KR100552664B1 - 측벽에 의해 한정되는 잉크 챔버를 가진 일체형 잉크젯프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 잉크 챔버, 매니폴드 및 잉크 채널이 형성된 기판과, 기판의 표면으로부터 소정 깊이로 형성되어 적어도 잉크 챔버의 폭을 한정하는 측벽과, 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트와, 노즐 플레이트의 물질층들 사이에 마련되는 히터와 도체를 구비한다. 그리고, 상기 노즐 플레이트는 기판 상에 일체로 구성되며, 상기 잉크 챔버는 측벽을 식각저지벽으로 이용하면서 노즐을 통해 노출된 기판을 등방성 식각함으로써 이루어진다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 식각저지벽으로서의 역할을 하는 측벽에 의해 폭이 좁고 길이가 길며 깊이가 깊은 잉크 챔버를 형성할 수 있으므로, 인접한 노즐 사이의 간격을 줄일 수 있게 되어 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 높은 DPI의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.

Description

측벽에 의해 한정되는 잉크 챔버를 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Monolithic ink jet printhead having ink chamber defined by side wall and method of manufacturing thereof}
도 1a 및 도 1b는 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일례를 나타내 보인 절개 사시도 및 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 일체형 잉크젯 프린트헤드의 일례를 나타내 보인 도면으로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 표시된 A-A'선을 따른 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 평면 구조를 부분적으로 도시한 도면으로서, 잉크 유로 및 히터의 형상과 배치를 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 3에 표시된 B-B'선과 C-C'선을 따른 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 5는 도 4a에 도시된 열전도층의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도와 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽 과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도와 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 내지 도 22는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도 3에 표시된 B-B'선을 따른 단면도들이다.
도 23은 시드층과 희생층을 형성하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210...기판 120...노즐 플레이트
121,221,421...제1 보호층 122...제2 보호층
124...열전도층 126...제3 보호층
127,127'...시드층 128...열발산층
131,231,331,431...측벽 132,232,332,432...잉크 챔버
134,234,334,434...잉크 채널 136,236,436...매니폴드
138,238,338,438...노즐 142,242,342,442...히터
144...도체
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판과 노즐 플레이트가 일체로 형성되는 열구동 방식의 일체형 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.
여기에서, 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 상기 열구동 방식은 다시 탑-슈팅(top-shooting), 사이드-슈팅(side-shooting), 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류될 수 있다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액 적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이며, 그리고 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 액적 토출 방식을 말한다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 즉, DPI(dots per inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는, 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다. 즉, 가열된 잉크와 히터의 냉각이 빨리 이루어져 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일례로서, 미국특허 US 4,882,595호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 절개 사시도 및 그 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 기판(10)과, 그 기판(10) 위에 설치되어 잉크(29)가 채워지는 잉크 챔버(26)를 한정하는 격벽(14)과, 잉크 챔버(26) 내에 설치되는 히터(12)와, 잉크 액적(29')이 토출되는 노즐(16)이 형성된 노즐 플레이트(18)를 구비하고 있다. 상기 히터(12)에 펄스 형태의 전류가 공급되어 히터(12)에서 열이 발생되면 잉크 챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)가 가열되어 버블(28)이 생성된다. 생성된 버블(28)은 계속적으로 팽 창하게 되고, 이에 따라 잉크 챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)에 압력이 가해져 노즐(16)을 통해 잉크 액적(29')이 외부로 토출된다. 그 다음에, 매니폴드(22)로부터 잉크 채널(24)을 통해 잉크 챔버(26) 내부로 잉크(29)가 흡입되어 잉크 챔버(26)는 다시 잉크(29)로 채워진다.
그런데, 이러한 구조를 가진 종래의 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제조하기 위해서는, 노즐(16)이 형성된 노즐 플레이트(18)와 잉크 챔버(26) 및 잉크 채널(24) 등이 그 위에 형성된 기판(10)을 별도로 제작하여 본딩하여야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 노즐 플레이트(18)와 기판(10)의 본딩시에 오정렬의 문제가 발생될 수 있는 단점이 있다. 또한, 잉크 챔버(26), 잉크 채널(24) 및 매니폴드(22)가 평면상에 배치되어 있으므로, 단위 면적당 노즐(16)의 수, 즉 노즐 밀도를 높이는데 한계가 있으며, 이에 따라 높은 인쇄 속도와 고해상도를 가진 잉크젯 프린트헤드를 구현하기가 곤란하다.
최근에는, 상기한 바와 같은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 문제점을 해소하기 위하여 다양한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드가 제안되고 있으며, 도 2a와 도 2b에는 그 일례로서 2002년 1월 29일에 특허공개번호 2002-007741호로 공개된 본 출원인의 한국특허출원에 개시된 일체형(monolithic) 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.
도 2a와 도 2b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(30)의 표면쪽에는 반구형의 잉크 챔버(32)가 형성되어 있고, 기판(30)의 배면쪽에는 잉크 공급을 위한 매니폴드(36)가 형성되어 있으며, 잉크 챔버(32)의 바닥에는 잉크 챔버(32)와 매니 폴드(36)를 연결하는 잉크 채널(34)이 관통 형성되어 있다. 그리고, 기판(30) 상에는 다수의 물질층(41, 42, 43)이 적층되어 이루어진 노즐 플레이트(40)가 기판(30)과 일체로 형성되어 있다. 노즐 플레이트(40)에는 잉크 챔버(32)의 중심부에 대응되는 위치에 노즐(47)이 형성되어 있으며, 노즐(47)의 둘레에는 도체(46)에 연결된 히터(45)가 배치되어 있다. 노즐(47)의 가장자리에는 잉크 챔버(32)의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드(44)가 형성되어 있다. 상기 히터(45)에서 발생된 열은 절연층(41)을 통해 잉크 챔버(32) 내부의 잉크(48)로 전달되고, 이에 따라 잉크(48)는 비등되어 버블(49)이 생성된다. 생성된 버블(49)은 팽창하며 잉크 챔버(32) 내에 채워진 잉크(48)에 압력을 가하게 되고, 이에 따라 잉크(48)는 노즐(47)을 통해 액적(48')의 형태로 토출된다. 그 다음에, 대기와 접촉되는 잉크(48)의 표면에 작용하는 표면장력에 의해, 매니폴드(36)로부터 잉크 채널(34)을 통해 잉크(48)가 흡입되면서 잉크 챔버(32)에 다시 잉크(48)가 채워진다.
상기한 바와 같은 구조를 가진 종래의 일체형 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 실리콘 기판(30)과 노즐 플레이트(40)가 일체로 형성되어 제조 공정이 간단하고 오정렬의 문제점이 해소되는 장점이 있으며, 또한 노즐(46), 잉크 챔버(32), 잉크 채널(34) 및 매니폴드(36)가 수직으로 배열됨으로써, 도 1a 도시된 잉크젯 프린트헤드에 비해 노즐 밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
그런데, 도 2a 및 도 2b에 도시된 일체형 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 잉크 챔버(32)를 형성하기 위해서 노즐(46)을 통해 기판(30)을 등방성 식각하게 되는데, 이에 따라 잉크 챔버(32)가 반구형으로 형성된다. 따라서, 소정의 체적을 가진 잉크 챔버(32)를 형성하기 위해서는 잉크 챔버(32)의 반경이 일정 이상 유지되어야 하므로, 인접한 노즐(46) 사이의 간격을 더욱 줄여서 노즐 밀도를 높이는 데에는 한계가 있다. 다시 설명하면, 인접한 노즐(46) 사이의 간격을 더욱 더 줄이기 위해서는 잉크 챔버(32)의 반경을 줄여야 하는데, 이는 잉크 챔버(32)의 체적을 줄이는 결과가 되므로 바람직하지 않다.
상기한 바와 같이, 종래의 일체형 잉크젯 프린트헤드의 구조로는, 더욱 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 높은 DPI를 가진 잉크젯 프린트헤드를 요구하는 최근의 추세에 부응하여 보다 고밀도의 노즐 배열을 구현하는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 일 목적은 노즐 사이의 간격을 보다 줄일 수 있는 형상의 잉크 챔버를 구비하여 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 열구동 방식의 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 잉크 채널이 관통되어 형성된 기판;
상기 기판의 표면으로부터 소정 깊이로 형성되어 적어도 상기 잉크 챔버의 폭을 한정하는 측벽;
상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트;
상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되며, 상기 잉크 챔버의 상부에 위치하여 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터; 및
상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.
여기에서, 상기 잉크 챔버가 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 가지도록, 상기 측벽은 상기 잉크 챔버의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 측벽은 상기 잉크 챔버를 직사각형 형태로 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 또한 상기 측벽의 일부 측면은 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 측벽은 금속물질로 이루어지거나, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연물질로 이루어질 수도 있다.
상기 노즐은 상기 잉크 챔버의 폭방향 중심부에 마련되며, 상기 히터는 상기 잉크 챔버 위쪽의 상기 노즐 플레이트 내에 상기 노즐과 평면상에서 겹치지 않는 위치에 마련될 수 있다.
상기 잉크 채널은 상기 기판을 수직으로 관통하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결가능한 위치에 마련될 수 있으며, 그 단면 형상은 원형, 타원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
상기 노즐 플레이트는, 기판 상에 적층된 다수의 보호층과, 상기 보호층 위에 형성되며 상기 히터와 그 주변의 열을 외부로 발산시키기 위해 열전도성 있는 금속물질로 이루어진 열발산층을 포함하며, 상기 열발산층에 상기 노즐의 상부가 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 보호층들은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 보호층, 제2 보호층 및 제3 보호층을 포함하며, 상기 히터는 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층 사이에 마련되며, 상기 도체는 상기 제2 보호층과 상기 제3 보호층 사이에 마련될 수 있다.
상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있으며, 전기도금에 의해 10 ~ 100㎛ 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 노즐 플레이트에는 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 상기 기판과 상기 열발산층에 접촉되는 열전도층이 마련된 것이 바람직하다.
상기 도체와 상기 열전도층은 동일한 금속물질로 이루어지며 동일한 보호층 위에 마련될 수 있다.
한편, 상기 도체와 상기 열전도층 사이에는 절연층이 마련될 수도 있다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조를 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
(가) 기판을 준비하는 단계;
(나) 상기 기판 내부에 상기 기판을 이루는 물질과는 다른 소정 물질로 이루어진 측벽을 형성하는 단계;
(다) 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 기판 상에 일체로 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
(라) 상기 측벽을 식각저지벽으로 이용하면서 상기 노즐을 통해 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 측벽에 의해 한정되는 잉크 챔버를 형성하는 단계;
(마) 상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및
(바) 상기 매니폴드와 상기 잉크 챔버 사이의 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비한다.
그리고, 상기 (가) 단계에서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 측벽의 일부 측면은 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 금속물질로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 (나) 단계는, 상기 기판의 상면에 식각될 부위를 한정하는 식각 마스크를 형성하는 단계와; 상기 식각 마스크를 통해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 식각 마스크를 제거하는 단계와; 상기 기판의 표면에 상기 금속물질을 증착하여 상기 트렌치 내부를 상기 금속물질로 채워 상기 측벽을 형성하고, 상기 기판 상에는 상기 금속물질로 이루어진 금속물질층을 형성하는 단계와; 상기 기판 상에 형성된 상기 금속물질층을 식각하여 제거하는 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연물질로 이루어질 수도 있다.
이 경우에, 상기 (나) 단계는, 상기 기판의 상면에 식각될 부위를 한정하는 식각 마스크를 형성하는 단계와; 상기 식각 마스크를 통해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 식각 마스크를 제거하는 단계와; 상기 기판의 표면에 상기 절연물질을 증착하여 상기 트렌치 내부를 상기 절연물질로 채워 상기 측벽을 형성하고, 상기 기판 상에는 상기 절연물질로 이루어진 절연물질층을 형성하는 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 (다) 단계는, 상기 기판 상에 다수의 보호층을 순차적으로 적층하면서, 상기 히터와 상기 도체를 상기 보호층들 사이에 형성하는 (다-1) 단계와; 상기 보호층들 위에 금속으로 이루어진 열발산층을 형성하면서, 상기 노즐을 상기 보호층들과 상기 열발산층을 관통하도록 형성하는 (다-2) 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 (다-1) 단계는, 상기 기판의 상면에 제1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제1 보호층 위에 상기 히터를 형성하는 단계와; 상기 제1 보호층과 상기 히터 위에 제2 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제2 보호층 위에 상기 도체를 형성하는 단계와; 상기 제2 보호층과 상기 도체 위에 제3 보호층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 히터는 사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (다-1) 단계에서, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 상기 기판과 상기 열발산층에 접촉되는 열전도층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 (다-2) 단계에서, 상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있으며, 전기도금에 의해 10 ~ 100㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (다-2) 단계는, 상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 상부에 소정의 직경으로 상기 보호층들을 식각하여 하부 노즐을 형성하는 단계와; 상기 하부 노즐 내부에 제1 희생층을 형성하는 단계와; 상기 제1 희생층 위에 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층을 형성하는 단계와; 상기 보호층들 위에 상기 열발산층을 전기도금에 의해 형성하는 단계와; 상기 제2 희생층과 상기 제1 희생층을 제거하여 상기 하부 노즐과 상기 상부 노즐로 이루어지는 상기 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 하부 노즐은 상기 보호층들을 반응성이온식각에 의해 건식식각함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 희생층과 상기 보호층들 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 후, 상기 제2 희생층을 형성할 수 있다.
한편, 상기 하부 노즐을 형성한 후, 상기 보호층들과 상기 하부 노즐에 의해 노출된 상기 기판 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 다음, 상기 제1 희생층과 제2 희생층을 형성할 수 있다. 여기에서, 상기 제1 희생층과 상기 제2 희생층은 순차적으로 형성될 수 있으며, 또는 일체로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 열발산층을 형성하는 단계 후에, 상기 열발산층의 상면을 화학기계적연마 공정에 의해 평탄화하는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 (라) 단계에서, 상기 측벽 부근에서는 상기 측벽에 의해 수평 방향의 식각은 저지되고 수직 방향의 식각만 진행될 수 있다.
상기 (바) 단계는, 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면쪽에서 상기 기판을 반응성이온식각법에 의해 건식식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 식각저지벽으로서의 역할을 하는 측벽에 의해 폭이 좁고 길이가 길며 깊이가 깊은 잉크 챔버를 형성할 수 있으므로, 인접한 노즐 사이의 간격을 줄일 수 있게 되어 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 높은 DPI의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다. 또한, 잉크 챔버와 잉크 채널이 형성된 기판상에 노즐이 마련된 노즐 플레이트가 일체화되어 형성되므로, 단일 웨이퍼 상에서 일련의 공정으로 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 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 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 평면 구조를 부분적으로 도시한 도면으로서, 잉크 유로 및 히터의 형상과 배치를 도시한 평면도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 도 3에 표시된 B-B'선과 C-C'선을 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이며, 도 5는 도 4a에 도시된 열전도층의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 담고 있는 잉크 저장고(미도시)로부터 매니폴드(136), 잉크 채널(134), 잉크 챔버(132) 및 노즐(138)로 이어지는 잉크유로를 가진다. 상기 매니폴드(136)는 프린트헤드의 기판(110) 배면쪽에 형성되어 잉크 저장고로부터 잉크 챔버(132)로 잉크를 공급하는 역할을 하며, 잉크 챔버(132)는 기판(110)의 표면쪽에 형성되어 토출될 잉크가 채워지게 된다. 그리고, 잉크 채널(134)은 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136) 사이의 기판(110)을 수직으로 관통하여 형성된다.
칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트헤드에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 잉크 저장고에 연결된 매니폴드(136) 위에 다수의 잉크 챔버(132)가 1열 또는 2열로 배치되며, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다. 따라서, 다수의 잉크 챔버(132)마다 하나씩 마련되는 잉크 채널(134), 노즐(138) 및 히터(142) 등도 매니폴드(136) 위에 1열 또는 2열 이상으로 배열된다.
여기에서, 상기 기판(110)으로는 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다.
그리고, 본 발명에 있어서 상기 잉크 챔버(132)는 이를 둘러싸는 측벽에(131)에 의해 한정된다. 상기 측벽(131)은 잉크 챔버(132)의 깊이를 고려하여 기판(110)의 표면으로부터 소정 깊이, 예컨대 수㎛ ~ 수십㎛ 깊이로 형성된다. 이와 같은 측벽(131)에 의해 둘러싸인 영역의 평면 형상은 직사각형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 잉크 챔버(132)는 폭이 좁고 길이가 길며 깊이가 깊은 형상을 가지게 된다. 따라서, 잉크 챔버(132)는 노즐 배열방향의 폭이 좁은 형상으로 형성되면서도, 잉크 액적의 토출에 필요한 충분한 잉크를 담을 수 있는 부피를 가질 수 있다. 이와 같이 잉크 챔버(132)의 폭이 감소하게 되면, 인접한 노즐(138) 사이의 간격을 줄일 수 있게 되므로, 다수의 노즐(138)을 보다 고밀도로 배열할 수 있게 되어 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 높은 DPI의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있게 된다.
잉크 챔버(132)를 둘러싸는 직사각형의 측벽(131)은 다수의 잉크 챔버(132) 각각마다 별도로 마련될 수 있으나, 도시된 바와 같이 인접한 잉크 챔버(132) 사이에 위치하는 측벽(131)의 부분은 공유될 수 있다. 이 경우, 인접한 잉크 챔버(132) 사이에 마련된 측벽(131)의 부분은 잉크 챔버(132) 내부의 압력 변화를 충분히 견딜 수 있을 정도의 두께, 예컨대 수㎛ 정도의 두께를 가진다.
한편, 상기한 바와 같이 잉크 챔버(132)의 폭을 한정할 수 있는 범위 내에서, 상기 측벽(131)에 의해 둘러싸인 영역의 평면 형상은 직사각형이 아니더라도 다른 여러가지 형상으로 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 측벽(131)은 기판(110)을 이루는 물질과는 다른 물질로 이루어진다. 이는 후술하는 바와 같이 잉크 챔버(132)의 형성 과정에서, 상기 측벽(131)이 식각저지벽(etch stop)으로서 기능할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 기판(110)이 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우에는, 상기 측벽(131)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연물질로 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 측벽(131)과 후술하는 제1 보호층(121)을 동일한 물질로 동시에 형성할 수 있는 장점이 있다. 한편, 상기 측벽(131)은 금속물질로 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 상기 측벽(131)을 통해 잉크 챔버(132) 내부의 열이 보다 빨리 방출될 수 있는 장점이 있다.
상기 잉크 채널(134)은 잉크 챔버(132)의 중심부위를 벗어난 위치, 즉 잉크 챔버(132)의 가장자리 부위에 수직으로 형성될 수 있다. 따라서, 잉크 채널(134)은 후술하는 노즐(138)의 아래쪽에 위치하지 않고, 오히려 히터(142)의 아래쪽에 위치하게 된다. 그리고, 잉크 채널(134)의 단면 형상은 잉크 챔버(132)의 폭방향으로 보다 긴 직사각형으로 된 것이 바람직하다. 한편, 잉크 채널(134)의 단면 형상은 직사각형이 아니더라도 원형, 타원형 또는 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 잉크 채널(134)의 위치는 히터(142)의 아래쪽이 아니더라도, 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136) 사이의 기판(110)을 관통하여 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136)를 연결 가능한 위치에 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 잉크 챔버(132), 잉크 채널(134) 및 매니폴드(136)가 형성되어 있는 기판(110)의 상부에는 노즐 플레이트(120)가 마련된다. 상기 노즐 플레이트(120)는 잉크 챔버(132)의 상부벽을 이루며, 잉크 챔버(132)의 길이방향 중심 부위에서 어느 한쪽으로 벗어난 위치에 잉크 챔버(132)로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(138)이 수직으로 관통되어 형성된다. 상기 노즐(138)은 잉크 챔버(132)의 폭방향의 중심 부위에 형성된다.
상기 노즐 플레이트(120)는 기판(110) 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어진다. 이 물질층들은 제1, 제2 및 제3 보호층(121, 122, 126)만으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 금속으로 이루어진 열발산층(128)을 포함하며, 더 바람직하게는 열전도층(124)을 더 포함한다. 그리고, 제1 및 제2 보호층(121, 122) 사이에는 히터(142)가 마련되며, 제2 보호층(122)과 제3 보호층(126) 사이에는 도체(144)가 마련된다.
상기 제1 보호층(passivation layer, 121)은 노즐 플레이트(120)를 이루는 다수의 물질층 중 가장 아래쪽의 물질층으로서 기판(110)의 상면에 형성된다. 상기 제1 보호층(121)은 그 위에 형성되는 히터(142)와 그 아래의 기판(110) 사이의 절연과 히터(142)의 보호를 위한 물질층으로서 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 측벽(131)이 절연물질로 이루어진 경우, 상기 제1 보호층(121)과 상기 측벽(131)은 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 보호층(121) 위에는 잉크 챔버(132)의 상부에 위치하여 잉크 챔버(132) 내부의 잉크를 가열하는 히터(142)가 형성된다. 이 히터(142)는 불순물이 도핑된 폴리 실리콘, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)와 같은 저항 발열체로 이루어질 수 있다. 그리고, 히터(142)의 형상은 사각형으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 히터(142)는 잉크 챔버(132) 위쪽에서 노즐(138)과 평면상에서 겹치지 않는 위치에 마련된다. 즉, 상기 히터(142)는 잉크 챔버(132) 중심부위에서 벗어난 위치에 마련된다. 다시 설명하면, 상기 노즐(138)이 전술한 바와 같이 잉크 챔버(132)의 길이방향 중심부위를 기준으로 어느 한쪽에 마련되므로, 상기 히터(142)는 잉크 챔버(132)의 길이방향 중심부위를 기준으로 다른 한쪽에 마련된다.
제2 보호층(122)은 제1 보호층(121)과 히터(142) 위에 마련된다. 상기 제2 보호층(122)은 그 위에 마련되는 열전도층(124)과 그 아래의 히터(142) 사이의 절연과 히터(142)의 보호를 위해 마련된다. 상기 제2 보호층(122)도 제1 보호층(121)과 마찬가지로 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
제2 보호층(122) 위에는 히터(142)와 전기적으로 연결되어 히터(142)에 펄스 형태의 전류를 인가하는 도체(conductor, 144)가 마련된다. 상기 도체(144)의 일단부는 제2 보호층(122)에 형성된 제1 컨택홀(C1)을 통해 히터(142)에 접속되며, 그 타단부는 도시되지 않은 본딩 패드에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 도체(144)는 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은으로 이루어질 수 있다.
상기 열전도층(124)은 상기 제2 보호층(122) 위에 마련될 수 있다. 상기 열전도층(124)은 히터(142)와 히터(142) 주변의 열을 기판(110)과 후술하는 열발산층(128)으로 전도시키는 기능을 하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 가능한 한 잉크 챔버(132)와 히터(142)를 모두 덮을 수 있도록 넓게 형성되는 것이 바 람직하다. 다만, 열전도층(124)과 도체(144) 사이의 절연을 위해 열전도층(124)은 도체(144)로부터 소정 간격을 두고 형성되어야 한다. 한편, 열전도층(124)과 히터(142) 사이의 절연은 상기한 바와 같이 그들 사이에 개재된 제2 보호층(122)에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 열전도층(124)은 제1 보호층(121)과 제2 보호층(122)을 관통하여 형성된 제2 컨택홀(C2)을 통해 기판(110)의 상면에 접촉된다.
상기 열전도층(124)은 열전도성이 양호한 금속으로 이루어진다. 상기한 바와 같이 열전도층(124)이 도체(144)와 함께 제2 보호층(122) 위에 형성되는 경우에는, 열전도층(124)은 도체(144)와 같은 금속물질, 즉 알루미늄 또는 알루미늄 합금이나 금 또는 은으로 이루어질 수 있다.
한편, 열전도층(124)을 도체(144)의 두께보다 두껍게 형성하고자 하거나, 도체(144)와는 다른 금속물질로 형성하고자 하는 경우에는, 도체(144)와 열전도층(124) 사이에 도시되지 않은 절연층이 마련될 수 있다.
상기 제3 보호층(126)은 상기 도체(144)와 제2 보호층(122) 위에 마련된다. 상기 제3 보호층(126)은 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 산화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 열전도층(124)의 상면에는 후술하는 열발산층(128)과의 접촉을 위해 상기 제3 보호층(126)을 가능한 한 형성하지 않는 것이 바람직하다.
상기 열발산층(128)은 열전도성이 양호한 금속물질, 예컨대 니켈, 구리 또는 금과 같은 금속으로 이루어진다. 열발산층(128)은 제3 보호층(126)과 열전도층(124) 위에 상기 금속물질을 전기도금함으로써 10 ~ 100㎛ 정도의 비교적 두꺼운 두께로 형성된다. 이를 위해, 제3 보호층(126)과 열전도층(124) 위에는 상기 금속물질의 전기도금을 위한 시드층(seed layer, 127)이 마련된다. 상기 시드층(127)은 구리, 크롬, 티타늄, 금 또는 니켈 등의 전기 전도성이 양호한 금속으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 금속으로 이루어진 열발산층(128)은 도금 공정에 의해 형성되므로, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소들과 일체로 형성될 수 있으며, 또한 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있으므로 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.
이러한 열발산층(128)은 히터(142) 및 그 주변의 열을 외부로 발산하는 기능을 한다. 즉, 잉크가 토출된 후에 히터(142) 및 그 주변에 잔류하는 열은 열전도층(124)을 통해 기판(110) 및 열발산층(128)으로 전도되어 외부로 발산된다. 따라서, 잉크가 토출된 후에 보다 빠른 방열이 이루어지고 노즐(138) 주위의 온도가 낮아지게 되므로, 높은 구동주파수로 안정적인 인쇄가 가능하게 된다.
한편, 상기한 바와 같이 열발산층(128)은 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있으므로, 노즐(138)의 길이를 충분히 길게 확보할 수 있게 된다. 따라서, 안정적인 고속 인쇄가 가능하게 되고, 노즐(138)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성이 향상된다. 즉, 토출되는 잉크 액적이 기판(110)에 대해 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있다.
상기 노즐 플레이트(120)에는 하부 노즐(138a)과 상부 노즐(138b)로 이루어진 노즐(138)이 관통되어 형성된다. 상기 하부 노즐(138a)은 노즐 플레이트(120)의 제1, 제2 및 제3 보호층(121, 122, 126)을 관통하는 기둥 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 상부 노즐(138b)은 열발산층(128)을 관통하여 형성되는데, 이 상부 노즐(138b)의 형상은 기둥 형상으로 될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 출구쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 된 것이 바람직하다. 이와 같이, 상부 노즐(138b)의 형상이 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 잉크의 토출 후 잉크 표면의 메니스커스가 보다 빨리 안정되는 장점이 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도와 단면도이다.
도 6a와 도 6b를 함께 참조하면, 본 실시예에서 측벽(231)은 기판(210) 내부에 잉크 챔버(232)의 일부, 예컨대 세개의 측면을 둘러싸는 형태로 형성된다. 이러한 형태로 형성된 측벽(231)에 의해 한정되는 잉크 챔버(232)도 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 가지게 된다. 다만, 측벽(231)이 형성되어 있지 않은 잉크 챔버(232)의 일측면은 기판(210)의 등방성 식각에 의해 곡면으로 형성된다. 한편, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소, 즉 제1 보호층(221) 위에 마련되는 히터(242), 노즐(238), 잉크 채널(234) 및 매니폴드(236)의 형상과 배치는 전술한 실시예에서와 동일하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도이다. 한편, 도 7에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 단면도는 도 6b와 동일하므로 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서 측벽(331)은 전술한 실시예에서와 같이 잉 크 챔버(332)의 세개의 측면을 둘러싸는 형태로 형성된다. 다만, 본 실시예에서는 측벽(331)의 일부 측면이 곡면으로 형성될 수 있다. 이러한 형태로 형성된 측벽(331)에 의해 한정되는 잉크 챔버(332)도 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 가지게 됨은 전술한 실시예에서와 같다. 한편, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소, 즉 노즐(338), 히터(342) 및 잉크 채널(334)의 형상과 배치는 전술한 실시예에서와 동일하다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 측벽과 잉크 챔버의 형상을 보여주는 평면도와 단면도이다.
도 8a와 도 8b를 참조하면, 본 실시예에서 측벽(431)은 두 부분으로 분리되어 잉크 챔버(432)의 폭방향 양측에 형성된다. 따라서, 측벽(431)은 잉크 챔버(432)의 폭만을 한정하게 된다. 이러한 형태의 측벽(431)에 의해 한정되는 잉크 챔버(432)도 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 가질 수 있다. 한편, 측벽(431)이 형성되어 있지 않은 잉크 챔버(432)의 길이방향 양측면은 기판(410)의 등방성 식각에 의해 곡면으로 형성된다.
그리고, 본 실시예에서 노즐(438)은 잉크 챔버(432)의 길이방향 중심부위에 마련된다. 제1 보호층(421) 위에 마련되는 히터(442)는 전술한 실시예에서와 같이 노즐(438)의 일측에 사각형 형상으로 마련될 수 있다. 한편, 상기 히터(442)는 노즐(438)의 양측에 마련될 수도 있고, 노즐(438)의 주변을 둘러싸는 형상으로 형성될 수도 있다. 그리고, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소, 즉 잉크 채널(434)과 매니폴드(436)의 형상과 배치는 전술한 실시예에서와 동일하다.
이하에서는 도 9a 내지 9c를 참조하며 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기로 한다.
먼저 도 9a를 참조하면, 잉크 챔버(132)와 노즐(138) 내부에 잉크(150)가 채워진 상태에서, 도체(144)을 통해 히터(142)에 펄스 형태의 전류가 인가되면 히터(142)에서 열이 발생된다. 발생된 열은 히터(142) 아래의 제1 보호층(121)을 통해 잉크 챔버(132) 내부의 잉크(150)로 전달되고, 이에 따라 잉크(150)가 비등하여 버블(160)이 생성된다. 생성된 버블(160)은 계속적인 열의 공급에 따라 팽창하게 되고, 이에 따라 노즐(138) 내부의 잉크(150)는 노즐(138) 밖으로 밀려나가게 된다.
이어서, 도 9b를 참조하면, 버블(160)이 최대로 팽창된 시점에서 인가했던 전류를 차단하면, 버블(160)은 수축하여 소멸된다. 이 때, 잉크 챔버(132) 내에는 부압이 걸리게 되어 노즐(138) 내부의 잉크(150)는 다시 잉크 챔버(132) 쪽으로 되돌아 오게 된다. 이와 동시에 노즐(138) 밖으로 밀려 나갔던 부분은 관성력에 의해 액적(150')의 형태로 노즐(138) 내부의 잉크(150)와 분리되어 토출된다.
잉크 액적(150')이 분리된 후 노즐(138) 내부에 형성되는 잉크(150) 표면의 메니스커스는 잉크 챔버(132)쪽으로 후퇴하게 된다. 이 때, 본 발명에서는 두꺼운 노즐 플레이트(120)에 의해 충분히 긴 노즐(138)이 형성되어 있으므로, 메니스커스의 후퇴는 노즐(138) 내에서만 이루어지게 되고 잉크 챔버(132) 내에까지 후퇴하지 않는다. 따라서, 잉크 챔버(132) 내부로 외기가 유입되는 것이 방지되며, 메니스커스의 초기 상태로의 복귀도 빨라지게 되어 잉크 액적(150')의 고속 토출을 안정적 으로 유지할 수 있다. 또한, 이 과정에서는 잉크 액적(150')의 토출 후 히터(142)와 그 주변에 잔류된 열이 열전도층(124)과 열발산층(128)을 통해 전도되어 기판(110) 또는 외부로 발산되므로, 히터(142)와 노즐(138) 및 그 주변의 온도가 보다 빠르게 낮아지게 된다. 이 때, 측벽(131)이 금속물질로 이루어진 경우에는 이를 통해서도 보다 빠른 방열이 이루어지게 된다.
다음으로 도 9c를 참조하면, 잉크 챔버(132) 내부의 부압이 사라지게 되면, 노즐(138) 내부에 형성되어 있는 메니스커스에 작용하는 표면장력에 의해 잉크(150)는 다시 노즐(138)의 출구 단부쪽으로 상승하게 된다. 이 때, 노즐(138)의 상부(138a)가 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 잉크(150)의 상승 속도가 보다 빨라지게 되는 장점이 있다. 이에 따라 잉크 챔버(132) 내부는 잉크 채널(134)을 통해 공급되는 잉크(150)로 다시 채워진다. 잉크(150)의 리필이 완료되어 초기상태로 복귀하게 되면, 상기한 과정이 반복된다. 이 과정에서도, 열전도층(124), 열발산층(128) 및 측벽(131)을 통해 방열이 이루어지게 되어 열적으로도 초기상태로의 복귀가 보다 빨리 이루어질 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 22는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도 3에 표시된 B-B'선을 따른 단면도들이고, 도 23은 시드층과 희생층을 형성하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 6a, 도 7 및 도 8a에 도시된 잉크 챔버를 구비한 잉크젯 프린트헤드 의 제조방법도 측벽과 잉크 챔버의 형상을 제외하고는 아래에서 설명되는 제조방법과 동일하다.
먼저, 도 10을 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 대략 300 ~ 500㎛ 정도의 두께로 가공하여 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다.
한편, 도 10에 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 식각될 부위를 한정하는 식각 마스크(112)를 형성한다. 상기 식각 마스크(112)는 기판(110)의 상면에 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 후 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 상기 식각 마스크(112)를 통해 노출된 기판(110)을 식각하여, 소정 깊이의 트렌치(114)를 형성한다. 상기 기판(110)의 식각은 반응성이온식각법(RIE; Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각법에 의해 이루어질 수 있다. 상기 트렌치(114)의 깊이는 도 21의 단계에서 형성될 잉크 챔버(도 21의 132)의 깊이를 고려하여 수㎛ ~ 수십㎛ 정도로 정해지며, 트렌치(114)의 폭은 그 내부에 소정의 물질이 용이하게 채워질 수 있도록 수㎛ 정도로 형성된다. 그리고, 상기 트렌치(114)는 상기 잉크 챔버(132)가 형성될 부위를 직사각형으로 둘러싸는 형태로 형성된다. 한편, 도 6a, 도 7 또는 도 8a에 도시된 잉크 챔버(232, 332, 432)를 형성하고자 하는 경우에는, 상기 트렌치(114)는 잉크 챔버(232, 332, 432)의 형상 에 따라 여러가지 다른 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 트렌치(114)는 잉크 챔버(232, 332, 432)의 일부를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있으며, 또한 트렌치(114)의 내측면의 일부는 곡면으로 형성될 수 있다.
트렌치(114)를 형성한 후에는, 기판(110) 상의 식각 마스크(112)를 제거한다. 이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 트렌치(114)가 형성된 기판(110)의 표면에 소정의 물질을 증착한다. 이에 따라 트렌치(114) 내부에는 상기 물질이 채워져 측벽(131)이 형성되며, 기판(110) 상에는 상기 물질로 이루어진 물질층(116)이 형성된다. 상기 물질로는 기판(110)과는 다른 물질이 사용된다. 이는 도 21의 단계에서 실리콘 기판(110)을 식각하여 잉크 챔버(132)를 형성할 때, 상기 측벽(131)이 식각저지벽(etch stop)으로서의 기능을 하도록 하기 위함이다. 따라서, 상기 기판(110)이 실리콘으로 이루어진 경우에는, 상기 물질로서 전술한 바와 같이 예컨대 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물과 같은 절연물질 또는 금속물질이 사용될 수 있다.
상기 측벽(131)과 물질층(116)이 도 12에 도시된 제1 보호층(121)과 같은 절연물질로 형성되는 경우에는, 물질층(116)은 그대로 상기 제1 보호층(121)으로 사용될 수 있으므로, 별도의 제1 보호층(121)을 형성하는 단계가 생략될 수 있다.
한편, 상기 측벽(131)과 물질층(116)이 금속물질로 형성되는 경우에는, 기판(110) 상면의 물질층(116)을 식각하여 제거한 후, 도 12에 도시된 단계를 거치게 된다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 측벽(131)이 형성된 기판(110)의 상면에 제1 보호층(121)을 형성한다. 상기 제1 보호층(121)은 기판(110)의 상면에 실리 콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 증착함으로써 이루어질 수 있다.
이어서, 기판(110)의 상면에 형성된 제1 보호층(121) 위에 히터(142)를 형성한다. 상기 히터(142)는 제1 보호층(121)의 전표면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘, 탄탈륨-알루미늄, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 등의 저항 발열체를 소정 두께로 증착한 다음 이를 소정 형상, 예컨대 사각형으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 폴리 실리콘은 불순물로서 예컨대 인(P)의 소스가스와 함께 저압 화학기상증착법(LPCVD; Low pressure chemical vapor deposition)에 의해 대략 0.7 ~ 1㎛ 두께로 증착될 수 있으며, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물 또는 텅스텐 실리사이드는 스퍼터링(sputtering)이나 화학기상증착법(CVD)에 의해 대략 0.1 ~ 0.3㎛ 두께로 증착될 수 있다. 이 저항 발열체의 증착 두께는, 히터(142)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 제1 보호층(121)의 전표면에 증착된 저항 발열체는, 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 패터닝될 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 보호층(121)과 히터(142)의 상면에 제2 보호층(122)을 형성한다. 구체적으로, 제2 보호층(122)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 대략 0.5㎛ 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 제2 보호층(122)을 부분적으로 식각하여 히터(142)의 일부분, 즉 도 14의 단계에서 도체(144)와 접속될 부분을 노출시키는 제1 컨택홀(C1)을 형성하고, 제2 보호층(122)과 제1 보호층(121)을 순차적으로 식각하여 기판(110)의 일부분, 즉 도 14의 단계에서 열전도층(124)과 접촉될 부분을 노출시키는 제2 컨택홀(C2)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 컨택홀(C1, C2)의 형성은 동시에 이루어질 수 있다.
도 14는 제2 보호층(122)의 상면에 도체(144)와 열전도층(124)을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도체(144)와 열전도층(124)은 전기 및 열 전도성이 좋은 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은을 스퍼터링에 의해 대략 1㎛ 두께로 증착하고 이를 패터닝함으로써 동시에 형성될 수 있다. 이 때, 도체(144)와 열전도층(124)은 서로 절연되도록 형성된다. 그러면, 도체(144)는 제1 컨택홀(C1)을 통해 히터(142)와 접속되며, 열전도층(124)은 제2 컨택홀(C2)을 통해 기판(110)과 접촉된다.
한편, 열전도층(124)의 두께를 도체(144)의 두께보다 두껍게 하고자 하거나 열전도층(124)을 이루는 금속물질을 도체(144)와는 다른 금속으로 하고자 하는 경우, 또는 도체(144)와 열전도층(124)을 보다 확실하게 절연시키고자 하는 경우에는, 도체(144)를 먼저 형성한 후에 열전도층(124)을 형성할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도 13의 단계에서 제1 컨택홀(C1)만 형성하여 도체(144)만 형성한 후, 도체(144)와 제2 보호층(122) 위에 절연층(미도시)을 형성한다. 절연층도 제2 보호층(122)과 동일한 물질로 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다. 이어서, 절연층과 제2 및 제1 보호층(122, 121)을 순차적으로 식각하여 제2 콘택홀(C2)을 형성한다. 그리고, 열전도층(124)을 상기한 방법과 동일한 방법으로 형성한다. 그러면, 도체(144)와 열전도층(124) 사이에 절연층이 개재된다.
도 15는 도 14의 결과물 전표면에 제3 보호층(126)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 제3 보호층(126)은 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 산화물을 플라즈마 화학기상증착법(PECVD; Plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의해 대략 0.7 ~ 3㎛ 정도의 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 제3 보호층(126)을 부분적으로 식각하여 열전도층(124)을 노출시킨다.
도 16은 하부 노즐(138a)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 하부 노즐(138a)은 제3 보호층(126), 제2 보호층(122) 및 제1 보호층(121)을 반응성이온식각법(RIE; Reactive ion etching)에 의해 순차적으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
다음으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 하부 노즐(138a)의 내부에 제1 희생층(PR1)을 형성시킨다. 구체적으로, 도 16의 결과물 전표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 패터닝하여 하부 노즐(138a) 내부에 채워진 포토레지스트만 남긴다. 남겨진 포토레지스트는 제1 희생층(PR1)을 형성하며 이후의 공정에서 하부 노즐(138a)의 형태를 유지시킨다. 이어서, 상기 단계의 결과물 전표면에 전기도금을 위한 시드층(seed layer, 127)을 형성한다. 상기 시드층(127)은 전기도금을 위해 도전성이 양호한 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 니켈(Ni) 등의 금속을 스퍼터링에 의해 대략 500 ~ 3000Å의 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다.
도 18은 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층(PR2)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 시드층(127)의 전표면에 포토레지스트를 도포한 뒤 이를 패터닝하여 상부 노즐(도 20의 138b)이 형성될 부위에만 포토레지스트를 잔존시킨다. 남겨진 포토레지스트는 위쪽으로 갈수록 그 단면적이 점차 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 이후의 공정에서 상부 노즐(138b)을 형성시키기 위한 제2 희생층(PR2)의 역할을 하게 된다.
한편, 상부 노즐(138b)을 기둥 형상으로 형성하고자 하는 경우에는, 상기 제2 희생층(PR2)을 기둥 형상으로 형성하게 된다.
그리고, 상기 제1 희생층(PR1)과 제2 희생층(PR2)은 포토레지스트뿐만 아니라 감광성 폴리머로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 시드층(127)의 상면에 소정 두께의 금속물질로 이루어진 열발산층(128)을 형성한다. 열발산층(128)은 열전도성이 양호한 금속, 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 금(Au)을 시드층(127) 표면에 전기도금시켜 대략 10 ~ 100㎛ 두께로 형성될 수 있다. 전기도금 공정은 제2 희생층(PR2)의 높이보다 낮고 원하는 상부 노즐(138b)의 출구 단면적이 형성되는 높이까지 열발산층(128)이 형성되는 시점에서 종료된다. 이 열발산층(128)의 두께는 상부 노즐(138b)의 단면적과 단면 형상, 기판(110) 및 외부로의 방열능력 등을 고려하여 적정하게 정해질 수 있다.
전기도금이 완료된 후의 열발산층(128)의 표면은 그 아래에 형성된 물질층들 에 의해 요철을 갖게 된다. 따라서, 화학기계적 연마(CMP; Chemical mechanical polishing)에 의해 열발산층(128)의 표면을 평탄화할 수 있다.
이어서, 상부 노즐 형성용 제2 희생층(PR2)과, 제2 희생층(PR2) 아래의 시드층(127)과, 하부 노즐 유지용 제1 희생층(PR1)을 순차적으로 식각한다. 그러면, 도 20에 도시된 바와 같이 하부 노즐(138a)과 상부 노즐(138b)이 연결되어 완전한 노즐(138)이 형성되고, 다수의 물질층이 적층되어 이루어진 노즐 플레이트(120)가 완성된다.
한편, 상기 노즐(138)과 열발산층(128)은 다음과 같은 단계를 거쳐 형성될 수도 있다. 도 23을 참조하면, 하부 노즐(138a)의 유지를 위한 제1 희생층(PR1)을 형성하기 전에, 도 16의 결과물 전표면에 전기도금을 위한 시드층(127')을 형성한다. 이어서, 상기 제1 희생층(PR1)과 상부 노즐(138b)의 형성을 위한 제2 희생층(PR2)을 순차적으로 형성하거나, 또는 일체로 함께 형성한다. 다음에는, 도 19에 도시된 바와 같이 열발산층(128)을 형성시킨 후, 화학기계적연마에 의해 열발산층(128)의 표면을 평탄화시킨다. 이어서, 함께 형성된 제2 희생층(PR2)과 제1 희생층(PR1) 및 제1 희생층(PR1) 아랫 부분의 시드층(127')을 식각하면 도 20에 도시된 바와 같은 노즐(138)과 노즐 플레이트(120)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 노즐(238)과 열발산층(228)은 다음과 같은 단계를 거쳐 형성될 수도 있다.
도 21은 기판(110)의 표면쪽에 소정 깊이의 잉크 챔버(132)를 형성한 상태를 도시한 것이다. 잉크 챔버(132)는 노즐(138)에 의해 노출된 기판(110)을 등방성 식각함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, XeF2 가스 또는 BrF3 가스를 식각가스로 사용하여 기판(110)을 소정 시간 동안 건식식각한다. 이 때, 기판(110)의 식각은 등방성 식각에 의해 이루어지므로, 기판(110)은 노즐(138)에 의해 노출된 부분으로부터 모든 방향으로 동일한 속도로 식각된다. 그러나, 식각저지벽(etch stop)으로서의 역할을 하는 측벽(131)에서는 수평 방향의 식각은 저지되므로 수직 방향의 식각만 진행된다. 따라서, 도시된 바와 같이 측벽(131)에 의해 둘러싸여서 폭은 좁고 길이가 길고 깊이가 깊은 잉크 챔버(132)가 형성된다.
도 22는 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(136)와 잉크 채널(134)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 기판(110)의 배면에 식각될 영역을 한정하는 식각 마스크를 형성한 후, 기판(110)의 배면을 에칭액으로 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화칼륨(KOH; potassium hydroxide)를 사용하여 습식 식각하면, 도시된 바와 같이 측면이 경사진 매니폴드(136)가 형성된다. 한편, 매니폴드(136)는 기판(110)의 배면을 이방성 건식 식각함으로써 형성될 수도 있다. 이어서, 매니폴드(136)가 형성된 기판(110)의 배면에 잉크 채널(134)을 한정하는 식각 마스크를 형성한 후, 매니폴드(136)와 잉크 챔버(132) 사이의 기판(110)을 반응성이온식각법(RIE)에 의해 이방성 건식 식각하여 잉크 채널(134)을 형성한다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 22에 도시된 바와 같이 측벽(131)에 의해 한정되는 잉크 챔버(132)를 구비한 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 측벽의 형상에 따라 다양한 형상을 가진 잉크 챔버를 형성할 수 있으며, 특히 잉크 챔버를 폭이 좁고 길이가 긴 형상으로 형성할 수 있으므로 인접한 노즐 사이의 간격을 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 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. 즉, 기판은 반드시 실리콘이 아니라도 가공성이 좋은 다른 물질로 대체될 수 있고, 측벽, 히터, 도체, 보호층, 열전도층이나 열발산층 등도 마찬가지이다. 또, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다. 아울러, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 또한, 본 발명의 프린트헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 식각저지벽으로서의 역할을 하는 측벽을 형성함으로써 등방성 식각에 의해서도 폭이 좁고 길이가 길며 깊이가 깊은 잉크 챔버를 형성할 수 있다. 따라서, 인접한 노즐 사이의 간격을 줄일 수 있게 되어 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 높은 DPI의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.
둘째, 히터, 노즐, 잉크 챔버 및 잉크 채널 등의 형상과 치수 등이 서로 연계되지 않아서 잉크젯 프린트헤드의 설계 및 제작에 있어서 자유도가 높기 때문에 잉크 토출성능과 구동주파수를 용이하게 향상시킬 수 있다.
셋째, 측벽을 금속물질로 형성하거나, 두꺼운 두께를 가진 금속으로 이루어진 열발산층을 구비하는 경우에는, 방열 능력이 향상되어 잉크 토출성능과 구동주파수를 향상시킬 수 있다. 또한, 노즐의 길이를 충분히 길게 확보할 수 있어서, 메니스커스를 노즐 내에 유지할 수 있으므로 안정적인 잉크의 리필이 가능하고, 토출되는 잉크 액적의 직진성이 향상될 수 있다.
넷째, 잉크 챔버와 잉크 채널이 형성된 기판상에 노즐 플레이트가 일체화되어 형성되므로, 단일 웨이퍼 상에서 일련의 공정으로 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있어서 잉크 챔버와 노즐이 오정렬되는 종래의 문제점이 해소된다.

Claims (50)

  1. 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 소정 깊이로 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 잉크 채널이 관통되어 형성된 기판;
    상기 기판의 표면으로부터 소정 깊이로 형성되되, 상기 기판과는 다른 물질로 이루어져 적어도 상기 잉크 챔버의 폭을 한정하는 측벽;
    상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트;
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되며, 상기 잉크 챔버의 상부에 위치하여 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터; 및
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 챔버가 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 가지도록, 상기 측벽은 상기 잉크 챔버의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 잉크 챔버를 직사각형 형태로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 측벽의 일부 측면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측벽은 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 측벽은 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트 헤드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 측벽은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 잉크 챔버의 폭방향 중심부에 마련되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 잉크 챔버 위쪽의 상기 노즐 플레이트 내에 상기 노즐과 평면상에서 겹치지 않는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 채널은 상기 기판을 수직으로 관통하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결가능한 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 채널의 단면 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트는 기판 상에 적층된 다수의 보호층과, 상기 보호층 위에 형성되며 상기 히터와 그 주변의 열을 외부로 발산시키기 위해 열전도성 있는 금속물질로 이루어진 열발산층을 포함하며, 상기 열발산층에 상기 노즐의 상부가 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 보호층들은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 보호층, 제2 보호층 및 제3 보호층을 포함하며, 상기 히터는 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층 사이에 마련되며, 상기 도체는 상기 제2 보호층과 상기 제3 보호층 사이에 마련되는 것 을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 열발산층은 전기도금에 의해 10 ~ 100㎛ 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트에는 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 상기 기판과 상기 열발산층에 접촉되는 열전도층이 마련된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 열전도층은 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 도체와 상기 열전도층은 동일한 금속물질로 이루어지며 동일한 보호층 위에 마련되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 도체와 상기 열전도층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 및 은 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 도체와 상기 열전도층 사이에는 절연층이 마련된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  21. 제 12항에 있어서,
    상기 열발산층에 형성되는 상기 노즐의 상부는 출구쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 된 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  22. (가) 기판을 준비하는 단계;
    (나) 상기 기판 내부에 상기 기판을 이루는 물질과는 다른 소정 물질로 이루어진 측벽을 형성하는 단계;
    (다) 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 기판 상에 일체로 형성하면서, 히터와 상기 히터 에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
    (라) 상기 측벽을 식각저지벽으로 이용하면서 상기 노즐을 통해 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 측벽에 의해 한정되는 잉크 챔버를 형성하는 단계;
    (마) 상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및
    (바) 상기 매니폴드와 상기 잉크 챔버 사이의 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 (가) 단계에서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 측벽의 일부 측면은 곡면으로 형성된 것을 특징으 로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 금속물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 기판의 상면에 식각될 부위를 한정하는 식각 마스크를 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크를 통해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크를 제거하는 단계;
    상기 기판의 표면에 상기 금속물질을 증착하여 상기 트렌치 내부를 상기 금속물질로 채워 상기 측벽을 형성하고, 상기 기판 상에는 상기 금속물질로 이루어진 금속물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 형성된 상기 금속물질층을 식각하여 제거하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  28. 제 22항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 측벽은 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 절연물질은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 기판의 상면에 식각될 부위를 한정하는 식각 마스크를 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크를 통해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크를 제거하는 단계; 및
    상기 기판의 표면에 상기 절연물질을 증착하여 상기 트렌치 내부를 상기 절연물질로 채워 상기 측벽을 형성하고, 상기 기판 상에는 상기 절연물질로 이루어진 절연물질층을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  31. 제 22항에 있어서, 상기 (다) 단계는,
    (다-1) 상기 기판 상에 다수의 보호층을 순차적으로 적층하면서, 상기 히터와 상기 도체를 상기 보호층들 사이에 형성하는 단계; 및
    (다-2) 상기 보호층들 위에 금속으로 이루어진 열발산층을 형성하면서, 상기 노즐을 상기 보호층들과 상기 열발산층을 관통하도록 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 (다-1) 단계는,
    상기 기판의 상면에 제1 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제1 보호층 위에 상기 히터를 형성하는 단계;
    상기 제1 보호층과 상기 히터 위에 제2 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제2 보호층 위에 상기 도체를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 보호층과 상기 도체 위에 제3 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 히터는 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 (다-1) 단계에서, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 상기 기판과 상기 열발산층에 접촉되는 열전도층을 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 열전도층은 금속물질을 소정 두께로 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 열전도층은 상기 도체와 동일한 금속물질로 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  37. 제 34항에 있어서,
    상기 도체 위에 절연층을 형성한 후, 상기 절연층 위에 상기 열전도층을 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  38. 제 31항에 있어서,
    상기 (다-2) 단계에서, 상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  39. 제 31항에 있어서,
    상기 (다-2) 단계에서, 상기 열발산층은 전기도금에 의해 10 ~ 100㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  40. 제 31항에 있어서, 상기 (다-2) 단계는,
    상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 상부에 소정의 직경으로 상기 보호층들을 식각하여 하부 노즐을 형성하는 단계;
    상기 하부 노즐 내부에 제1 희생층을 형성하는 단계;
    상기 제1 희생층 위에 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층을 형성하는 단계;
    상기 보호층들 위에 상기 열발산층을 전기도금에 의해 형성하는 단계; 및
    상기 제2 희생층과 상기 제1 희생층을 제거하여 상기 하부 노즐과 상기 상부 노즐로 이루어지는 상기 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 하부 노즐은 상기 보호층들을 반응성이온식각에 의해 건식식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  42. 제 40항에 있어서,
    상기 제1 희생층과 상기 보호층들 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 후, 상기 제2 희생층을 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  43. 제 40항에 있어서,
    상기 하부 노즐을 형성한 후, 상기 보호층들과 상기 하부 노즐에 의해 노출된 상기 기판 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 다음, 상기 제1 희생층과 제2 희생층을 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  44. 제 40항에 있어서,
    상기 하부 노즐을 형성한 후, 상기 보호층들과 상기 하부 노즐에 의해 노출된 상기 기판 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 다음, 상기 제1 희생층과 제2 희생층을 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  45. 제 40항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 희생층은 포토레지스트 또는 감광성 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  46. 제 40항에 있어서,
    상기 열발산층을 형성하는 단계 후에, 상기 열발산층의 상면을 화학기계적연마 공정에 의해 평탄화하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  47. 제 22항에 있어서,
    상기 (라) 단계에서, 상기 측벽 부근에서는 상기 측벽에 의해 수평 방향의 식각은 저지되고 수직 방향의 식각만 진행되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  48. 제 22항에 있어서,
    상기 (바) 단계는, 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면쪽에서 상기 기판을 반응성이온식각법에 의해 건식식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  49. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 채널의 단면 형상은 타원형인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
  50. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 채널의 단면 형상은 다각형인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드.
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