(160')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 포토리소그라피(photolithography)에 의해 패터닝하여 제3 식각마스크(M3)를 형성한다. 이어서, 상기 탄탈륨 박막(160') 중 제3 식각마스크(M3)에 의해 노출된 부분을 건식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트립에 의해 제3 식각마스크(M3)를 제거한다. 그러면, 도 4i에 도시된 바와 같이 캐비테이션 방지층(160)이 형성되고, 다수의 물질층으로 이루어진 베이스 플레이트(100)가 완성된다.
다음으로, 도 4j에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(100) 위에 잉크 챔버(202)와 잉크 유로(미도시)를 한정하는 유로 플레이트(200)를 적층한다. 상기 유로 플레이트(200)는 감광성 폴리머(photosensitive polymer), 예컨대 폴리이미드(polyimide)를 베이스 플레이트(100) 상에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 감광성 폴리머의 도포 두께는 대략 25 ~ 35㎛ 정도이며, 이는 토출되는 잉크 액적의 부피에 따라 요구되는 잉크 챔버(202)의 높이에 의해 적정하게 정해지며, 예시된 높이와는 다른 범위의 높이를 가질 수도 있다. 구체적으로, 상기 감광성 폴리머로는 건조되어 필름화된 것이거나 액상의 것이 사용될 수 있다. 감광성 폴리머가 건조된 필름(dry film)인 경우에는, 이를 베이스 플레이트(100) 상에 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination) 방법에 의해 도포되며, 감광성 폴리머가 액상인 경우에는, 이를 베이스 플레이트(100) 상에 스핀 코팅 방법에 의해 도포하게 된다. 이와 같이 베이스 플레이트(100) 상에 도포된 감광성 폴리머를 잉크 챔버(202)와 잉크 유로가 형성될 부위를 보호하는 포토마스크를 사용하여 선택적으로 노광시키면, 노광된 부위는 경화됨으로써 내화학성 및 높은 기계적 강도를 갖게 된다. 이어서, 감광성 폴리머의 경화되지 않은 부위를 용매를 사용하여 용해시켜 제거하면, 잉크 챔버(202)와 잉크 유로가 형성됨과 동시에 노광에 의해 경화된 부위는 이들을 둘러싸는 유로 플레이트(200)를 형성하게 된다.
마지막으로, 도 4k에 도시된 바와 같이, 유로 플레이트(200) 위에는 노즐(302)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(300)가 적층된다. 노즐 플레이트(300)는 폴리이미드(polyimide) 또는 니켈로 이루어져 있으며, 유로 플레이트(200)를 이루는 감광성 폴리머의 접착성을 이용하여 유로 플레이트(200) 위에 가열, 가압하여 접착하게 된다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 4k에 도시된 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 또한, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 그리고, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법이 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 베이스 플레이트의 적층 구조와 방법에 주된 특징이 있는 것이므로, 그 위에 적층되는 유로 플레이트와 노즐 플레이트는 상기한 방법과는 달리 알려진 여러가지 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 노즐 플레이트는 유로 플레이트와 동일한 물질을 이용하여 일체로 형성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 히터가 티타늄층과 발열물질층을 포함하는 복수의 층으로 구성된다. 따라서, 히터와 절연층의 접착성이 향상되어 프린트헤드의 신뢰성이 높아지며, 티타늄층의 두께 조절에 의해 히터의 저항을 조절하기 용이하므로 다수의 히터 사이의 저항 균일도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 도선의 형성 후에 히터가 형성되므로 도선과 히터 모두를 건식식각에 의해 형성할 수 있다. 따라서, 도선과 히터를 균일하고 미세하게 패터닝할 수 있게 되어, 도선과 히터가 전체적으로 균일한 패턴과 전기적 및 열적 특성을 가지게 된다.
도 1은 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구성을 나타내 보인 개략적인 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4k는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 단계적을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...베이스 플레이트 110...기판
120...절연층 130...도선
140...히터 141...하부 티타늄층
142...발열물질층 143...상부 티타늄층
150...보호층 160...캐비테이션 방지층
200...유로 플레이트 102...잉크 챔버
300...노즐 플레이트 302...노즐
Claims (16)
- 다수의 물질층으로 이루어진 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 위에 적층되어 잉크 챔버와 잉크 유로를 한정하는 유로 플레이트와, 상기 유로 플레이트 위에 적층되며 상기 잉크 챔버에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 포함하는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,상기 베이스 플레이트는,기판;상기 기판상에 형성된 절연층;상기 절연층 위에 형성된 하부 티타늄(Ti)층과, 상기 하부 티타늄(Ti)층 위에 형성된 발열물질층과, 상기 발열물질층 위에 형성된 상부 티타늄(Ti)층을 포함하는 복수의 층으로 이루어진 히터;상기 절연층 위에 형성되며, 상기 히터의 양측 단부 아래쪽에 연결되는 도선; 및상기 히터와 도선을 덮도록 상기 기판 전면에 형성된 보호층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 발열물질층은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 도선은 복수의 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,상기 도선은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 탄탈륨 질화물(TaN)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 상기 보호층 위에 형성된 캐비테이션 방지층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- (가) 기판의 표면에 절연층을 형성하는 단계;(나) 상기 절연층 위에 도전성 금속 물질을 증착하여 금속층을 형성한 뒤, 상기 금속층을 건식식각에 의해 패터닝하여 도선을 형성하는 단계;(다) 상기 절연층과 상기 도선 위에 하부 티타늄층과 발열물질층과 상부 티타늄(Ti)층을 포함하는 복수의 층을 순차적으로 증착한 뒤, 상기 복수의 층을 건식식각에 의해 패터닝하여 상기 도선에 연결되는 히터를 형성하는 단계;(라) 상기 히터와 상기 도선을 커버하도록 상기 기판 전면에 보호층을 형성하는 단계;(마) 상기 기판 상에 잉크 챔버와 잉크 유로를 한정하는 유로 플레이트를 형성하는 단계; 및(바) 상기 유로 플레이트 위에 상기 잉크 챔버에 대응되는 노즐을 가지는 노즐 플레이트를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,상기 (나) 단계에서, 상기 금속층은 복수의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서,상기 (나) 단계에서, 상기 금속층은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 탄탈륨 질화물(TaN)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 8항에 있어서,상기 (다) 단계에서, 상기 발열물질층은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,상기 (다) 단계에서, 상기 티타늄층과 발열물질층의 증착은 PVD에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,상기 (라) 단계 후에, 상기 보호층 위에 상기 히터와 대응되는 위치에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 캐비테이션 방지층 형성 단계는, 상기 보호층 위에 탄탈륨 박막이나 텅스텐 박막을 증착한 뒤, 이를 건식식각에 의해 패터닝함으로써 상기 캐비테이션 방지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-2003-0014611A KR100497389B1 (ko) | 2003-03-08 | 2003-03-08 | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2003-0014611A KR100497389B1 (ko) | 2003-03-08 | 2003-03-08 | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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