KR100916869B1 - 액체 토출 헤드의 제조 방법 - Google Patents

액체 토출 헤드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체를 토출하는 토출구와, 토출구와 연통하는 유로와, 유로와 대응하여 배치되고 토출구로부터 액체를 토출하는데 사용하기 위한 열 에너지를 발생시키는 발열부와, 발열부가 액체와 접촉하는 것을 방지하는 보호층을 구비하는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 개시하며, 이 방법은 실리콘 기판의 표면으로부터 내부까지 다공질 실리콘을 형성하는 단계와, 다공질 실리콘의 표면을 평활화하기 위해 다공질 실리콘의 표면에 존재하는 구멍을 밀봉하는 단계와, 다공질 실리콘의 평활화된 표면 상에 보호층을 형성하는 단계와, 보호층 상에 발열부를 형성하는 단계와, 토출구를 형성하는 단계와, 유로를 형성하기 위해 다공질 실리콘을 제거하는 단계를 포함한다.
잉크젯 기록 시스템, 액체 토출 헤드, 다공질 실리콘, 토출구, 발열부, 보호층

Description

액체 토출 헤드의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF LIQUID DISCHARGE HEAD}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 개략적인 사시도이다.
도2a, 도2b, 도2c, 도2d, 도2e, 도2f, 도2g 및 도2h는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법의 일례를 나타내는 개략적인 단면도면이다.
도3a, 도3b 및 도3c는 종래의 기술에 따른 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법의 일례를 나타내는 개략적인 단면도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 실리콘 기판
102: 다공질 실리콘
103: 보호층
104: 발열부
105: 배선
106: 축열층
107: 토출구
108: 잉크 공급 구멍
본 발명은 액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
액체 토출 헤드가 이용되는 예로서는, 피기록 매체에 잉크가 토출되어 정보를 기록하는 잉크젯 기록 시스템이 있다.
일본 특허 공개 제S54-51837호 공보에 기재된 잉크젯 기록 시스템에서는, 열 에너지가 액체에 가해져 액체를 토출하기 위한 원동력을 얻는다. 전술한 문헌에 나타나 있는 기록 방법은 열 에너지가 액체에 가해져 액적을 토출하기 위한 원동력을 얻는 여타의 잉크젯 기록 시스템과는 상이하다. 구체적으로는, 열 에너지의 작용에 의해 과도하게 가열된 액체가 기포를 발생시키고, 발생된 기포에 기초하여 작용된 힘에 의해, 토출구로부터 액적이 토출된다. 이 액적이 기록재에 부착되어서 정보를 기록한다.
이 기록 방법에 적용되는 기록 헤드는 일반적으로 액체를 토출하기 위해 배치된 토출구와, 이 토출구와 연통하는 유로와, 이 유로에 열 에너지를 발생하는 수단인 발열부로서의 발열 저항체를 포함한다.
헤드는 또한 발열부가 잉크와 접촉하는 것을 방지함으로써 발열부를 보호하는 보호층과, 열 에너지를 효율적으로 액체에 전달하기 위한 축열 기능을 갖는 하부층을 포함한다. 발열부를 형성하는 일반적인 방법에서는, 기판 상에 축열층이 형성되고, 발열 저항체와 배선이 형성되고, 포토리소그래피에 의해 패터닝이 수행되고, 패터닝된 층 위에 상부 보호층이 형성된다.
미국 특허 제6,533,399호는 소위 백 슈터(back shooter)형의 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법을 제안한다. 이 방법에서는, 실리콘 기판에 다공질 실리콘이 형성되고, 보호층, 발열 저항층 및 축열층이 형성되며, 그 후에 다공질 실리콘이 제거되어 노즐을 형성한다. 여기에서, 백 슈터형 잉크젯 기록 헤드는 발열부를 거쳐 성장하는 기포와 대향하는 쪽에 토출구를 포함하는 잉크젯 기록 헤드이다.
그러나, 미국 특허 제6,533,399호에 개시된 방법에 의해 잉크젯 기록 헤드가 만들어진 경우에는 이하와 같은 문제점이 발생하는 것으로 생각된다.
이들 문제는 도면을 참조하여 구체적으로 설명된다.
도3a 내지 도3c는 종래 기술에 따른 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법의 일례를 나타내는 개략적인 단면도면이다.
도3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(201)의 표면으로부터 내부까지 배치된 다공질 실리콘(202) 위에 발열부의 보호층(203)이 형성된다.
다음으로, 도3b에 도시된 바와 같이, 보호층(203) 위에 발열부(204)가 형성된다.
다음으로, 도3c에 도시된 바와 같이, 토출구(207)가 형성된다. 필요하다면, 배선(205)과 축열층(206)이 형성된다. 저항체 다공질 실리콘(202)이 제거되어 유로(209)를 형성한다. 그 결과, 잉크젯 기록 헤드가 만들어진다.
그러나, 도3a에 도시된 바와 같이 보호층(203)이 형성되면, 보호층(203)과 접촉하는 다공질 실리콘(202)의 접촉면은 요철 형상을 갖는다. 따라서, 이 형상이 보호층(203) 위로 전사되는 것으로 추정된다. 이 요철 형상은 완성된 헤드의 유 로(209) 측에서 보호층(203)의 표면에 잔존한다.
따라서, 완성된 헤드로부터 액체가 토출될 때, 보호층의 표면의 요철에 의해 기포의 성장 및 소멸이 불안정해진다. 기포의 소멸은 최대로 성장한 기포가 수축되어 사라지는 것을 의미한다. 그 결과, 원하는 토출 액적의 크기 및 토출 방향을 얻는 것이 어려워진다. 종종 기록 화상이 불리한 영향을 받기도 한다.
또한, 소멸 동안에 기포가 급속하게 수축하면, 발열부를 향해 유도되는 잉크와 보호막 사이의 충돌(소위 캐비테이션)에 대한 내구성에도 문제가 있다.
본 발명은 상술한 점을 감안해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 발열 저항층의 표면이 평활화되고, 발포 상태가 적정화되며, 발포에 대한 보호층의 영향이 경감된 액체 토출 헤드를 제공하는 것이다. 다른 목적은 발열 저항체의 보호막의 내구성이 종래예와 비교하여 개선된 액체 토출 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명은 액체를 토출하는 토출구와, 토출구와 연통하는 유로와, 유로와 연통하도록 배치되고 토출구로부터 액체를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생하는 발열부와, 발열부가 액체와 접촉하는 것을 방지하기 위한 보호층을 갖는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 실리콘 기판의 표면으로부터 실리콘 기판의 내부까지 다공질 실리콘을 형성하는 단계와, 다공질 실리콘의 표면을 평활화하기 위해 실리콘 기판의 표면과 동일한 표면에 있는 다공질 실리콘의 표면에 존재하는 구멍을 밀봉하는 단계와, 평활화된 다공질 실리콘의 표면 상에 보호층을 형성하는 단계와, 보호층 상에 발열부를 형성하는 단계와, 토출구를 형성하는 단계와, 유로를 형성하기 위해 다공질 실리콘을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는, 형성된 다공질 실리콘의 구멍이 밀봉되고, 다공질 실리콘의 표면이 평활화된다. 그 결과, 다공질 실리콘의 표면에 형성되는 보호층의 요철이 최대한 감소될 수 있다.
따라서, 발포 형상이 적절히 형성되고, 열 에너지가 원활하게 토출 에너지로의 변환된다. 복수의 발열부가 설치되면, 다공질 실리콘의 요철 형상의 고체 격차에 의해 발열부들 사이의 발포 격차가 발생되지만, 본 발명에서는 이 격차가 억제될 수 있다. 안정적으로 액체를 토출할 수 있는 액체 토출 헤드가 제공될 수 있다. 그 결과, 만족스러운 기록 품질 수준을 갖는 화상을 얻을 수 있다. 또한, 액체 토출 헤드에서는, 보호막의 내구성이 향상되고, 잉크에 의한 발열부의 침식이 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 적용예로서 잉크젯 기록 시스템을 예로 들어서 본 발명이 설명된다. 그러나, 본 발명의 적용 범위는 이 예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 바이오칩의 제작 및 전자 회로의 인쇄뿐만 아니라, 약제의 토출과 같은 의료용의 액체 토출 헤드에도 적용될 수 있다.
우선, 본 발명이 적용될 수 있는 잉크젯 기록 헤드가 설명된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 부분 절결 개략도이 다.
본 실시예의 잉크젯 기록 헤드에는, 실리콘으로 만들어진 기판(1) 상에 Si02로 만들어진 보호층(2)을 거쳐 에너지 발생 소자인 발열부(3)와 배선(4)이 형성되어 있다. 배선(4)을 통해서 발열부에 전기 신호가 공급된다. 또한, 잉크를 토출하는 개구인 토출구(6)가 형성되어 있다. 기판(1)에는 또한 잉크를 공급하는 공급 구멍(7)이 형성되고, 공급 구멍은 유로(8)를 통해서 토출구(6)와 연통한다. 여기에서, 보호층(2)은 유로(8)를 통과하는 잉크가 발열부(3)와 접촉하는 것을 방지하기 위해 형성되며, 통전 불량을 방지한다.
이 잉크젯 기록 헤드는 토출구(6)가 제공된 면이 피기록 매체의 기록면을 대면하도록 배치된다. 또한, 이 잉크젯 기록 헤드에서는, 발열부(3)에 의해 발생되는 열에 의해 잉크가 비등되고, 토출 에너지가 가해져 토출구(6)로부터 잉크 액적을 토출하며, 이 액적이 피기록 매체에 부착되어 정보를 기록한다.
이 잉크젯 기록 헤드는 프린터, 복사기, 팩시밀리 머신 및 프린터부를 갖는 워드프로세서 등의 장치와, 다양한 처리 유닛과 조합된 복합 산업 기록 장치에 탑재될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법이 상세하게 설명된다.
도2a 내지 도2h는 도1의 A면을 따라서 본 개략적인 단면도면이다.
우선, 도2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(101)의 표면으로부터 내부까지 다공질 실리콘(102)이 형성된다. 다공질 실리콘이 제공된 부분은 잉크 유로를 형성할 영역이다. 다공질 실리콘(102)은 예를 들어 폴리이미드를 마스크 레지스트로서 사용함으로써 HF 용액 중에서 수행되는 양극 형성에 의해 형성될 수 있다. 전술한 방법에 따르면, 다공질 실리콘은 20 ㎛ 이상의 두께로 형성될 수 있다. 잉크 유로에 필요한 용적은 충분히 확보될 수 있다. 다른 방법으로서는, 헬륨 또는 아르곤과 같은 희가스(rare gas)의 이온 또는 수소 이온이 주입되고, 필요하다면 열처리가 수행된다. 그 결과, 실리콘의 적어도 일부에 미세 거품이 발생되어, 실리콘이 다공질화될 수 있다.
다공질 실리콘의 다공도가 낮아지면, 다공질 실리콘 위에 형성되는 층의 적층 결함 밀도가 낮아질 수 있다. 저다공도를 갖는 다공질 실리콘은 예를 들면 양극 형성 동안에 HF 농도를 증가시키는 방법, 전류 밀도를 감소시키는 방법 및 온도를 높이는 방법으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 비교적 용이하게 실현될 수 있다. 기판 전체가 다공질화되거나 또는 표면 부분만이 다공질화될 수 있다. 본 발명에 있어서는, 후술하는 밀봉 단계에 의해, 전술한 상부 층의 적층 결함 밀도를 더욱 감소시키고 다공질 실리콘 표면을 평활화하는 단계가 수행된다.
다음으로, 다공질 실리콘의 구멍이 밀봉된다(이하, 밀봉 단계로 지칭함). 구멍은 실리콘 기판의 표면과 연속하는 표면을 갖는 다공질 실리콘의 표면[표면 부분(도면에서 A)이 두께를 갖는 경우를 포함함]에 존재한다. 이 밀봉 단계는 다공질 실리콘의 표면에 있어서의 구멍의 밀도를 감소시키고, 표면의 요철을 감소시키기 위해서 수행된다.
본 발명에 이용되는 밀봉 공정은 소정의 분위기에서 다공질 실리콘을 열처리 하는 것에 의해 수행된다. 밀봉 방법으로서는, 하기 (1)과 (2) 중 적어도 하나가 수행될 수 있다.
(1) 실리콘계 소스 가스를 함유하지 않고 수소를 함유하는 환원 분위기 속에서의 전열처리[프리베이킹(pre-backing)].
(2) 미량의 실리콘계 소스 가스를 공급하면서 다공질 실리콘을 열처리하고, 다공질 실리콘에 실리콘 원자를 부여하는 처리[프리인젝션(pre-injection)].
프리베이킹 후에, 프리인젝션이 수행될 수 있다.
전술한 방법에 의해 표면 구멍이 밀봉 처리된 다공질 실리콘은 후술하는 에피택셜(epitaxial) 성장 전에 다시 열처리된다(이하, 중간 베이킹으로 지칭함). 중간 베이킹은 밀봉 동안의 온도보다 높은 온도에서 수행된다. 이때, 실리콘계 가스를 함유하지 않은 분위기에서 중간 베이킹을 수행하기 위해, 실리콘계 소스 가스의 공급이 중단된다. 중간 베이킹 동안, 실리콘계 소스 가스가 중간 베이킹 분위기에 오염물로서 불가피하게 포함되지만, 이것은 문제가 없다.
또한, 중간 베이킹 처리되고 밀봉된 표면 구멍을 갖는 다공질 실리콘의 표면상에 비다공질 단결정층이 형성된다. 이 비다공질 단결정층을 구성하는 재료는 호모에피택셜 성장에 의해 형성된 실리콘이거나 또는 헤테로 에피택셜 성장에 의해 형성된 실리콘 이외의 재료일 수 있다.
전술한 프리베이킹이 설명된다. 프리베이킹 동안, 온도는 600℃ 내지 1150℃의 범위로부터 임의로 선택될 수 있다. 본 실시예에서는, 온도가 850℃ 내지 1000℃의 범위로 설정되거나, 또는 900℃ 내지 950℃의 최적 범위로 설정될 수 있다. 그러한 낮은 온도 범위에서도, 만족스러운 결과가 얻어진다. 프리베이킹을 위한 분위기의 예는 100%의 수소를 포함하는 환원성 분위기와, 수소가 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 희석된 환원성 분위기를 포함하지만, 초고진공에서 프리베이킹이 수행될 수도 있다. 저비용으로 원하는 효과를 창출하기 위해, 프리베이킹은 수소 함유 환원성 분위기에서 수행될 수 있다.
사용할 수 있는 압력은 1×10-10 내지 760 torr(1.33×10-8 내지 1.01×105 Pa)의 범위이다.
일본 특허 공개 제H09-100197호 공보에 나타나 있는 바와 같이, 프리인젝션 동안에는, 성장의 초기 단계에서 미량의 실리콘 원자가 다공질층 표면에 공급되어, 결정 결함이 더욱 효과적으로 감소된다.
프리인젝션 동안의 온도와 압력은 프리베이킹 동안 선택될 수 있는 상술한 온도와 압력 범위로부터 선택될 수 있다. 실리콘계 소스 가스의 도입량은 실리콘의 퇴적 속도가 약 20 nm/분 이하, 더 바람직하게는 10 nm/분 이하, 가장 바람직하게는 2 nm/분 이하가 되도록 설정될 수 있다. 이 경우, 그 후에 성장하는 단결정층의 결정 결함이 더욱 감소된다.
따라서, 다공질 실리콘의 표면에 있는 표면 구멍이 밀봉된다. 실리콘계 소스 가스는 실리콘 원자를 다공질층의 표면에 부여해서 다공질 실리콘의 구멍을 막는데 사용된다. 이 가스의 예는 실리콘 H2Cl2, SiH4, SiHCl3, SiCl4, Si2H6를 포함한 다.
가스 공급량의 제어성의 관점에서는 상온 및 상압에서 기재(substrate)인 실란(silane)이 보다 바람직하다.
프리인젝션이 그러한 소위 CVD 공정 대신에 MBE 공정에 의해 수행되면, 실리콘 원자가 고체 소스로부터 공급된다. 이때, 기판 온도는 800℃ 이하로 낮게 설정될 수 있고, 성장 속도는 0.1 nm/분 이하로 설정될 수 있다.
다공질층의 표면에 있는 모든 표면 구멍이 프리인젝션에 의해 밀봉될 필요는 없다. 밀봉은 잔류 표면 구멍의 밀도가 1×108 cm-2 이하, 더 바람직하게는 1×106 cm-2 이하가 되는 정도로 수행될 수 있다.
또한, 프리인젝션 시간이 충분히 확보되는지 그렇지 않은지 확인될 수 있다. 이것은 프리인젝션까지의 단계들을 거친 반도체 기판의 표면 거칠기를 원자력 현미경(AFM)으로 측정함으로써 확인될 수 있다.
본 발명에서 수행되는 중간 베이킹은 구멍의 밀봉 후에 밀봉의 온도보다 높은 온도에서의 수행되는 열처리이다. 중간 베이킹이 수행되면, 밀봉된 구멍을 갖는 다공질 실리콘 표면의 표면 거칠기는 더욱 감소될 수 있다. 또한, 다공질 실리콘층과 비다공질 단결정 실리콘층 사이의 계면 근방에서의 왜곡이 완화되고, 밀봉된 구멍을 포함하는 표면이 평활화되는 효과가 있다. 이러한 중간 베이킹이 수행되므로, 다공질층 위에 형성되는 비다공질 단결정층의 결정 결함의 밀도는 증가하지 않는다. 다공질층 상에 형성되는 비다공질 단결정층의 결정 결함의 대부분은 적층 결함이다. 그러나, 적층 결함이 표면으로부터 관찰되면, 동일한 막 두께를 갖는 층에서 동일한 크기를 갖는 결함이 관찰된다. 즉, 모든 적층 결함은 다공질 실리콘층과 비다공질 단결정층 사이의 계면 근방에서 발생된다. 적층 결함의 밀도는 구멍 밀봉 단계에 의해 결정된다. 밀봉 단계의 열처리 및 그 이후의 열처리에서는, 적층 결함 밀도가 거의 변화되지 않는다.
이러한 중간 베이킹 후에, 원하는 열처리 온도에서, 비다공질 단결정 실리콘층 및 비다공질 화합물 반도체 단결정층이 에피택셜 성장한다.
중간 베이킹 동안의 온도는 밀봉 단계의 온도보다 높도록 900℃ 내지 1150℃의 범위로부터, 보다 바람직하게는 1000℃ 내지 1150℃의 범위로부터 선택된다. 중간 베이킹은 상술한 바와 같은 실리콘계 소스 가스를 실질적으로 포함하지 않는 분위기에서 수행된다. 분위기의 예는 초고진공, 100%의 수소를 포함하는 환원성 분위기, 수소가 아르곤 등의 불활성 가스로 희석된 환원성 분위기를 포함한다. 압력 선택 범위는 밀봉 단계 동안의 압력 선택 범위와 동일하다.
중간 열처리가 수행된 후에는, 성장 속도에 특별한 제약이 없는 에피택셜 성장이 수행된다. 조건들은 실리콘의 공지된 벌크 상태의 성장을 위한 조건과 동일할 수 있다. 대안적으로는, 전술한 프리인젝션 공정에서와 동일한 방식으로 미량의 원료를 공급하는 단계의 성장 속도와 동일한 성장 속도에서 성장이 계속될 수 있다. 가스 종류가 변경되더라도, 본 발명의 목적의 달성은 저해되지 않는다. 미량의 원료를 공급하는 단계의 존건과 동일한 조건이 선택되면, 프리인젝션 후에, 중간 베이킹을 수행하기 위해 원료 가스의 공급이 일단 중단된다. 성장을 수행하 기 위해 원하는 원료의 공급이 재개될 수 있다. 어떠한 방법에서도, 단결정층은 원하는 막 두께로 형성된다.
다음으로, 도2b에 도시된 바와 같이, 보호층(103)을 구성하는 Si02층이 다공질 실리콘(102)에 있어서 실리콘 기판(101)의 표면과 동일한 표면에 형성된다. 이때, 보호층(103)이 적어도 다공질 실리콘(102)의 표면 상에 형성되어 있다면, 보호층은 실리콘 기판(101)의 표면 상에 형성될 수 있다. 다공질 실리콘(102)은 나중에 제거되며, 이러한 제거 부위는 유로를 형성한다. 따라서, 다공질 실리콘(102)이 후속 단계에서 형성될 발열부와 접촉하는 것을 방지하기 위해, 다공질 실리콘(102)은 보호층(103)에 의해 격리될 필요가 있다. 보호층(103)을 형성하는 구체적인 방법의 예는 P-CVD법을 포함한다. 보호층은 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 보호층(103)으로는 SiN이 사용될 수 있다.
다음으로, 도2c에 도시된 바와 같이, 발열 부재가 적층된다. 발열 부재를 형성하는 재료의 예는 TaN 및 TaSiN을 포함한다. 또한, 필요로 하는 저항값에 따라서 텅스텐 또는 티타늄과 같은 원소가 선택되어 사용될 수 있다. 이 발열 부재는 발열부(104)를 형성하기 위해 포토리소그래픽 기술에 의해 패터닝된다. 발열부를 형성하는 전술한 방법은 단지 하나의 예일 뿐이며, 본 발명은 이 방법에 한정되지 않는다.
다음으로, 도2d에 도시된 바와 같이, 배선층이 형성되고, 상기 발열부의 배선(105)을 형성하기 위해 포토리소그래픽 기술에 의해 패터닝된다. 배선층을 형성 하는 재료로는, 도전율이 우수한 Al과 같은 재료가 사용될 수 있지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다.
본 발명의 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 따르면, 도2e에 도시된 바와 같이, 축열층(106)을 형성하는 층이 발열부(104)와 배선(105)이 제공된 기판 상에 형성될 수 있다. 축열층은 발열부에 의해 발생된 열을 효율적으로 전달하는 목적으로 배치된다. 즉, 과도하게 높은 열전도율을 갖는 재료층이 발열부와 접촉하게 되면, 발생된 열이 액체보다 재료층에 먼저 전달된다. 따라서, 발열부에 의해 발생되는 열이 토출 펄스 신호 레벨의 간격으로 유지될 필요가 있기 때문에, 축열층은 열을 유지하는 기능을 수행한다. 축열층(106)을 형성하는 재료의 예는 Si02를 포함하지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않으며, 재료는 원하는 도전율과 재료 특성에 따라 적절하게 선택될 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 잉크젯 기록 헤드에서는, 축열층이 토출구(107)를 구성하는 부재의 일부를 담당할 수 있다.
다음으로, 도2f에 도시된 바와 같이, 에칭과 같은 방법에 의해 토출구(107)가 형성된다. 이 경우에, 후술하는 다공질 실리콘을 제거하는 단계를 수행하기 위해, 다공질 실리콘이 노출될 수 있다. 이 토출구로 안내되는 유로를 형성하는 위치에 보호층(103)이 존재한다면, 이 층도 또한 제거된다. 토출구가 형성되는 위치에 SiO2층과 축열층을 구성하는 부재로 형성된 축열층(106)이 존재하면, 이 부재도 또한 제거된다. 본 발명의 잉크젯 기록 헤드에서는, 토출구의 치수와 형상에 따라서 발열부(104)와 배선(105) 위의 층에 오리피스(토출구) 플레이트를 구성하는 재 료층이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 재료층이 형성된 후, 재료층으로부터 다공질 실리콘을 관통하도록 토출구가 형성된다. 재료층은 오리피스(토출구) 플레이트를 구성한다. 축열층이 전술한 바와 같이 배치되면, 오리피스 플레이트는 축열층 위의 층에 형성될 수 있다. 대안적으로, 오리피스 플레이트는 축열층처럼 구성될 수 있다.
다음으로, 도2g에 도시된 바와 같이, 에칭에 의해 잉크 공급 구멍(108)이 형성된다.
마지막으로, 도2h에 도시된 바와 같이, 다공질 실리콘(102)이 제거되어 잉크젯 기록 헤드가 완성된다. 이 경우에 있어서의 구체적인 방법으로는, 재료가 수산화칼륨 수용액 또는 테트라메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMAH) 용액 중 하나에 침지되고, 이전에 형성된 공급 구멍으로부터 다공질 실리콘이 용출되어 실리콘이 제거된다. 이 경우에, 실리콘의 비다공질 단결정층은 구멍을 매립하여 표면을 평활화하는 기능을 수행하지만, 이 층도 또한 제거된다. 비다공질 단결정층이 잔류한다면, 이 층을 제거하기 위해 CF4와 같은 에칭 가스가 이러한 잔류 부분에 도입된다.
본 발명을 더 상세히 설명하기 위해, 이하에 하나의 예가 설명된다.
(예 1)
우선, 300 ㎛의 두께를 가진 실리콘 기판(101)의 양면이 1 ㎛의 폴리이미드 수지로 코팅되고, 다공질 실리콘이 형성될 위치를 노출시키기 위해 포트리소그래피 에 의해 개구가 만들어지고, 마스크가 형성되었다. 이어서, HF 용액에서 양극 형성이 수행되었다. 양극 형성 조건은 이하와 같다.
전류 밀도: 30(mA·cm-2)
양극 형성 용액: HF:H2O:C2H5OH = 1:1:1
시간 : 12분
다공질 실리콘의 두께: 20 ㎛
실리콘의 다공도: 56%
그 결과, 노출된 부분에 폭 60 ㎛의 정사각 형상과, 20 ㎛의 두께를 갖는 영역에 다공질 실리콘(102)이 형성되었다. 다음으로, 폴리이미드 수지로 만들어진 마스크 재료가 제거되었고, 전기로 내에서 950℃에 28ppm으로 농도를 설정하기 위해 수소 캐리어 가스에 SiH4가 첨가되었다. 이어서, 200초 동안 처리가 수행되고, SiH4의 첨가가 완료되었다. 이어서, 온도가 900℃로 낮아지고, 0.5 mol%로 농로가 설정되도록 SiH2Cl2가 첨가되었다. 이 공정에 따라, 다공질 단결정 실리콘이 형성되었고, 실리콘 기판의 상부인 다공질 실리콘(102)의 표면이 밀봉되어 평활화되었다(도2a).
이어서, 보호층(103)을 형성하기 위해 기판의 표면에 P-CVD 공정을 이용하여 Si02 층이 0.1 ㎛의 두께로 형성되었다(도2b).
다음으로, 0.05 ㎛의 두께를 갖는 TaN 막이 발열 저항층으로서 형성되었고, 15 ㎛의 두께를 얻기 위해 포토리소그래피에 의해 패터닝되었으며, 그에 의해 발열부(104)를 형성하였다(도2c).
다음으로, Al로 만들어진 배선층이 1 ㎛의 두께로 형성되었고, 배선(105)을 형성하기 위해 포트리소그래피를 사용하여 패터닝되었다(도2d).
다음으로, 배선층 상에 토출구가 제공된 축열층을 형성하기 위해, P-CVD 공정을 이용하여 15 ㎛의 두께를 갖는 Si02 층이 형성되어, 축열층(106)을 형성하였다(도2e).
다음으로, 토출구를 형성하기 위해서, 포토리소그래피를 사용하여 에칭 마스크가 형성되었고, 드라이 에칭에 의해 직경 10 ㎛의 보어를 갖는 원주형상의 토출구(107)가 축열층에 형성되었다(도2f).
다음으로, 잉크 공급 구멍을 형성하기 위해, 포토리소그래피를 사용하여 기판의 이면에 에칭 마스크가 형성되었고, 드라이 에칭에 의해 직경 20 ㎛의 보어를 갖는 잉크 공급 구멍(108)이 실리콘 기판에 형성되었다(도2g).
마지막으로, 잉크 공급 구멍(108)이 토출구(107)와 연통하도록 다공질 실리콘을 제거하기 위해 재료가 KOH 용액에 침지되었다(도2h). 그 결과, 유로(109)가 형성되었다.
전술한 바와 같이 잉크젯 기록 헤드가 완성되었다.
완성된 헤드는 전기적으로 접속되었고, 잉크가 공급될 부재와 접합되었으며, 기록 장치에 탑재되었다. 인쇄가 수행되었을 때, 만족스러운 기록 화상이 얻어졌 다. 상세한 관찰의 결과, 액적은 화상 품질 레벨을 만족시키는데 필요한 범위의 크기를 가졌으며, 발포의 불안정함에 기인한 발사 간격의 교란도 관찰되지 않았다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 이하의 청구항의 범위는 모든 변형 및 동등한 구성 및 기능을 포괄하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 발열 저항층의 표면이 평활화되어, 발포 상태가 적정화되고, 발포에 대한 보호층의 영향이 경감된 액체 토출 헤드가 제공되며, 또한 발열 저항체의 보호막의 내구성이 종래예와 비교하여 개선된 액체 토출 헤드가 제공된다.

Claims (7)

  1. 액체를 토출하는 토출구와, 상기 토출구와 연통하는 유로와, 상기 유로와 대응하여 배치되고 토출구로부터 액체를 토출하는데 사용하기 위한 열 에너지를 발생시키는 발열부와, 상기 발열부가 액체와 접촉하는 것을 방지하는 보호층을 구비하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이며,
    실리콘 기판의 표면으로부터 내부까지 다공질 실리콘을 형성하는 단계와,
    상기 다공질 실리콘의 표면을 평활화하기 위해 다공질 실리콘의 표면에 비다공질 단결정 박층을 형성하는 단계와,
    상기 다공질 실리콘의 평활화된 표면 상에 보호층을 형성하는 단계와,
    상기 보호층 상에 발열부를 형성하는 단계와,
    상기 토출구를 형성하는 단계와,
    상기 유로를 형성하기 위해 다공질 실리콘을 제거하는 단계를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토출구를 형성하는 단계는 다공질 실리콘을 노출시키는 단계를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발열부를 형성하는 단계 후에, 발열부 상에 축열층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공질 실리콘의 표면에 잔류하는 구멍의 밀도를 1×108 cm-2 이하로 설정하기 위해 다공질 실리콘의 표면 상에 비다공질 단결정 박층을 형성함으로써 다공질 실리콘의 구멍이 밀봉되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보호층이 SiO2로 형성되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 축열층이 SiO2로 형성되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
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