KR100955963B1 - 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법 - Google Patents

잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소기의 목적에 부응하는 유로 형상을 갖는 잉크 젯 프린트 헤드, 및 상기 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 제공한다. 상기 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법에 있어서, 제1의 실리콘층과, 제2의 실리콘층과, 유전체층을 가지는 SOI 기판을 준비한다. 상기 제1의 실리콘층 위에 희생층을 형성한다. 상기 희생층 위에 에칭 스톱층을 형성한다. 상기 SOI 기판 표면 위에 에너지 발생 소자를 형성한다. 제2의 실리콘층 및 유전체층에 에칭을 실시하여 잉크 공급구를 형성한다. 상기 공급구는 에칭에 의해 형성된다. 상기 제1의 실리콘층을 에칭하여 액체 유로를 형성한다. 에칭 스톱층의 일부를 제거하여 토출구를 형성한다.
잉크 젯 프린트 헤드, 토출구, 기판, 액체 유로, 실리콘층, 유전체층

Description

잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법{INK JET PRINT HEAD AND METHOD OF MANUFACTURING INK JET PRINT HEAD}
본 발명은 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
잉크 젯 프린팅 방식(액체 분사 프린팅 방식)에 사용되는 잉크 젯 프린트 헤드는, 일반적으로, 오리피스 플레이트에 형성된 복수개의 미세한 토출구 및 복수개의 미세한 액체 유로, 그리고 상기 대응하는 액체 유로의 일부에 각기 제공된 복수개의 액체 토출 압력 발생부를 구비하고 있다. 상기 잉크 젯 프린트 헤드는 상기 액체 유로에 연통하여 관통 구멍으로서의 역할을 하는, 헤드 기판에 형성되는 공급구를 더 포함하고 있는 경우가 많다.
이러한 잉크 젯 프린트 헤드는, 대응하는 토출구에 연통하는 각각의 유로에, 발열부(히터)를 가지며, 상기 발열부, 상기 유로 및 상기 토출구가 프린트 소자를 구성하고 있다. 프린트 신호에 상당하는 전기적 에너지가 상기 적절한 히터의 발열 저항체에 선택적으로 인가된다. 이 결과로 얻은 에너지는 열 작용면상에 있는 잉크를 급속히 가열하는데 이용된다. 그 결과로, 막비등이 발생되어 기포가 발생 하고, 따라서 이 기포의 압력이 대응하는 토출구로부터 잉크가 토출되게끔 한다.
상술한 바와 같은 히터를 갖는 프린트 헤드로서, 예를 들어, 미합중국 특허 제6,019,457호에는, 오리피스 플레이트의 액체 유로면상에 액체 토출 압력 발생부를 포함하는, 백 슈트(back chute)형의 잉크 젯 프린트 헤드(이후, 백 슈트형 프린트 헤드라고 부른다)가 개시되어 있다. 백 슈트형의 프린트 헤드는, 범용의 반도체 제조 방법을 사용하여, 오리피스 플레이트 또는 그 일부와, 기판면상에 배열되는 액체 토출 압력 발생부 및 구동 회로 양자 모두를 연속하여 형성가능하다.
상기 백 슈트형 프린트 헤드의 기판은, 예를 들어, 실리콘 온 인슐레이터(Silicon on Insulator;SOI) 기술에 의해 제조된다. SOI 기술에 의해 절연물 상에 단결정 실리콘 반도체 층이 형성된 기판은, 통상의 실리콘 집적 회로를 제조하는 벌크 실리콘 기판과 비교할 때 여러 가지 이점을 갖는 기판을 제공하여 준다. 이 SOI 기판을 가지는 백 슈트형의 프린트 헤드가 미합중국 특허 제6,979,076호에 개시되어 있다.
백 슈트형 프린트 헤드의 제조 방법은 다음과 같다.
B1. 중간에 유전체층(903)을 갖는 SOI 기판(901)을 준비하는 단계,
B2. 상기 유전체층(903)에 대한 상기 기판의 전면에, 액체 유로의 벽을 형성하려는 위치에 정렬하여 상기 유전체층(903)까지 도달하는 홈을 형성하는 단계,
B3. 상기 기판의 전면 및 상기 홈의 표면 위에 제1의 에칭 스톱층(920)을 형성하는 단계(도8a),
B4. 상기 기판 표면 위의 상기 제1의 에칭 스톱층(920)상에 에너지 발생 소 자(906) 및 이를 위한 구동 회로를 형성하는 단계,
B5. 상기 유전체층(903)에 대해 상기 SOI 기판의 이면으로부터 상기 유전체층(903)까지 뻗는 공급구(908)를 형성하는 단계,
B6. 상기 공급구(908)의 내면 상에 제2의 에칭 스톱층(921)을 형성하는 단계,
B7. 상기 유전체층(903)과 접촉하고 있는 상기 에칭 스톱층(921)의 부분을 선택적으로 제거하는 단계(도8b),
B8. 상기 유전체층(903)의 상기 공급구(908)내에 노출된 부분을 제거하는 단계,
B9. 상기 공급구(908)를 통해 상기 기판의 유전체층(903)과 상기 제1의 에칭 스톱층(920)으로 둘러싸인 부분을 등방적인 에칭 기술로 제거하는 단계, 및
B10. 상기 제1의 에칭 스톱층(920)을 에칭하여 토출구(910)를 형성하는 단계(도8c).
B1으로부터 B10까지의 단계에 의해 제조된 잉크 젯 프린트 헤드에서는, 제1의 에칭 스톱층(920)과 유전체층(903)으로 둘러싸인 부분이 에칭 기술에 의해 제거되어 유로(909)를 형성한다.
또한, 상기 제조 방법에 의해 제조된 잉크 젯 프린트 헤드에서는, 액체 유로의 벽으로 되는 영역에 제1의 에칭 스톱층(920)을 형성하여야만 한다. 이것은, 일반적으로 포토리소그래피 단계와, 반응성 이온 에칭(RIE)에 기반한 에칭 단계와, 내벽에 대해 실시되는 성막 단계가 필요하다. 이는 전체 프로세스를 번잡하게 하 는 결과를 가져온다.
또한, 단계 B4에서, 에너지 발생 소자와 이를 위한 구동 회로가 형성된다. 따라서, 형성되는 홈이 제1의 에칭 스톱층(920)으로 메워져야만 하며, 이 홈의 너비는, 예를 들어 대략 2㎛로 충분히 작아야 한다.
한편, 액체 유로의 기판면에 수직한 방향의 치수, 즉, 액체 유로의 깊이는, 최소한 10㎛가 바람직하다. 형성되는 홈은 고 애스팩트 비를 가져야만 한다. 이 경우에, 홈 형성에 장시간이 걸려 생산성이 높다고는 할 수 없다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 소기의 목적에 부응하는 액체 유로 형상을 가진 잉크 젯 프린트 헤드, 및 상기 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러므로, 본 발명은 잉크 토출구와, 상기 토출구로부터 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자와, 상기 토출구와 연통하는 잉크 유로와, 상기 유로와 연통하여 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구를 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법이며, 제1의 실리콘층과, 제2의 실리콘층과, 상기 제1의 실리콘층과 상기 제2의 실리콘층 사이에 제공된 유전체층을 가지는 SOI 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1의 실리콘층 위에 희생층을 형성하도록 실리콘에 대하여 선택적으로 에칭이 가능한 재료를 사용하는 단계와, 상기 희생층 위에 에칭 스톱층 을 형성하는 단계와, 상기 SOI 기판 표면 위에 에너지 발생 소자를 형성하는 단계와, 상기 잉크 공급구를 형성하도록 상기 제2의 실리콘층 및 상기 유전체층의 일부를 제거하는 단계와, 상기 유로를 형성하도록 상기 제1의 실리콘층에 대해 에칭을 실시하는 단계와, 상기 토출구를 형성하도록 상기 에칭 스톱층의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 잉크 젯 프린트 헤드는 액체 유로가 유전체층을 따라서 형성되는 것을 가능하게 한다. 이는 공급구와 액체 유로 사이의 연통부를 정밀도 높게 제조가능하게 하여주며 안정된 기판이 제공되게끔 하여준다. 또한, 소기의 목적에 부응하는 액체 유로 형상을 갖는 잉크 젯 프린트 헤드를 얻을 수 있다.
실시형태에 대한 (첨부 도면을 참조한) 이하의 설명으로부터 본 발명의 다른 특징이 분명하여 진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
(제1의 실시형태)
도1은 본 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 일부를 파단하여 보여주는 사시도이다. 잉크 젯 프린트 헤드(1)는, 모두 실리콘 기판(6) 상에 형성되어 있는 복수의 토출구(2)와, 액체 유로(3)와, 복수의 히터(4)와, 잉크 공급구(5)를 가지고 있다. 잉크가 잉크 공급구(5)로부터 액체 유로(3)에 공급되고, 각각의 액체 유로(3)에 제공되어 에너지 발생 소자의 역할을 하는 히터(4)의 열적 에너지에 의해 토출구(2)로부터 토출된다. 에너지 발생 소자(4)는 히터에 한정되지 않으며 압전 소자 등이 될 수도 있다. 본 실시형태의 경우에, 토출구(2) 각각은 에너지 발생 소자(4)들에 의해 둘러싸이거나, 또는 에너지 발생 소자(4)들 사이에 끼인 대응하는 영역에 제공된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 토출구가 대응하는 에너지 발생 소자(4)의 일방의 측에 인접하여 위치되어도 된다.
상기 잉크 젯 프린트 헤드는, 처리 장치와 복합적으로 조합된 산업용 프린팅 장치뿐만 아니라, 프린터, 복사기, 통신 시스템을 구비한 팩시밀리, 프린터부를 가지는 워드 프로세서 등의 장치에 탑재될 수 있다. 이 액체 토출 헤드는, 종이, 실, 섬유, 포제(布製), 피혁, 금속, 플라스틱, 유리, 목재 및 세라믹 등의 각종 인쇄 매체의 인쇄를 가능하게 한다. 본 명세서 중에서 사용되는“인쇄”라는 용어는, 문자나 도형 등의 의미를 가진 영상뿐만이 아니라, 패턴 등의 의미를 갖지 않는 영상을 인쇄 매체에 부여하는 것도 의미한다.
“잉크”또는“액체”라는 용어는 넓게 해석되어야 하며, 프린트 매체에 부여됨으로써 영상, 패턴 등의 형성, 프린트 매체의 가공, 또는 잉크나 프린트 매체의 처리에 제공되는 액체를 일컫는다. 여기서, 잉크 또는 프린트 매체의 처리는, 예를 들어, 프린트 매체에 부여되는 잉크 중의 색재의 응고 또는 불용화에 의한 정착성의 향상, 프린팅 품위나 발색성의 향상, 또는 영상 내구성의 향상을 의미한다.
도2a 내지 도2f는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 보여주는 단면도로서, 도 1에서의 ⅡF-ⅡF 에 따른 단면도이다.
우선, 도2a에 도시된 바와 같이, 제1의 단결정 실리콘층(201)과, 유전체층(203)과, 제2의 단결정 실리콘층(202)을 가지는 직경 150㎜의 SOI 기판(215)을 준비한다. 본 실시형태에서, 제1의 단결정 실리콘층(201)은 {100}면의 주표면(213)을 가지며, 두께는 25㎛이다. 유전체층(203)은 두께가 0.3㎛인 산화 실리콘층이다. 제2의 단결정 실리콘층(202)은 {100}면의 주표면(214)을 가지며, 두께는 600㎛이다.
도2a는, {100}면의 주표면(213)을 갖는 단결정 실리콘으로 만들어진 제1의 단결정 실리콘층(201)과, 유전체층(203)과, {100}면의 주표면(214)을 갖는 단결정 실리콘으로 만들어진 제2의 단결정 실리콘층(202)으로 형성된 SOI 기판(215)을 보여주는 도면이다.
다음으로, 제1의 단결정 실리콘층(201)이 존재하는 면(이하, 전면이라고도 부른다) 위에 희생층(204)을 구성하는 알루미늄층이 액체 유로의 형상에 따라 패턴닝된다. 희생층(204)은 코너 부분에 보상 패턴을 가짐으로써 후술하는 에칭이 적절하게 실시될 수 있게끔 한다. 즉, 액체 유로 형성부와 공급구 형성부 사이의 연통 부분에 보상 패턴을 형성함으로써, 예를 들어, 상기 액체 유로를 사절하는 벽인 리브의 선단이 형성되는 부분에서, 상기 희생층을 제한된 평면과 같은 형상으로 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 알칼리에 용해되는 알루미늄을 희생층(204)에 대해 사용하였다. 그러나, 다공성(porous) 실리콘, 임의의 다른 결정 실리콘, 아몰퍼스 실리콘 등이 사용되어도 된다. 이들 경우에 있어서는, 후술하는 SOI 기판 이면으로 부터 희생층(204)까지 SOI 기판을 에칭하는 단계와, 희생층(204)을 제거하여 액체 유로를 형성하는 단계를 일회의 결정 이방성 에칭 작업에 의해 실시할 수 있다.
희생층(204)은 산화 실리콘 등의 플루오르화수소에 의해 제거가능한 재료로만들어질 수 있다. 유전체층(203)은 질화 실리콘, 탄화 실리콘, 알루미나 등의 무기층으로 만들어질 수 있거나, 또는 플루오르화수소에 의해 쉽게 제거되지 않는 재료로 만들어질 수도 있다. 이 경우에, 후술하는 희생층(204)을 제거하는 단계에서 플루오르화수소가 사용될 수 있다.
다음으로, 희생층(204) 위에 에칭 스톱층(205)의 역할을 하는 질화 실리콘층이 형성된다. 그리고나서, 범용의 반도체 단계를 실시하여 액체를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자인 발열 저항체(206)와 그 구동 회로를 형성한다. 도금 등의 코팅 기술에 의해 상기 구동 회로 상에 추가의 막이 형성되어 오리피스 플레이트를 두텁게 하여도 된다. 두텁게 된 오리피스 플레이트는 토출구의 길이를 연장시킬 수 있고, 토출된 잉크의 직진성을 증대시킬 수 있다.
최상층 위에는 질화 실리콘에 의해 만들어진 발열 저항체(206)의 보호층(212)이 형성된다. 제2의 단결정 실리콘층(202)이 존재하는 면(이하, 이면이라고도 부름) 위에 산화 실리콘층(207)이 형성된다.
도2b는 이면 마스크층(207), 제2의 단결정 실리콘층(202), 유전체층(203), 희생층(204), 에칭 스톱층(205), 발열 저항체(206), 보호층(212)을 적층시킨 기판을 보여준다.
방열 소자로서의 금이, 보호층(212) 위에 후속하여 도금에 의해 추가의 층으 로 성장되어도 된다. 이 경우에, 드라이 필름을 토출구 형성 위치에 패턴닝하여 미리 형성하고, 도금 성장 후에 이 드라이 필름을 제거함으로써. 상기 토출구 형성 위치에 금이 존재하지 않게끔 할 수 있다.
다음으로, 환화(cyclised) 고무 수지를 기판 전면에 도포하여, 일시적인 보호 필름(211)을 형성한다. 산화 실리콘층에 대한 공급구가 형성될 이면 상의 영역을 에칭으로 제거한다. 제2의 단결정 실리콘층(202)에 대해 결정 이방성 에칭을 실시하여 유전체층(203)까지 에칭시킨다. 제2의 단결정 실리콘층(202)의 일부와 유전체층(203)의 일부를 제거함으로써 공급구(208)가 형성된다.
도2c는 유전체층(203)까지 공급구(208)가 형성된 기판을 보여주는 도면이다.
다음으로, 공급구를 통해 유전체층(203)이 제거된 후, 제1의 단결정 실리콘층(201)에 대해 결정 이방성 에칭을 실시하여, 희생층(204)인 알루미늄층까지 에칭이 진행되도록 결정 이방성 에칭을 실시한다.
도2d는 희생층(204)까지 에칭이 진행된 기판을 보여주는 도면이다.
희생층(204)의 패턴을 따라 액체 유로를 형성하면서 에칭을 계속하여 희생층(204)을 제거한다.
도2e는 유전체층(203)으로 형성된 저면을 갖는 액체 유로(209)가 희생층(204)의 패턴을 따라 형성되어 있는 기판을 보여주는 도면이다. 이 경우에, 액체 유로의 저면이 유전체층(203)으로 형성되거나 또는 액체 유로의 측면이 (111)면으로 형성된다.
마지막으로, 크실렌을 사용하여 환화 고무를 제거하고, RIE에 의해 에칭 스 톱층(205)인 질화 실리콘층이 에칭되어 토출구(210)를 형성한다.
도2f는, 토출구(210)가 형성된 기판을 보여주는 도면이다.
(제2의 실시형태)
도3a 내지 도3f는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 보여주는 단면도이다. 단면은 도2a 내지 도2f와 동일하다. 본 실시형태는, SOI 기판의 두 개의 단결정 실리콘층이 서로 다른 결정 방위를 갖는 실시형태에 해당한다.
먼저, 제1의 단결정 실리콘층과, 유전체층과, 제2의 단결정 실리콘층을 적층하여 제작된 직경 150㎜의 SOI 기판(314)을 준비한다. 본 실시형태에서, 제1의 단결정 실리콘층(301)은 {100}면의 주표면(312)을 갖는 단결정 실리콘층이며 두께는 25㎛이다. 유전체층(303)은 두께가 0.3㎛인 산화 실리콘층이다. 제2의 단결정 실리콘층(302)은 {110}면의 주표면(313)을 갖는 단결정 실리콘층이며 두께는 600㎛이다.
도3a는 {100}면의 주표면(312)을 갖는 단결정 실리콘으로 만들어진 제1의 단결정 실리콘층(301)과, 유전체층(303)과, {110}면의 주표면(313)을 갖는 단결정 실리콘으로 만들어진 제2의 단결정 실리콘층(302)으로 제조된 SOI 기판(314)을 보여주는 도면이다.
다음으로, 제1의 단결정 실리콘층(301)이 존재하는 면(이하, 전면이라고도 부른다) 위에, 희생층(304)을 구성하는 알루미늄층이 액체 유로의 형상에 따라서 패턴닝된다. 희생층(304)은 코너 부분에 보상 패턴을 가짐으로써, 후술하는 에칭 이 적절하게 실시될 수 있게끔 한다. 즉, 액체 유로 형성부와 공급구 형성부 사이의 연통 부분에 보상 패턴이 형성된다면, 예를 들어, 액체 유로를 사절하는 벽인 리브의 선단이 형성되는 부분에서, 상기 희생층을 제한된 평면과 같은 형상으로 할 수 있다.
희생층의 재료는 제1의 실시형태에서의 재료와 동일하다.
다음으로, 희생층(304) 위에 에칭 스톱층(305)과 유전체층의 역할을 겸하는 질화 실리콘층을 형성한다. 그리고나서, 범용의 반도체 단계를 실시하여 액체를 토출시키는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자인 발열 저항체(306)와 이를 위한 구동 회로를 형성한다. 이 구동 회로상에, 도금 등의 코팅 기술에 의해 추가의 필름을 형성하여 오리피스 플레이트를 두텁게 하여도 된다. 두터워진 오리피스 플레이트는 토출구의 길이를 연장시킬 수 있으며, 토출되는 잉크의 직진성을 증대시킬 수 있다.
최상층에는 질화 실리콘층이 형성된다. 제2의 단결정 실리콘층(302)이 존재하는 면(이하, 이면으로도 부름)에는 산화 실리콘층(307)이 형성된다.
구동 회로에 관해, 제1의 단결정 실리콘층(301) 위에 MOS 트랜지스터를 제공하는 것도 가능하다.
도3b는, 이면 마스크층(307), 제2의 단결정 실리콘층(302), 유전체층(303), 희생층(304), 에칭 스톱층(305), 발열 저항체(306) 그리고 질화 실리콘층(321)을 적층시킨 기판을 보여준다.
후속하여, 도금에 의해 금을 추가층으로 성장시켜도 된다. 이 경우에 드라 이 필름을 토출구 형성 위치에 패턴닝에 의해 미리 형성하고, 도금 성장 후에 이 드라이 필름을 제거함으로써 상기 토출구 형성 위치에 금이 존재하지 않게끔 할 수도 있다.
다음으로, 환화 고무 수지를 기판의 전면에 도포하여 일시적인 보호 필름을 형성한다(도시하지 않음). 산화 실리콘층에 대한 공급구를 형성하려는 이면 상의 영역을 에칭하여 제거한다. 그리고나서, 레이저에 의해, 패턴의 코너 부분에 유전체층 가까이 까지 하방으로 뻗는 가이드 구멍(311)을 형성한다. 이 가이드 구멍은 후술하는 결정 이방성 에칭 중에 이방성 에칭액에 대한 유로로서의 역할을 한다. 이 가이드 구멍은 에칭율을 증가시키며, 에칭이 가이드 구멍의 내면으로부터 개시되어지게 한다. 그러므로, 상기 가이드 구멍은 에칭 개시면을 결정할 수 있도록 하여준다. 제2의 단결정 실리콘층(302)은 유전체층(303)까지 결정 이방성 에칭이 실시되어 공급구를 형성한다.
도3c는 공급구(308)가 형성되어 있는 기판을 보여주는 도면이다.
다음으로, 공급구(308)를 통해 유전체층(303)이 제거된 후, 제1의 단결정 실리콘층(301)은 희생층(304)인 알루미늄층까지 도달하도록 결정 이방성 에칭을 거치게 된다.
도3d는 희생층(304)까지 에칭이 진행되어 있는 기판을 보여주는 도면이다.
에칭을 계속하여 희생층(304)을 제거하면서, 희생층(304)의 패턴을 따라 액체 유로를 형성한다. 이때, 액체 유로의 저면은 유전체층으로 형성되게 된다.
도3e는 희생층(304)의 패턴을 따라 액체 유로(309)가 형성된 기판을 보여주 는 도면이다.
마지막으로, 크실렌을 사용하여 환화 고무를 제거하고나서, RIE에 의해 에칭 스톱층(305)인 질화 실리콘층을 에칭하여 토출구를 형성한다.
도3f는 토출구(310)가 형성된 기판을 보여주는 도면이다.
도4의a 및 도 4의b는, 도3a 내지 도3f를 참조하여 설명된 본 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드를 보여주는 상면도, 및 일점 쇄선 ⅣB-ⅣB를 따른 단면도이다(도2a 내지 도2f와 동일). 도면 부호(311)는 제2의 단결정 실리콘층에 형성된 가이드 구멍이 존재하였던 위치를 보여주고 있다. 제2의 단결정 실리콘층(302)은 {100}면의 주표면(313)을 갖는다. 공급구(308)의 적어도 두 측면(315, 316)은 실질적으로 기판에 수직한 (111)면이 된다. 이것은 다수의 공급구(308)를 조밀하게 배치하는 것을 가능하게 한다. 이것은 다시 프린트 헤드의 사이즈에 있어서의 축소를 가능하게 한다. 1매의 실리콘 웨이퍼로부터 복수의 프린트 헤드를 얻도록 하는 경우, 보다 많은 프린트 헤드를 얻을 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도4의a 및 도4의b의 상면(토출구 형성면)도에 도시된 바와 같이, 공급구(308)의 홈의 단부는, 에칭 전에 가이드 구멍(311)이 미리 형성되어 있는 위치에 있다. 즉, 에칭 전에 가이드 구멍(311)을 형성하여 둠으로써, 에칭에 의한 형상을 결정할 수 있다.
제1의 단결정 실리콘층(301)은 {100}면의 주표면(312)을 갖는다. 액체 유로(309)는 실질적으로 (111)면으로 되는 적어도 세 측면(예시적으로 317, 318, 319)을 갖는다.
구동 회로가 제1의 단결정 실리콘층(301)에 MOS 트랜지스터를 구비하는 경우에, {100}면의 주표면을 갖는 상기 단결정 실리콘 상에 제공된 MOS 트랜지스터가 전자 이동도에 기인하여 축소된 표면적을 가질 수 있다. 이것은 프린트 헤드의 사이즈에 있어서의 축소를 더욱 가능하게 한다.
본 실시형태는 {100}면의 주표면(312)을 갖는 제1의 단결정 실리콘층(301)과, {110}면의 주표면(313)을 갖는 제2의 단결정 실리콘층(302)을 사용한다. 그러나, {110}면의 주표면을 갖는 제1의 단결정 실리콘층과, {100}면의 주표면을 갖는 제2의 단결정 실리콘층을 사용하여도 된다. 즉, 제1의 단결정 실리콘층(301)과 제2의 단결정 실리콘층(302)의 적어도 일방에 대해 {110}면의 주표면을 갖는 단결정 실리콘을 사용함으로써 기판에 수직한 (111)면을 형성하는 것이면 된다. 제1의 단결정 실리콘층에 대해 {110}면의 주표면을 갖는 단결정 실리콘층을 사용함으로써, 액체 유로를 에칭에 의해 형성하는 때에, 기판에 수직한 (111)면을 형성하는 것이 가능하다. 이것은 토출구를 조밀하게 배치가능하게 하고, 프린트 헤드의 각 토출구 표면의 면적을 축소시키는 것이 가능하다.
(제3의 실시형태)
제2의 실시형태에서는, 제1의 단결정 실리콘층과 제2의 단결정 실리콘층이 제각기 {100}면 및 {110}면의 주표면을 가진다. 그러나, 본 발명은 이 같은 단결정 실리콘층의 조합으로 한정되지 않는다.
본 실시형태에서는, 제1의 단결정 실리콘층이 {110}면의 주표면을 가지며, 제2의 단결정 실리콘층이 {110}면의 주표면을 가진다. 이것은 액체 유로가 조밀하 게 배열될 수 있도록 한다.
도5a 내지 도5f는, 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법을 보여주는 단면도들이며, 그 단면은 도2a 내지 도2f와 동일하다.
도5a는, {110}면의 주표면(512)을 가지며 두께가 25㎛인 제1의 단결정 실리콘층(501)과, 유전체층(503)과, {110}면의 주표면(513)을 또한 가지며 두께가 600㎛인 제2의 단결정 실리콘층(502)으로 형성되는 직경 150㎜의 SOI 기판을 보여주는 도면이다.
도5b는, 제1의 실시형태의 경우와 마찬가지로, 이면 마스크층(507)과, 제2의 단결정 실리콘층(502)과, 유전체층(503)과, 희생층(504)과, 에칭 스톱층(505)과, 발열 저항체(506)와 질화 실리콘층이 적층된 기판을 보여주고 있다.
도5c는, 제1의 단결정 실리콘층(501)에 공급구(508)가 형성되어 있는 기판을 보여주는 도면이다.
도5b 내지 도5f는, 액체 유로(509)를 형성하는 단계를 보여주는 도면이다. 도5e에 도시된 바와 같이, 기판 표면에 대해서 대략 15°로 경사지는 측면(515)을 가진 액체 유로(509)가 에칭에 의해 형성되게 된다.
도6의a 및 도6의b는, 도5a 내지 도5f를 참조하여 설명하는 본 실시형태에 따른 기판의 상면도 및 단면도로서, 도6의b는 도6의a의 일점 쇄선 ⅥB-ⅥB를 따른 단면도이다. 도면 부호(511)는 제2의 단결정 실리콘층에 형성된 가이드 구멍이 존재하였던 위치를 나타내고 있다.
액체 유로(509)는 실질적으로 (111)면으로 된 적어도 두 개의 평행한 측 면(515, 518)을 가지고 있다. 이 경우에, (111)면이 공급구(508)의 측면(516, 517)과 액체 유로 사이의 벽을 구성하도록 각층의 결정 방위가 선택되어 있다. 이에 의하여, 사이즈가 축소된 프린트 헤드와 조밀하게 배열된 액체 유로를 제조할 수가 있다.
(제4의 실시형태)
본 실시형태에 따른 기판은, 도3a에 도시된 상태에서, 제1의 단결정 실리콘층(301)으로부터 유전체층(303)까지 가이드 구멍이 형성되는 제2의 실시형태에 따른 기판에 해당한다. 레이저, RIE, 이온 밀링 등에 의해, 희생층 패턴의 코너부가 위치하게 되는 부분과 공급구의 바로 위에 놓인 제1의 단결정 실리콘층의 일부분에 유전체층 가까이 까지 하방으로 뻗는 가이드 구멍을 형성한다. 이에 의하여, 특히, 액체 유로의 저면 및 내면의 형상을 소망하는 것으로 할 수 있다.
제2의 실시형태에 따른 액체 유로는, 그 액체 유로가 기판 표면에 대하여 수직한 (111)면과, 기판 표면에 대하여 대략 15°로 경사져 있는 (111)면에 의해 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 가이드 구멍이 더 형성되어 에칭 개시면을 결정하는데 사용된다. 그 결과, 제2의 실시형태에 따라 기판 표면에 대하여 대략 15°로 경사진 (111)면을 기판 표면에 대하여 수직으로 할 수 있다.
도7의a 및 도7의b는, 본 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 상면도 및 단면도로서, 그 단면도는 일점 쇄선 ⅦB-ⅦB를 따른 것이다. 도면 부호(711)는 제2의 단결정 실리콘층에 형성된 가이드 구멍이 존재하였던 위치를 보여준다. 도면 부호(712)는 제1의 단결정 실리콘층에 형성된 가이드 구멍이 존재하였던 위치를 보 여준다. 가이드 구멍(712)을 형성함으로써, 도6에 도시된, 기판 표면에 대하여 대략 15°로 경사져 있는 (111)면에 상당하는 액체 유로의 벽면을, 도7에 도시된 벽면(715) 처럼, 기판 표면에 대하여 수직으로 할 수가 있다. 이에 의하여, 액체 유로의 체적을 변경하지 않고서도 액체 유로의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 프린트 헤드의 사이즈를 보다 축소할 수 있다.
예시로서의 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시로서의 실시형태들로 한정되지 않음을 알아야한다. 다음의 청구의 범위는, 그러한 모든 변형예 및 등가의 구성 및 기능을 아우르도록 가장 넓게 해석되어야만 한다.
본 발명은 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법에 산업상 이용가능성을 갖는다.
도1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드를 보여주는 도면이다.
도2a 내지 도2f는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 단계를 보여주는 도면이다.
도3a 내지 도3f는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 단계를 보여주는 도면이다.
도4의a 내지 도4의b는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드를 보여주는 도면이다.
도5a 내지 도5f는 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 단계를 보여주는 도면이다.
도6의a 및 도6의b는 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드를 보여주는 도면이다.
도7의a 및 도7의b는 본 발명의 제4의 실시형태에 따른 잉크 젯 프린트 헤드를 보여주는 도면이다.
도8a 내지 도8c는 잉크 젯 프린트 헤드를 제조하는 종래의 방법을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 잉크 젯 프린트 헤드 2: 토출구
3: 액체 유로 4: 히터, 에너지 발생 소자
5: 공급구 6: 실리콘 기판
201, 301: 제1의 단결정 실리콘층
202, 302: 제2의 단결정 실리콘층
203, 303: 유전체층
204, 304: 희생층
205, 305: 에칭 스톱층
212: 보호층
215, 314: SOI 기판
306: 발열 저항체
311: 가이드 구멍
321: 질화 실리콘층

Claims (12)

  1. 잉크 토출구와, 상기 토출구로부터 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자와, 상기 토출구와 연통하는 잉크 유로와, 상기 유로와 연통하여 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구를 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법이며,
    제1의 실리콘층과, 제2의 실리콘층과, 상기 제1의 실리콘층과 상기 제2의 실리콘층 사이에 제공된 유전체층을 가지는 SOI 기판을 준비하는 단계와,
    상기 제1의 실리콘층 위에 희생층을 형성하도록 실리콘에 대하여 선택적으로 에칭이 가능한 재료를 사용하는 단계와,
    상기 희생층 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계와,
    상기 SOI 기판 표면 위에 에너지 발생 소자를 형성하는 단계와,
    상기 잉크 공급구를 형성하도록 상기 제2의 실리콘층 및 상기 유전체층의 일부를 제거하는 단계와,
    상기 유로를 형성하도록 상기 제1의 실리콘층에 대해 에칭을 실시하는 단계와,
    상기 토출구를 형성하도록 상기 에칭 스톱층의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체층은 플루오르화수소에 융해가능한 재료를 사용 하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 실리콘층과 상기 제2의 실리콘층은 서로 다른 결정 방위를 갖는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 실리콘층은 {110}면의 주표면을 갖는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 잉크 토출구와, 상기 토출구로부터 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자와, 상기 토출구와 연통하는 잉크 유로와, 상기 유로와 연통하여 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구를 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법이며,
    제1의 실리콘층과, 상기 제1의 실리콘층의 결정 방위와 서로 다른 결정 방위 를 갖는 제2의 실리콘층과, 상기 제1의 실리콘층과 상기 제2의 실리콘층 사이에 제공되는 유전체층을 가지는 SOI 기판을 준비하는 단계와,
    상기 제1의 실리콘층 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계와,
    상기 에칭 스톱층 위에 상기 에너지 발생 소자를 형성하는 단계와,
    잉크 공급구를 형성하기 위해 상기 제2의 실리콘층으로부터 상기 유전체층을 향하여 에칭이 진행하도록 결정 이방성 에칭을 실시하는 단계와,
    상기 공급구로부터 노출되는 상기 유전체층의 일부를 제거하는 단계와,
    상기 유로를 형성하도록 상기 제1의 단결정 실리콘층에 대해 결정 이방성 에칭을 실시하는 단계와,
    상기 에칭 스톱층의 일부에 상기 토출구를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 잉크 공급구를 형성하는 단계는 상기 제2의 실리콘층에 결정 이방성 에칭 용액(etchant)을 위한 가이드 구멍을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
  12. 잉크 토출구와, 상기 토출구로부터 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자와, 상기 토출구와 연통하는 잉크 유로와, 상기 유로와 연통하여 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구를 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법이며,
    실리콘 기판을 준비하는 단계와,
    실리콘에 대하여 선택적으로 에칭이 가능한 재료를 사용하여 희생층을 형성하는 단계와,
    상기 희생층 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계와,
    상기 에칭 스톱층의 상기 희생층을 덮은 영역 위에 상기 에너지 발생 소자를 형성하는 단계와,
    피에칭 영역을 상기 희생층에 도달시키도록 상기 희생층이 형성되어 있는 표면의 반대측에 놓인 실리콘 기판의 표면으로부터 상기 실리콘 기판을 에칭하고, 상기 유로와 상기 공급구를 형성하도록 상기 희생층을 제거하는 단계와,
    상기 에칭 스톱층의 일부를 제거하여 상기 토출구를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법.
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