KR100530252B1 - 프린트 매체 제품 - Google Patents

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KR100530252B1
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키아 실버브룩
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실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
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Abstract

노즐(10)의 어레이(14) 및 프린트될 기판 위로 착색제를 분사하기 위한 각각의 착색제 분사수단을 구비하는 잉크 젯 프린터 프리트헤드용 노즐 가드(80)에 있어서, 상기 노즐 가드(80)는 노즐(10)의 어레이(14)의 외부와의 접촉으로 손상되는 것을 방지하기 위하여 프린트헤드상에 위치되어 있다.

Description

프린트 매체 제품{Printed Media Production}
본 발명에 관련된 다양한 방법, 시스템 및 장치는 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 2000년 5월 24일자로 동시에 출원된 다음의 계류중의 출원들에 개시되어 있다.
PCT/AU00/00518, PCT/AU00/00519, PCT/AU00/00520, PCT/AU00/00521,
PCT/AU00/00522, PCT/AU00/00523, PCT/AU00/00524, PCT/AU00/00525,
PCT/AU00/00526, PCT/AU00/00527, PCT/AU00/00528, PCT/AU00/00529,
PCT/AU00/00530, PCT/AU00/00531, PCT/AU00/00532, PCT/AU00/00533,
PCT/AU00/00534, PCT/AU00/00535, PCT/AU00/00536, PCT/AU00/00537,
PCT/AU00/00538, PCT/AU00/00539, PCT/AU00/00540, PCT/AU00/00541,
PCT/AU00/00542, PCT/AU00/00543, PCT/AU00/00544, PCT/AU00/00545,
PCT/AU00/00547, PCT/AU00/00546, PCT/AU00/00554, PCT/AU00/00556,
PCT/AU00/00557, PCT/AU00/00558, PCT/AU00/00559, PCT/AU00/00560,
PCT/AU00/00561, PCT/AU00/00562, PCT/AU00/00563, PCT/AU00/00564,
PCT/AU00/00565, PCT/AU00/00566, PCT/AU00/00567, PCT/AU00/00568,
PCT/AU00/00569, PCT/AU00/00570, PCT/AU00/00571, PCT/AU00/00572,
PCT/AU00/00573, PCT/AU00/00574, PCT/AU00/00575, PCT/AU00/00576,
PCT/AU00/00577, PCT/AU00/00578, PCT/AU00/00579, PCT/AU00/00581,
PCT/AU00/00580, PCT/AU00/00582, PCT/AU00/00587, PCT/AU00/00588,
PCT/AU00/00589, PCT/AU00/00583, PCT/AU00/00593, PCT/AU00/00590,
PCT/AU00/00591, PCT/AU00/00592, PCT/AU00/00584, PCT/AU00/00585,
PCT/AU00/00586, PCT/AU00/00594, PCT/AU00/00595, PCT/AU00/00596,
PCT/AU00/00597, PCT/AU00/00598, PCT/AU00/00516, PCT/AU00/00517,
PCT/AU00/00511, PCT/AU00/00501, PCT/AU00/00502, PCT/AU00/00503,
PCT/AU00/00504, PCT/AU00/00505, PCT/AU00/00506, PCT/AU00/00507,
PCT/AU00/00508, PCT/AU00/00509, PCT/AU00/00510, PCT/AU00/00512,
PCT/AU00/00513, PCT/AU00/00514 및 PCT/AU00/00515.
본 발명에 관련된 다양한 방법, 시스템 및 장치는 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 2001년 6월 30일자로 동시에 출원된 다음의 계류중의 출원들에 개시되어 있다.
PCT/AU00/00764, PCT/AU00/00765, PCT/AU00/00766 및 PCT/AU00/00772.
본 발명은 프린트 매체 제품에 관한 것으로서, 특히 잉크 젯 프린터(Ink Jet Printer)에 관한 것이다.
잉크 젯 프린터(Ink Jet Printer)는 잘 알려져 있고 폭넓게 사용되는 프린트 매체 제품의 형태이다. 착색제, 주로 잉크는 프린트헤드(Printhead)상의 마이크로 프로세서 제어식 노즐(Nozzle)의 어레이(Array)에 공급된다. 프린트헤드가 매체 위로 지나감에 따라, 착색제는 노즐의 어레이로부터 분사되어 매체 기판상에 프린팅을 행한다.
프린터 성능은 작동비용, 프린트 품질, 작동속도 및 사용상의 용이함 등의 인자에 의존한다. 노즐로부터 분사된 개개의 잉크 방울의 질량, 주파수 및 속도는 이들 성능의 파라미터(Paremeter)에 영향을 끼친다. 일반적으로, 고주파수로 분사된, 보다 작고, 보다 빠른 잉크방울은 비용, 속도 및 프린트 품질의 이점을 제공한다.
이 점에 비추어, 잉크노즐의 크기와 그에 따른 분사된 잉크방울의 크기를 줄이기 위하여 프린트헤드 디자인을 우선하는 계획이 있었다. 최근에는, 1미크론 이하의 두께(Sub-micron Thickness)의 기계구조를 갖는 마이크로 전자기계적 시스템(Microelectromechanical System, MEMS) 기술을 이용하여 노즐의 어레이를 형성하여 왔다. 이에 의해 1조분의 1 리터(Picolitre, ×10-12 리터) 범위내의 크기로 된 잉크방울을 신속하게 분사할 수 있는 프린트헤드의 제조가 가능하다.
상기 프린트헤드의 미시적인 구조는 고속화와 비교적 저렴한 비용으로 양호한 프린트 품질을 제공하지만, 그 크기에 의해 노즐이 극도로 망가지기 쉽고 손가락, 먼지 또는 매체 기판(Media Substrate)과의 약간의 접촉으로부터 손상받기 쉽다. 이에 따라 상기 프린터헤드는 어느정도의 강도레벨이 필요한 많은 적용분야에 실용화할 수가 없다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도1은, 잉크 젯 프린트헤드용 노즐 어셈블리(Assembly)의 3차원 개략도이고;
도2 내지 도4는, 도1의 노즐 어셈블리의 개략적인 3차원 작동 일례도이고;
도5는, 잉크젯 프린트헤드를 구성하는 노즐 어레이의 3차원도이고;
도6은, 도5의 어레이의 부분 확대도이고;
도7은, 본 발명에 따른 노즐 가드를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 3차원도이고;
도8a 내지 도8r은, 잉크젯 프린트헤드의 노즐 어셈블리의 제조단계에 대한 3차원도이고;
도9a 내지 도9r은, 제조공정에 대한 측단면도이고;
도10a 내지 도10k는, 상기 제조공정에서 여러 단계에 사용되는 마스크의 레이아웃(layout) 도면이고;
도11a 내지 도11c는, 도8과 도9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동에 대한 3차원도이며;
도12a 내지 도12c는, 도8과 도9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동에 대한 측단면도이다.
따라서, 본 발명은 노즐의 어레이 및 프린트될 기판상에 착색제를 분사하기 위한 각각의 착색제 분사수단을 구비한 잉크 젯 프린터 프린트헤드용 노즐 가드(Nozzle Guard)에 있어서, 상기 노즐 가드가 상기 노즐의 어레이의 외부와의 접촉으로 손상되는 것을 금지하기 위해 배치되도록 한 잉크젯 프린터 프린트헤드용 노즐 가드를 제공하고 있다.
본 명세서에서, '노즐'이란 용어는 개구(Opening) 그 자체가 아니라 개구를 형성하는 구성요소로서 이해되어야 한다.
바람직하게는, 노즐 가드는 노즐들의 외부를 덮는 차폐부(Shield)를 구비하는데, 상기 차폐부는 각 노즐로부터 분사된 착색제의 정상적인 궤도를 방해하지 않기 위하여 노즐의 어레이와 일치하는 통로 어레이(Passage Array)를 갖는다. 더 바람직한 형태에 있어서, 상기 차폐부는 실리콘으로 형성된다.
노즐 가드는, 노즐 어레이상에 외부 입자가 부착되는 것을 금지하기 위하여, 유체를 통로로 향하게 하기 위한 유체 입구 개구(Fluid Inlet Opening)를 더 포함할 수도 있다.
노즐 가드는 프린트헤드상에 노즐 차폐부를 지지하기 위한 지지수단을 더 포함할 수도 있다.
지지수단은 차폐부와 일체로 형성될 수도 있고, 이 지지수단은 각각 노즐 차폐부의 각 끝단에 배열되는 한쌍의 이간된 지지부재를 포함한다.
본 실시예에서, 유체 입구 개구는 상기 지지부재들중의 하나에 배열될 수도 있다.
공기가 개구를 통하고, 노즐 위로 통로를 통하여 밖으로 향하게 될때, 노즐 어레이상에 외부 입자가 부착되는 것이 금지된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
유체 입구 개구는 노즐 어레이의 본드패드(Bond Pad)로부터 먼쪽의 지지부재에 배열될 수도 있다.
또한, 본 발명은 잉크 젯 프린터용 프린트헤드에 관한 것으로서, 상기 프린트헤드는 노즐 어레이 및 프린트될 매체 기판상에 착색제를 분사하기 위한 각각의 착색제 분사수단; 및
상술한 바와 같이 노즐 어레이의 외부와의 접촉으로 손상되는 것을 금지하기 위해 배치된 노즐 가드를 포함한다.
프린트헤드상에 노즐 가드를 제공함으로써, 노즐 구조는 대부분 다른 표면에 접촉되거나 부딪히는 것으로부터 보호될 수가 있다. 설치된 차폐부를 최적화하기 위하여, 가드는 노즐의 외부측면을 덮는 평탄 차폐부를 형성함에 있어서, 이 차폐부는 착색제 미세방울의 분사를 허용하기에는 상당히 충분하지만 부주의한 접촉이나 가장 큰 먼지 입자의 침입을 방지하기에는 약간 충분한 통로 어레이를 갖고 있다. 상기 차폐부를 실리콘으로 형성함으로써, 그 열팽창 계수는 실질적으로 노즐 어레이의 것과 일치한다. 이는 차폐부내의 통로 어레이가 노즐 어레이와 일치하지 않게 되는 것을 방지하는데 도움을 준다. 또한, 실리콘의 사용에 의해 차폐부는 MEMS 기술을 이용하여 정확하게 마이크로 기계가공될 수 있다. 더우기, 실리콘은 매우 강인하고, 실질적으로 변형가능성이 없다
먼저, 도면 중 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 어셈블리는 일반적으로 참조부호 10으로 표시되어 있다. 잉크젯 프린트헤드는 실리콘 기판(16) 위의 어레이(14, 도5와 도6) 내에 배치된 복수개의 노즐 어셈블리(10)를 구비한다. 상기 어레이(14)는 이하 더 상세히 기술될 것이다.
상기 어셈블리(10)는, 유전체층(Dielectric Layer, 18)이 증착된 실리콘 기판 또는 웨이퍼(16)를 포함한다. CMOS 부동태층(Passivation Layer, 20)은, 상기 유전체층(18) 위에 증착된다.
각 노즐 어셈블리(10)는, 노즐 개구부(24)를 형성하는 노즐(22), 레버 아암(26)의 형태의 연결부재(Connecting Member)와 액츄에이터(Actuator)(28)를 포함하고 있다. 상기 레버 아암(26)은 상기 액츄에이터(28)와 상기 노즐(22)을 연결한다.
도면 중 도2 내지 도4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)은 크라운부(Crown Portion, 30) 및 상기 크라운부(30)에 연결된 스커트부(Skirt Portion, 32)를 포함한다. 상기 스커트부(32)는, 노즐 챔버(Nozzle Chamber, 34)의 주벽(Peripheral Wall) 일부를 형성한다. 상기 노즐 개구부(24)는 상기 노즐 챔버(34)와 유체가 흐르도록 연통되어 있다. 주목할 것은, 상기 노즐 개구부(24)가 상기 노즐 챔버(34) 내에서 잉크체(Body of Ink, 40)의 메니스커스(Meniscus, 38)를 '구속하는' 돌출된 림(Rim, 36)에 의해 둘러싸여 있다는 것이다.
잉크 입구구멍(Ink Inlet Aperture, 도6에 가장 명확히 도시됨, 42)은, 상기 노즐 챔버(34)의 바닥(Floor, 46) 내에 형성된다. 상기 입구구멍(42)은, 기판(16)를 통과하여 형성되는 잉크 입구 채널(48)과 유체가 흐르도록 연통되어 있다.
벽부(Wall Portion, 50)는, 상기 입구구멍(42)과 경계를 이루고, 상기 바닥부(Floor Portion, 46)로부터 위쪽으로 연장된다. 상기 노즐(22)의 스커트부(32)는, 상기한 바와 같이, 상기 노즐 챔버(34)의 주벽의 제1 부분을 형성하고, 상기 벽부(50)는 상기 노즐 챔버(34)의 주벽의 제2 부분을 형성한다.
상기 벽부(50)는, 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 노즐(22)이 배치될 때, 잉크가 새는 것을 방지하는 유체 씰(Fluidic Seal)로서 작용하는 립(Lip, 52)을 갖되, 상기 립(52)은 그 자유단(Free End)에서 안쪽을 향해 있다.
상기 립(52)과 상기 스커트부(32) 사이의 적은 치수의 공간과 잉크(40)의 점성 때문에, 안쪽으로 향해 있는 립(52)과 표면장력은, 상기 노즐 챔버(34)로부터 잉크가 새는 것을 방지하기 위한 효과적인 씰로서 작용한다.
상기 액츄에이터(28)는, 열적 벤드 액츄에이터(Thermal Bend Actuator)이며, 상기 기판(16), 자세히는 상기 CMOS 부동태층(20)으로부터 위쪽으로 연장되는 앵커(Anchor, 54)에 연결된다. 상기 앵커(54)는 상기 액츄에이터(28)와 전기적인 접속을 형성한 도체패드(Conductive Pad, 56) 위에 장착된다.
상기 액츄에이터(28)는, 제2 수동빔(Passive Beam, 60) 위에 배열된 제1 능동빔(Active Beam, 58)을 포함한다. 바람직한 실시예로는, 빔(58, 60)이 모두 질화티타늄(TiN)과 같은 전도성 세라믹 재료로 되거나 전도성 세라믹 재료를 포함하는 것이다.
두 빔(58, 60)은 상기 앵커(54)에 고정된 제1 끝단과 상기 아암(26)과 연결된 대향하는 끝단을 갖는다. 상기 능동빔(58)을 통해 전류가 흐를 때, 상기 능동빔(58)의 열팽창이 초래된다. 전류가 흐르지 않는 수동빔(60)은 동일한 속도로 팽창되지 않으므로, 벤딩 모멘트(Bending Moment)가 상기 아암(26)에 생겨, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)이 상기 기판(16) 쪽으로 아래로 변위하게 된다. 이로 인해, 도면 중 '62'로 도시된 바와 같이, 노즐 개구부(24)를 통해 잉크의 분사를 일으킨다. 열원이 상기 능동빔(58)으로부터 제거될 때, 즉 전류 흐름이 차단됨으로써, 상기 노즐(22)이 도4에 도시된 바와 같은 정지 위치로 되돌아간다. 상기 노즐(22)이 정지 위치로 되돌아갈 때, 잉크 방울(64)은 도4에 '66'로 도시된 바와 같이 잉크 방울의 네크(Neck)가 파열된 결과로서 형성된다. 그 다음, 상기 잉크 방울(64)은, 종이와 같은 프린트 매체 위로 이동한다. 상기 잉크 방울(64)이 형성된 결과로서, 도4에 '68'로 도시된 바와 같이, '음(-)'의 메니스커스(Meniscus)를 형성한다. 이러한 '음(-)'의 메니스커스(68)는, 새로운 메니스커스(38, 도2)가 상기 노즐 어셈블리(10)로부터 다음의 잉크 방울 분사를 위하여 형성 준비되도록 상기 노즐 챔버(34) 내로 상기 잉크(40)의 유입을 초래한다.
도5 및 도6을 참조하여, 상기 노즐 어레이(14)를 보다 자세히 설명한다. 상기 어레이(14)는 4색 프린트헤드용이다. 따라서, 상기 어레이(14)는 노즐 어셈블리의 4그룹(70)을 포함하며, 각 색상마다 하나의 그룹이다. 각 그룹(70)은 2열(Row, 72, 74)로 배열된 노즐 어셈블리(10)를 갖는다. 하나의 그룹(70)은 도6에 보다 자세히 도시되어 있다.
상기 열(72, 74)에 있는 노즐 어셈블리(10)의 밀집된 배치를 용이하게 하기 위해서, 상기 열 74에 있는 상기 노즐 어셈블리(10)는 상기 열 72에 있는 노즐 어셈블리(10)에 대하여 경사지거나 또는 엇갈리게 놓여 있다. 또한, 상기 열 74에 있는 노즐 어셈블리(10)의 레버 아암(26)이, 상기 열 72에 있는 어셈블리(10)의 인접한 노즐(22) 사이를 지날 수 있도록, 상기 열 72에 있는 노즐 어셈블리(10)는, 서로 충분한 공간을 두고 떨어져 있다. 각 노즐 어셈블리(10)는, 상기 열 72에 있는 노즐(22)이 상기 노즐(22)과 상기 열 74에 있는 인접한 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28) 사이에 끼워지도록 실질적으로 아령(dumbbell) 형상으로 되어 있다.
더욱이, 상기 열(72, 74)에 있는 노즐(22)의 밀집된 배치를 용이하게 하기 위하여, 각 노즐(22)은 실질적으로 6각형 형상이다.
이 분야의 당업자라면, 상기 노즐(22)이 기판(16) 쪽으로 변위될 때, 사용 시, 상기 노즐 개구부(24)가 상기 노즐 챔버(34)에 대하여 약간의 각도를 이루기 때문에, 잉크가 수직에서 약간 벗어나 분사된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도5 및 도6에 도시된 배열의 장점은, 상기 열(72, 74)에 있는 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28)가 상기 열(72, 74)의 한쪽면에 대해 동일한 방향으로 확장되는 것이다. 따라서, 상기 열 72의 노즐(22)로부터 분사된 잉크와 상기 열 74의 노즐 (22)로부터 분사된 잉크는, 같은 각도로 서로에 대하여 나란히 놓여 있어 개선된 프린트 품질을 가져온다.
또한, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(16)은, 상기 패드(56)를 경유하여 상기 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28)에 전기적인 접속을 제공하도록 배열된 본드패드(76)를 갖는다. 이들 전기적인 접속은 CMOS층(미도시)을 경유하여 형성된다.
도7을 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 가드가 도시되어 있다. 이전의 도면과 관련하여, 특별한 명기가 없으면, 동일한 참조부호는 동일한 부품을 나타낸다.
노즐 가드(80)는 상기 어레이(14)의 실리콘 기판(16) 위에 장착된다. 상기 노즐 가드(80)는, 관통하는 복수개의 통로(84)를 구비한 차폐부(82)를 포함한다. 잉크가 어떤 하나의 노즐 개구부(24)로부터 분사될 때, 상기 잉크가 프린트 매체에 도달하기 전에 연관된 통로를 통과하도록, 상기 통로(84)는 상기 어레이(14)의 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구부(24)와 일치한다.
상기 가드(80)는, 노즐 어레이(14)가 종이, 먼지 또는 사용자의 손가락과의 접촉으로 손상되는 것을 방지하기 위하여 필요한 세기와 강도를 갖도록 실리콘으로 되어 있다. 상기 가드를 실리콘으로 형성함으로써, 그 열팽창 계수는 실질적으로 노즐 어레이의 것과 일치한다. 이는, 프린트헤드가 그 정상적인 작동온도까지 가열되기 때문에 차폐부(82)내의 통로(84)가 노즐 어레이(14)와 일치하지 못하는 것을 방지하는데 목적이 있다. 또한, 실리콘은 노즐 어셈블리(10)의 제조와 관련하여 이하 더 상세히 기재되는 MEMS 기술을 이용하여 정확한 마이크로 기계가공을 하는데 적격이다.
상기 차폐부(82)는, 다리(Limb) 또는 지주(Strut, 86)에 의해 상기 노즐 어셈블리(10)에 대하여 상대적으로 공간을 두고 장착된다. 하나의 지주(86)는, 그 안에 형성된 공기입구 개구부(Air Inlet Opening, 88)를 갖는다.
사용 시, 상기 어레이(14)가 작동할 때, 공기는 상기 공기입구 개구부(88)를 통하여 공급되어, 상기 통로(84)를 통과하여 지나가는 잉크와 함께 상기 통로(84)를 강제로 지나가게 된다.
상기 잉크 방울(64)의 속도와 다른 속도로 공기가 상기 통로(84)를 통하여 공급되기 때문에, 상기 잉크는 공기 속에 부유되어 운반되지 않는다. 예컨대, 상기 잉크 방울(64)은 상기 노즐(22)로부터 약 3m/s의 속도로 분사된다. 공기는 약 1m/s의 속도로 통로(84)를 통과하여 공급된다.
공기를 공급하는 목적은, 상기 통로(84)를 외부 입자로부터 깨끗하게 유지하기 위한 것이다. 먼지 입자와 같은 외부 입자들은 상기 노즐 어셈블리(10) 위에 떨어져, 그 작동에 나쁜 영향을 줄 수 있다는 위험이 존재한다. 상기 노즐 가드(80)에 공기입구 개구부(88)가 제공되기 때문에, 이러한 문제는 상당히 제거된다.
이하 도8 내지 도10을 참조하면, 상기 노즐 어셈블리(10)를 제조하기 위한 공정이 기재되어 있다.
우선, 실리콘 기판 또는 웨이퍼(16)에 대하여 설명하면, 유전체층(18)은 상기 웨이퍼(16)의 표면 위에 증착된다. 상기 유전체층(18)은 약 1.5마이크론의 CVD 산화물 형태이다. 상기 유전체층(18) 위에는 레지스트(Resist)가 스핀코팅되며, 상기 유전체층(18)은 마스크(100)에 노광되어 실질적으로 현상된다.
현상된 후, 상기 유전체층(18)은 실리콘층(16)을 향하여 아래로 플라즈마 에칭된다. 그 다음, 상기 레지스트는 벗겨지고 상기 유전체층(18)은 청정하게 된다. 이러한 단계에서 잉크 입구구멍(42)이 형성된다.
도8b에는, 약 0.8마이크론의 알루미늄(102)이 상기 유전체층(18) 위에 증착되어 있다. 레지스트가 스핀코팅되며, 상기 알루미늄(102)이 마스크(104)로 노광되고 현상된다. 상기 알루미늄(102)은 상기 유전체층(18)을 향해 아래로 플라즈마 에칭되고, 상기 레지스트는 벗겨지며 디바이스(Device)가 청정하게 된다. 이러한 단계에서 본드패드가 제공되며, 상기 잉크젯 액츄에이터(28)와 상호 접속된다. 이러한 상호 접속은 NMOS 구동 트랜지스터(Drive Transistor)와 CMOS층(미도시) 내에 만들어진 결선(Connection)을 구비한 파워면(Power Plane)을 연결한다.
약 0.5마이크론의 PECVD 질화물이 CMOS 부동태층(20)으로서 증착된다. 레지스트가 스핀코팅되며, 상기 부동태층(20)은 마스크(106)로 노광되고, 그 후 현상된다. 현상 후, 상기 질화물은 알루미늄층(102)과 입구구멍(42)의 영역에 있는 상기 실리콘층(16)을 향해 아래로 플라즈마 에칭된다. 상기 레지스트는 벗겨지며 디바이스는 청정하게 된다.
희생물질(Sacrificial Material)로 이루진 층(108)이 상기 부동태층(20) 위에 스핀코팅된다. 상기 층 108은 6마이크론의 감광성 폴리이미드(Photo-Sensitive Polyimide) 또는 약 4㎛의 고온 레지스트이다. 상기 층 108은 소프트베이크 (Softbake)되며, 그 후 마스크(110)로 노광되고, 그 다음 현상된다. 그 후, 상기 층 108이 폴리이미드를 포함할 경우 상기 층 108은 400℃에서 1시간 동안 또는 상기 층 108이 고온 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크 (Hardbake)된다.
도면에서 주목해야 할 것은, 수축에 의한 폴리이미드층(108)의 패턴 의존성 변형(Pattern-dependent Distortion)이 상기 마스크(110)의 설계에서 고려된다는 것이다.
도면 중 도8e에 도시된 바와 같이, 다음 단계에서는, 제2 희생층(Second Sacrificial Layer, 112)이 적용된다. 상기 층 112는 스핀코팅된 2㎛의 감광성 폴리이미드이거나 약 1.3㎛의 고온 레지스트이다. 상기 층 112는 소프트베이크되고 마스크(114)로 노광된다. 상기 마스크(114)로 노광된 후, 상기 층 112는 현상된다. 상기 층 112가 폴리이미드인 경우에, 상기 층 112는 약 1시간 동안 400℃에서 하드베이크된다. 상기 층 112가 레지스트인 경우, 약 1시간 동안 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
그 다음, 0.2마이크론 다층 금속층(116)이 증착된다. 상기 층 116의 일부는 상기 액츄에이터(28)의 수동빔(60)을 형성한다.
상기 층 116은, 약 300℃에서 1000Å의 질화티타늄(TiN)을 스퍼터링 (Sputtering)하고, 그 후 50Å의 질화탄탈륨(TaN)을 스퍼터링함으로써 형성된다. 또한, 1000Å의 TiN이 더 스퍼터링되고, 그 위에 50Å의 TaN과 다시 1000Å의 TiN이 추가로 스퍼터링된다.
TiN 대신에 사용될 수 있는 다른 재료는 TiB2, MoSi2 또는 (Ti, Al)N이다.
그 다음, 상기 층 116은 마스크(118)로 노광되며, 현상되고, 상기 층 112를향해 아래로 플라즈마 에칭되며, 그 후 상기 층 116에 적용된 레지스트는 경화된 층(108 또는 112)이 제거되지 않도록 주의하면서 습식으로 벗겨진다.
제3 희생층(120)은, 4㎛의 감광성 폴리이미드 또는 약 2.6㎛ 고온 레지스트를 스핀코팅함으로써 적용된다. 상기 층 120은 소프트베이크되고, 그 후 마스크(122)로 노광된다. 그 다음, 상기 노광된 층은 현상되며, 그 후 하드베이크된다. 폴리이미드의 경우, 상기 층 120은 약 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 상기 층 120이 레지스트를 포함한 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
제2 다층 금속층(124)이 상기 층 120에 적용된다. 상기 층 124의 구성은 상기 층 116과 같으며, 동일한 방식으로 적용된다. 상기 층 116, 124는 모두 전기적 전도층이다.
상기 층 124는, 마스크(126)로 노광된 후 현상된다. 상기 층 124는 상기 폴리이미드 또는 레지스트층(120)을 향하여 아래로 플라즈마 에칭되며, 그 후 상기 층 124에 적용된 레지스트는 상기 경화된 층(108 또는 120)이 제거되지 않도록 주의하면서 습식으로 벗겨진다. 상기 층 124의 나머지 부분은 상기 액츄에이터(28)의 능동빔(58)을 형성한다.
제4 희생층(128)은 4㎛의 감광성 폴리이미드 또는 약 2.6㎛의 고온 레지스트를 스핀코팅함으로써 적용된다. 상기 층 128은 소프트베이크되며, 마스크(130)로 노광되고, 그 후 도면 중 도9k에 도시된 바와 같은 섬 부분(Island Portion)이 남겨지도록 현상된다. 상기 층 128의 나머지 부분은 폴리이미드인 경우 약 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
도면중 도8l에 도시된 바와 같이, 높은 영률(Young's Modulus)의 유전체층 (132)이 증착된다. 상기 층 132는 약 1㎛의 질화실리콘 또는 산화알루미늄으로 구성된다. 상기 층 132는 상기 희생층(108, 112, 120, 128)의 하드베이크 온도 (Hardbake Temperature) 아래의 온도에서 증착된다. 이러한 유전체층 132에 요구되는 주된 특징은 고탄성율, 화학적 불활성 및 TiN과의 양호한 접합성이다.
제5 희생층(134)은 2㎛의 감광성 폴리이미드 또는 약 1.3㎛의 고온 레지스트로 스핀코팅함으로써 적용된다. 상기 층 134는 소프트베이크되며, 마스크(136)로 노광되고 현상된다. 상기 층 134의 나머지 부분은 폴리이미드인 경우 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
상기 유전체층 132는 어떠한 희생층 134가 제거되지 않도록 주의하면서 상기 희생층 128을 향하여 아래로 플라즈마 에칭된다.
이러한 단계는 상기 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구부(24), 레버 아암(26) 및 앵커(54)를 형성한다.
높은 영률의 유전체층 138이 증착된다. 상기 층 138은 상기 희생층(108, 112, 120 및 128)의 하드베이크 온도 이하의 온도에서 0.2㎛의 질화실리콘 또는 질화알루미늄을 증착함으로써 형성된다.
그 다음, 도면 중 도8p에 도시된 바와 같이, 상기 층 138은 0.35마이크론의 깊이로 이방적(異方的)으로 플라즈마 에칭된다. 이 에칭은 상기 유전체층 132 및 희생층 134의 측벽을 제외한 모든 표면으로부터 유전물질을 제거하려는 데 있다. 이러한 단계에서는 상술한 바와 같이, 상기 노즐 개구부(24) 둘레에 잉크의 메니스커스를 '구속하는' 노즐 림(Nozzle Rim, 36)을 형성한다.
자외선(UV) 릴리스 테이프(Release Tape, 140)가 적용된다. 4㎛의 레지스트가 상기 실리콘 웨이퍼(16)의 배면에 스핀코팅된다. 상기 웨이퍼(16)는 마스크 (142)로 노광하고, 상기 웨이퍼(16)를 백에칭(Back Etching)하여 상기 잉크 입구 채널(48)을 형성한다. 그 다음, 상기 레지스트는 상기 웨이퍼(16)로부터 벗겨진다.
또 다른 UV 릴리스 테이프(미도시)가 상기 웨이퍼(16)의 배면에 적용되고, 상기 테이프(140)는 제거된다. 상기 희생층(108, 112, 120, 128 및 134)은, 도면 중 도8r과 도9r에 도시된 바와 같이, 최종 노즐 어셈블리(10)를 제공하기 위하여 산소 플라즈마로 벗겨진다. 쉽게 참조하기 위하여, 이들 두개 도면에서 예시된 참조부호들은 상기 노즐 어셈블리(10)의 관련 부품을 나타내기 위하여 도면 중 도1의 그것과 동일하다. 도11 및 도12는, 도8과 도9에 관하여 상술한 공정에 의해 제조된 상기 노즐 어셈블리(10)의 작동을 도시하고 있으며, 이들 도면들은 도면 중 도2 내지 도4에 대응한다.
광범위하게 기술된 바와 같이, 이 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 상기 특정한 실시예에서 나타난 바와 같은 본 발명에 대한 여러 실시예 및/또는 변형예들을 만들 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 관점에서 한정되는 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 할 것이다

Claims (16)

  1. 잉크 젯 프린터(Ink Jet Printer)용 프린트헤드(Printhead)에 있어서,
    상기 프린트헤드는, 노즐(Nozzle)의 어레이(Array), 프린트될 기판 (Substrate) 상에 착색제를 분사하기 위한 각각의 착색제 분사수단; 및
    노즐 어레이의 외부와의 접촉으로 손상되는 것을 금지하기 위해 배치된 노즐 가드(Nozzle Guard);
    를 포함하고,
    상기 노즐 가드는 노즐의 외부를 덮는 차폐부(Shield)를 갖고,
    상기 차폐부는 각 노즐로부터 분사된 착색제의 정상적인 궤도를 방해하지 않게 하기 위하여 상기 노즐 어레이와 일치하는 통로(Passage)의 어레이를 갖고,
    상기 노즐 가드는 상기 노즐 어레이상에 외부 입자가 부착되는 것을 금지하기 위하여 유체를 상기 통로로 향하게 하기 위한 유체 입구 개구(Fluid Inlet Opening)를 포함하며,
    상기 유체는 분사된 착색제의 속도보다 작은 속도로 상기 통로를 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부는, 실리콘(Silicon)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 가드는, 프린트헤드상에 노즐 차폐부를 지지하기 위한 지지수단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지수단은, 상기 차폐부와 일체로 형성되며, 각각 상기 노즐 차폐부의 각 끝단에 배열되는 한쌍의 이간된 지지부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유체 입구 개구는, 상기 지지부재들중의 하나에 배열되는 것을 특징으로 으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체 입구 개구는, 상기 노즐 어레이의 본드패드(Bond Pad)로 부터 먼쪽의 지지부재에 배열되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 착색제 방울이 3m/s의 속도로 분사되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체가 1m/s의 속도로 상기 통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
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  10. 삭제
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  15. 삭제
  16. 삭제
KR10-2003-7005509A 2000-10-20 2001-10-19 프린트 매체 제품 KR100530252B1 (ko)

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