KR101248344B1 - 액체 토출 헤드 및 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

액체 토출 헤드는, 액체를 토출하는 데에 사용되는 에너지를 발생하기 위한 소자를 구비하는 Si 기판과, Si 기판을 제1면으로부터 이면까지 관통하여 소자에 액체를 공급하도록 제공되는 액체 공급구를 포함한다. 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법은, 면방위가 {100}인 Si 기판의 이면에 제1면에 대향하는 복수의 오목부들을 Si 기판의 <100> 방향을 따라 열들로 정렬되도록 형성하는 단계; 및 Si 기판의 {100}면의 에칭 속도가 Si 기판의 {110}면의 에칭 속도보다 느린 에칭액을 사용하여 오목부들을 통하여 Si 기판에 결정축 이방성 에칭을 행함으로써 복수의 액체 공급구들을 형성하는 단계를 포함한다.

액체 토출 헤드, 결정축 이방성 에칭, Si 기판, 액체 공급구

Description

액체 토출 헤드 및 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법{LIQUID DISCHARGE HEAD AND METHOD OF MANUFACTURING A SUBSTRATE FOR THE LIQUID DISCHARGE HEAD}

본 발명은 액체 토출 헤드 및 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관련된다.

도 9는 잉크젯 프린트 방식에서 사용되는 전형적인 액체 토출 헤드를 모식적으로 나타내는 도면이다. 액체 토출 헤드는, Si 기판 상에 액체를 토출하기 위한 미세한 토출구들(103), 토출구들(103)을 연결하기 위한 유로들(104), 및 유로들(104)의 일부에 제공되는 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)을 구비한다. Si 기판 상에는 유로들(104)에 연결되는 공급구(701)가 형성된다. 액체 토출 헤드는, 예를 들어 USP6137510에 개시된 방법에 의해 제조된다.

JP 공개 특허 2007-210242호에는, 공급구들을 형성하는 방법으로서, 레이저 가공에 의해 기판에 선도 구멍(guide hole)들을 형성하고, 그 후 실리콘 결정축 이방성 에칭을 행해서 공급구들을 형성하는 방법이 개시된다.

한편, 도 12에 나타낸 바와 같이, 토출구들(103)에 연결되고, 에너지 발생 소자들(101)에 대하여 대칭적으로 배치된 유로들(104), 및 독립 공급구들(105)을 포함하는 액체 토출 헤드를 상정했을 경우에는 이하의 문제들이 고려될 수 있다.

여기서, 독립 공급구는, 토출구(103)에 연결되는 유로(104)에, 독립적으로 연결되는 공급구를 나타낸다. 또한, 부유로(sub flow path)는, 토출구(103)에 대하여 대칭적인 2 방향으로 유로들(104)이 연결되어 있는 유로를 나타낸다. 또한, 독립 공급구들 사이에 끼워져 있는 기둥 형상의 Si(이하, Si 기둥이라고 한다)(106)에서, 전기 배선들이 액체 토출 에너지 발생 소자로 라우팅될 수 있다.

또한, 본 명세서에서는 밀러 지수를 사용해서 결정 방위가 설명될 것이다. 결정학적으로 등가인 면들, 예를 들어 (100)과 (010)을 {100}으로 표기한다. 또한, 결정학적으로 등가인 방위들, 예를 들어 [100]과 [010]을 <100>으로 표기한다.

도 12에 나타낸 형상을 갖는 액체 토출 헤드의 독립 공급구(105)를 제조하기 위해서, JP 공개 특허 2007-210242호 공보에 개시된 방법을 사용하면, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 공급구 단면이 마름모 형상으로 형성된다. 공급구의 개구부는 작게 형성될 수 있지만, 독립 공급구들이 고밀도로 형성되는 경우, 가장 근접한 2개의 공급구들 사이의 Si 기둥의 폭이 좁아져, 헤드의 강도가 약해질 수 있다. 또한, 액체 토출 에너지 발생 소자로부터 발생한 열에너지를 효율적으로 기판측에 방열하는 것이 어려워지는 경우가 있을 수 있어, 개선들이 요구된다.

선도 구멍들을 형성한 후에 Si 결정축 이방성 에칭을 행하고, 공급구들의 벽들을 {110}면 상에 형성하는 사례가 개시된다. 이것은, 통상적인 공통 액실인 공간을 형성하기 위해서, Si 결정축 이방성 에칭에 의해 홈이 <110> 방향으로 양호한 정밀도로 쉽게 형성되기 때문이다(도 13 참조). 이러한 이유 때문에, 종래 기술에 따른 액체 토출 헤드의 토출구들은 일반적으로 <110> 방향으로 정렬된다.

그런데, 많은 조건들 하에서, {110}면의 Si 결정축 이방성 에칭 속도는, 다른 전형적인 결정 방위인 {100}면이나 {111}면의 에칭 속도보다 빠른 것이 공지되어 있다. 이러한 이유 때문에, 종래 기술에 따라 <110> 방향으로 정렬된 토출구들에 대응하는 독립 공급구들을 <110> 방향을 따라서 형성하면, 가장 근접한 2개의 공급구 사이의 Si 기둥의 폭이, <110> 방향으로의 빠른 에칭 속도에 의해 원하는 폭보다 좁게 형성될 수 있는 우려가 있다.

본 발명은 이상의 과제들을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, Si 기판에 제공된 공급구들 중, 인접하는 공급구들 사이의 Si의 부분들이 적절한 폭을 갖도록 형성되는 액체 토출 헤드를 제공하는 것이 하나의 목적이다. 또한, 다른 목적은 액체 토출 헤드를 높은 정밀도로 얻는 것이 가능한, 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일례는, 액체를 토출하기 위해 사용되는 에너지를 발생하는 소자를 제1면 상에 구비하는 Si 기판과, Si 기판을 제1면으로부터 그 이면까지 관통하여 소자에 액체를 공급하도록 제공되는 액체 공급구를 포함하는 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법이다. 그 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법은, 면방위가 {100}인 Si 기판의 이면에 제1면에 대향하는 복수의 오목부들을 Si 기판의 <100> 방향을 따라 열들로 정렬되도록 형성하는 단계; 및 Si 기판의 {100}면의 에칭 속도가 Si 기판의 {110}면의 에칭 속도보다 느린 에칭액을 사용하여 오목부들을 통하여 Si 기판에 결정축 이방성 에칭을 행함으로써 복수의 액체 공급구들을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일례는, 액체 토출 헤드이다. 본 발명의 액체 토출 헤드는, 면방위가 {100}이고, 토출구로부터 액체를 토출하기 위해 사용될 에너지를 발생하는 소자를 제1면에 구비하는 Si 기판; 및 토출구와 연통하는 액체 유로와 연통하여, 액체 유로에 액체를 공급하도록 제1면으로부터 그 이면까지 Si 기판을 관통하도록 제공되는 복수의 액체 공급구들을 포함하고, 서로 가장 근접한 제1 액체 공급구 및 제2 액체 공급구가 Si 기판의 <100> 방향을 따라 정렬되고, {100}면인 제2 액체 공급구의 벽면이, {100}면인 제1 액체 공급구의 벽면의 이면에 제공된다.

본 발명에 따르면, Si 기판에 제공된 공급구들 중, 인접하는 공급구들 사이의 Si 부분들이 적절한 폭을 갖도록 형성되는 액체 토출 헤드를 제공할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징들은 첨부 도면들을 참조하여 이하의 예시적인 실시예들의 설명으로부터 명확해질 것이다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명에 따라 제조된 액체 토출 헤드를 토출면측에서 관찰했을 때의 모식도이다. 도 2는, 도 1의 A-A’선을 따라 취해진 액체 토출 헤드의 횡단면을 나타내는 사시도이다. 표면에 {100}면을 갖는 Si 기판(100) 상에, 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)이 제공된다. 또한, 노즐 재료(102)를 사용해서 액체를 토출하기 위한 토출구들(103) 및 액체를 유지하는 유로들(104)이 형성되어 있다. 또한, 유로들(104)에 연결된 복수의 공급구들(105)이 Si 기판(100)에 형성된다.

본 발명의 형태를, 도 3a 내지 도 3c, 도 4 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명할 것이다. 도 3a 내지 도 3c는, 도 1의 A-A’선을 따라 취해진 액체 토출 헤드의 횡단면들(좌측의 도면들)과 B-B’선을 따라 취해진 액체 토출 헤드의 횡단면들(우측의 도면들)을, 공정들의 순서대로 나타내는 모식도이다.

우선, 기판(300)을 준비한다(도 3a를 참조). 기판(300)에서, {100}면을 갖는 Si 기판(100) 상에 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)이 제공되고, 토출구들(103) 및 유로들(104)이 형성된다. 또한, 기판(300)에는 패시베이션 막(301)이 제공된다. 패시베이션 막(301)은 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)을 구동시키기 위한 트랜지스터의 제조 공정 등으로 형성된 막이다. 또한, 성분으로서, 패시베이션막(301)은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 또는 그들의 적층 구조로 형성된다. 패시베이션 막(301)은 Si 기판(100)의 표면 전체에 형성될 수도 있고, 또는 일부 부분들이 부분적으로 제거되는 구조로 형성될 수도 있다.

또한, 기판(300)의 토출구들(103) 및 유로들(104)은, 종래 기술에 따른 방법에 의해 제조될 수 있다. 이 때, 도 4에 나타낸 바와 같이, {100}면의 Si 기판(100) 상에 토출구 어레이의 길이 방향이 <100> 방향이 되도록 칩들이 정렬된다.

다음에, 레이저 빔을 사용하여 Si 기판의 이면(유로들(104)이 형성되는 표면과 반대의 표면)으로부터 Si 기판(100)을 제거함으로써 선도 구멍들(302)을 형성한다(도 3b 참조, 제1 Si 제거 공정). 이 때, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들(302) 이 Si 기판(100)의 결정축 <100> 방향으로 정렬되도록 오목부들로서의 선도 구멍들(302)이 형성된다.

이 때, 레이저 가공에 의해 형성될 깊이는 패시베이션 막(301)에 도달하지 않도록 제어될 필요가 있다. 왜냐하면, 레이저 가공이 패시베이션 막(301)에 도달할 때, 패시베이션 막(301)과 그 위에 형성된 노즐 재료(102)가 일부 경우들에서 손상될 수 있기 때문이다. 또한, 가공된 깊이의 값은, 레이저 가공에 의해 형성된 깊이 편차를 고려해서 결정된다. 오목부로서의 선도 구멍(302)의 선단 부분과 패시베이션 막(301) 사이의 간격은 5μm이상인 것이, 레이저 가공에서 노즐 재료(102)의 손상을 방지하는 관점에서 바람직하다.

레이저 가공에서 사용되는 레이저 빔으로서는, Si 기판을 효과적으로 제거할 수 있는 것인 한, 파장, 펄스 시간, 레이저 조사 스폿의 형상이 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예의 경우에, 레이저 조사 스폿의 형상은 일반적으로 원형이며, 이것이 비용면에서 바람직하다. 레이저 조사 스폿의 형상으로서 원형이 사용될 때, 형성될 선도 구멍(302)의 직경은 15μm 내지 35μm 범위인 것이 적합하다. 또한, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들(302) 사이의 Si 기둥의 폭은, 50μm 내지 70μm 범위인 것이 바람직하다. 이것은 후술될 제2 Si 제거 공정에 의해 공급구들을 고밀도로 형성할 수 있고, 또한 획득되는 액체 토출 헤드의 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

다음에, 수산화 테트라메틸암모늄(TMAH) 기재의 에천트(에칭액)를 사용하여, Si 결정축 이방성 에칭을 행함으로써, 공급구의 공간의 일부를 패시베이션 막(301) 에 도달시킨다(제2 Si 제거 공정).

이 때, {100}면의 에칭 속도가 {110}면의 에칭 속도보다도 느린 조건 하에서 에칭을 행한다. 이러한 에칭 속도의 조건은, TMAH 농도 또는 온도 등의 다양한 파라미터들을 적절하게 조정하는 것에 의해 만족될 수 있다. 예를 들어, TMAH 농도가 17.5% 내지 25% 범위이고, 에칭 온도가 70℃ 내지 90℃일 경우, 에칭 속도의 조건이 바람직하게 만족될 수 있다.

또한, Si 결정축 이방성 에칭의 에천트는 TMAH 용액에 한정되지 않는다. TMAH 또는 KOH(수산화 칼륨)등의 알칼리 용액 기재 에천트 이외에, {100}면의 에칭 속도가 {110}면의 에칭 속도보다 느린 것을 만족시키는, 결정면 에칭 속도를 갖는 에천트인 한, 에천트는 제한되지 않는다.

그 후, 유로들(104)에 연결된 독립 공급구들(105)을 형성하도록, 화학적 에칭이나 습식 에칭에 의해 이면으로부터 패시베이션 막(301)을 제거한다(도 3c 참조).

여기서, Si 결정축 이방성 에칭에 의해 공급구가 형성되는 과정을, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 상세하게 설명할 것이다. 도 5a 내지 도 5c는 기판의 이면에서 관찰했을 때 액체 토출 헤드를 나타내는 모식도이다. 기판 표면에 형성된 토출구들 및 유로들을 점선으로 나타낸다.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 표면 상에 형성된 유로들이 연결될 수 있는 Si 기판의 위치들에 이면으로부터 레이저 가공을 행하여, 선도 구멍들(302)을 형성한다. 이 때, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들이 Si 결정축에 대하여 <100> 방향으로 정렬되도록 형성된다.

다음에, {100}면의 에칭 속도가 {110}면의 에칭 속도보다 느린 조건 하에서 Si 결정축 이방성 에칭을 행한다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 에칭 속도가 느린 {100}면이 독립 공급구(105)의 측면으로서 형성된다.

또한, 전술된 <100> 방향으로 배열되도록 선도 구멍들(302)을 형성하는 것은, 모든 가공 중심들이 <100> 방향으로 정렬된다는 것을 의미하지 않는다. Si 결정축 이방성 에칭을 행한 후에, 독립 공급구들(105) 사이의 거리가 <100> 방향으로 정의되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 2개의 선도 구멍들(302)의 중심 위치들이 <100>축으로부터 어긋날 수 있다.

이 때, 공급구들 사이의 Si 기둥의 폭은, 도 3c에 나타낸 W1 또는 W2로서 표현될 수 있다. 그 후, Si 기둥의 폭 W1 또는 W2는, 결정축 이방성 에칭에 의해 발생된 {100}면의 거리에 의해 결정된다.

공급구들(105)이 고밀도로 형성될 필요가 있기 때문에, 전형적으로 공급구들(105)의 어레이의 길이 방향에 대한 피치가 좁아져서, W1이 W2보다 작게 된다.

몇몇 경우들에서, 폭 W1을 갖는 Si 기둥의 표면에서는, 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)과, 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)을 구동하기 위한 반도체 소자들을 전기적으로 접속하도록 배선들이 형성될 수 있다. 또한, Si 기둥은, 액체 토출 에너지 발생 소자들(101)로부터 발생한 열을 기판측에 전달함에 있어서 주요한 역할을 한다.

구조적 강도, 전기적 신뢰성, 및 열 안정성의 관점에서, 가능한 한 큰 값을 갖도록 W1을 안정적으로 형성하는 것이 적합하다. 본 실시예에 따르면, 공급구들 사이의 Si 기둥의 폭이 느린 에칭 속도를 갖는 {100}면에 의해 정의되기 때문에, Si 기둥의 폭이 크게 형성되기 쉬울 수 있다는 효과가 있다. 본 실시예에 있어서, 예를 들어, W1이 35μm 내지 50μm의 범위인 것이, 공급구들(105)을 고밀도로 형성할 수 있고, 또한, 액체 토출 헤드의 강도 및 안정성이 높기 때문에 바람직하다.

또한, 깊이 방향의 가공면과 수평 방향의 가공면이 둘 다 {100}면이기 때문에, 이들 가공면들은 에천트의 농도, 온도 및 불순물들에 의해 야기되는 에칭 속도 변화에 의해 거의 영향 받지 않는다. 그리하여, 공급구들의 구조를 안정적으로 형성하기 쉽다고 하는 효과가 획득될 수 있다.

따라서, 양호한 수율로 제조될 수 있는 액체 토출 헤드에 의해 인쇄 품질이 양호하게 획득될 수 있다.

(실시예 2)

도 6a 내지 도 6c를 참조하여 실시예 2를 설명할 것이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 1의 A-A’선을 따라 취해진 횡단면들(좌측의 도면들) 및 B-B’선을 따라 취해진 횡단면들(우측의 도면들)을 공정들의 순서대로 나타낸 모식도들이다.

우선, 희생층(601)을 구비한 기판(600)을 준비한다(도 6a 참조). 기판(600)에는, Si 결정축 이방성 에칭을 행할 때 등방적으로 에칭되는 희생층(601)이 제공된다. 또한, 희생층(601)은 원하는 크기로 패터닝된다. 희생층(601)으로서는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속막, 다결정 Si막, 또는 다공성 산화 Si막을 채용할 수 있다.

그 다음에, 기판의 이면측으로부터, 선도 구멍들(602)을 형성한다(도 6b 참조). 선도 구멍들(602)을 형성하는 방법으로서는, 레이저 가공이나 드라이 에칭을 채용할 수 있다. 본 실시예에서는, 드라이 에칭에 의해 행해지는 가공예가 설명될 것이다.

희생층(601)의 에칭 속도 또는 패시베이션 막의 에칭 속도가, Si 기판의 에칭 속도보다 충분히 느릴 때에는, 희생층(601) 혹은 패시베이션 막까지 도달하도록 선도 구멍들(602)을 형성할 수 있다. 전기 도전성 희생층을 사용할 때, 기판 차지 업에 의해 야기되는, Si 기판 에칭 가공 시의 형상 불량이 효과적으로 억제되는 것을 기대할 수 있다.

또한, 선도 구멍들(602)은 포토리소그래피 기술을 사용하여, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들(602)이 Si 결정축 <100> 방향으로 정렬되도록 형성된다. 기판 표면에 평행하게 보았을 때 선도 구멍(602)의 횡단면 형상은, 횡단면 영역이, 유로들이 형성되는 기판 측에 패터닝되는 희생층(601)의 범위 내로 되는 한, 원형이나 직사각형에 한정되지 않는다.

그 다음에, 전술한 실시예 1과 마찬가지로 Si 결정축 이방성 에칭을 행한다. 이 때, 희생층(601)도 동시에 제거된다. 그 후, 유로들에 연결되는 독립 공급구들을 형성하도록, 화학적 에칭이나 드라이 에칭에 의해 이면으로부터 패시베이션 막을 제거한다(도 6c 참조).

희생층(601)이 형성된 영역에서도, 공급구들의 일부로서 공간이 형성된다. 그 결과, 기판 표면 측의 공급구들의 단부들이 희생층(601)의 패터닝 형상에 의해 정의된다. 이러한 이유 때문에, 희생층(601)을 사용함으로써, 기판 표면 측의 공급구들의 개구들의 위치들을, 높은 정밀도로 효율적으로 형성할 수 있다.

또한, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 독립 공급구 횡단면 형상은, 결정축 이방성 에칭의 조건들, 희생층(601)의 패턴 및 희생층(601)의 에칭 속도 등의 다수의 파라미터들에 따라 상이하나, 본 발명은 이러한 형상들로 한정되지 않는다.

(실시예 3)

도 7a 내지 도 7c 및 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 실시예 3을 설명할 것이다. 도 7a 내지 도 7c는 도 8b의 A-A’ 선을 따라 취해진 횡단면들(좌측의 도면들) 및 B-B’ 선을 따라 취해진 횡단면들(우측의 도면들)을 나타내는 모식도들이다.

전술한 실시예 1과 마찬가지로 기판을 준비한다. 본 실시예의 경우에, 기판은 희생층을 구비하거나 구비하지 않을 수 있다.

기판의 이면에 공통 액실이 되는 공간(701)의 위치에 대응하도록 에칭 레지스트층(700)을 패터닝한다(도 7a). 그 후, 공통 액실이 되는 공간(701)을 형성하도록 에칭에 의해 Si 기판을 제거한다.

공통 액실이 되는 공간(701)을 형성하는 에칭 방법으로서는, Si 결정축 이방성 에칭이나 드라이 에칭을 채용할 수 있다. 에칭 레지스트층(700)은 선택된 에칭 방법에 적합한 재료를 적절하게 선택함으로써 형성될 수 있다.

드라이 에칭을 채용할 때, 공통 액실로서의 공간(701)이 높은 수직성을 가질 수 있고 칩 축소가 실현될 수 있다. 또한, Si 결정축에 상관없이 배열이 이루어질 수 있다. 그리하여, 설계의 유연성이 증가될 수 있다. 설계의 유연성이 증가될 수 있다는 장점이 있다. 본 실시예의 경우에, 실시예 1과 같이 도 4의 배열로 Si 기판을 준비할 수 있다.

또한, Si 결정축 이방성 에칭을 채용하는 경우, 단순하고 생산성이 높게 제조하는 것이 가능하다. 그러나, Si 결정축 이방성 에칭에 의해 노출되는 {111}면의 각도로 인하여, 토출구들의 어레이의 길이 방향이 <110> 방향으로 제한된다. 그리하여, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8b에 나타낸 바와 같이, 토출구들, 유로들, 및 독립 공급구들이, 기판의 박화된 영역(702) 상에 비스듬하게 정렬될 수 있다.

공통 액실로서의 공간(701)을 형성한 후, 기판의 박화된 영역(702) 상에, 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로 독립 공급구들을 형성한다(도 7b 및 도 7c 참조). 그리하여, 적어도 두 개 이상의 독립 공급구들이 연결된 공통 액실로서 공간(701)이 형성된다. 독립 공급구들은 깊이 방향으로 짧기 때문에, 선도 구멍들은 가공될 때 가공 형상의 애스팩트비가 작고, 가공된 형상의 정밀도 또는 택트 성능(tact performance)이 효과적으로 증가된다.

이하, 본 발명에 따른 예들을 설명하지만, 본 발명은 이것들로 한정되지는 않는다.

(예 1)

도 10a 내지 도 10f는 본 예의 액체 토출 헤드의 제조 방법을 나타낸다.

우선, {100}면을 포함하고, 액체를 토출하기 위한 히터 및, 히터를 구동하고 제어하기 위한 반도체 소자를 구비한 Si 기판을 준비했다(도 10a 참조).

N-메틸-피롤리돈을 용매로서 사용하는 폴리에테르 아미드(700)를 스핀 코팅에 의해 웨이퍼의 이면에 막으로서 형성하고, 또한 포지티브 레지스트를 웨이퍼의 이면에 도포했다. 포트리소그래피 기술을 사용해서 웨이퍼의 이면 상의 포지티브 레지스트를 패터닝한 후, 화학적 드라이 에칭을 행하여 폴리에테르 아미드 층의 일부를 제거하고, 그 후 포지티브 레지스트를 박리했다(도 10b 참조).

웨이퍼 표면 상에, 폴리 메틸이소프로페닐 케톤을 함유하고, 잉크 유로를 형성하기 위한 형재(mold material)(1001)로서 기능하는 레지스트를 도포하고, 그 후 노광 및 현상을 행하고 패터닝했다(도 10c 참조).

그 다음에, 오리피스 플레이트를 형성하기 위해 감광성 에폭시(102)를 도포하고, 그 후 토출구를 형성하도록 노광 및 현상에 의해 패터닝했다(도 10d 참조).

그 후, 형성된 오리피스 플레이트를 보호하기 위해서, 웨이퍼 표면 및 주위 부분에 고무 수지로 이루어지는 보호막(1002)을 도포했다.

그 후, 이면에 패터닝된 폴리에테르 아미드를 레지스트로서 사용하고, 22wt%의 수산화 테트라 메틸 암모늄(TMAH)을 에천트로서 사용하여, 기판의 남은 막 두께가 125μm로 되도록 결정축 이방성 에칭을 행하여, 공통 액실이 되는 공간이 형성되었다.

그 다음에, ESI사제 레이저 가공 장치(상품명: "모델 5330")를 사용하여, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들이 Si 결정축 <100> 방향으로 정렬되도록 선도 구멍들이 형성되었다. 레이저 빔의 파장은 355nm, 펄스 시간은 70±5ns이었고, 레이저 조사 스폿의 형상은 원형이었다. 형성된 선도 구멍의 깊이는 120μm이었고, 선도 구멍의 선단 부분과 패시베이션 막 사이의 거리는 5μm이었다. 또한, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들 사이의 Si 기둥의 폭은 59μm이었다(도 10e 참조).

그 후, 10wt%이고 80℃인 수산화 테트라 메틸 암모늄(TMAH)을 에천트로서 사용하여, 선도 구멍에 결정축 이방성 에칭을 행하여, {100}면이 벽면이 되는 공급구를 형성했다. 공급구는, 패시베이션 막까지 도달하도록 형성되었다. 또한, 이 때 면방위의 전형적인 에칭 속도는 {100}=0.87μm/min, {110}=1.28μm/min이었다.

이 후, 화학적 드라이 에칭에 의해, 웨이퍼의 이면의 폴리에테르 아미드 수지를 제거했다. 그 다음에, 화학적 드라이 에칭에 의해, 패시베이션 층을 제거했다. 그 후, 웨이퍼 표면 및 웨이퍼의 주위 부분에 도포된 보호막(1002)을 크실렌을 사용하여 제거했다. 끝으로, 잉크 유로의 형재(1001)인 레지스트를 락트산 메틸을 사용하여 제거했다(도 10f 참조).

이상에 의해, 독립 공급구 및 부유로를 구비하는 액체 토출 헤드를 제조했다.

획득된 액체 토출 헤드의 가장 근접한 2개의 공급구들 사이의 Si 기둥의 폭은 39μm이었고, 충분한 강도를 나타냈다. 또한, 각 Si 기둥들의 폭들은 서로 실질적으로 동등해서, 편차들은 거의 발견되지 않았다.

(예 2)

도 11a 내지 도 11c는 본 예의 액체 토출 헤드의 제조 방법을 나타낸다.

우선, {100}면을 포함하고, 액체를 토출하기 위한 히터와, 히터를 구동하고 제어하기 위한 반도체 소자와, Si 결정축 이방성 에칭의 희생층인 Al막을 구비한 Si 기판을 준비했다.

액체 토출 헤드의 칩들은, Si 웨이퍼의 결정 방위에 대하여 도 4에 나타낸 바와 같이 배치되었다.

또한, 예 1의 공정들과 동일한 공정들로, 토출구들을 형성했다(도 11a 참조). 그 후, 형성된 오리피스 플레이트를 보호하기 위해서, 웨이퍼 표면 및 주위 부분에 고무 수지로 이루어지는 보호막을 도포하였다.

그 후, 기판이 125μm의 막 두께를 갖도록 보쉬(Bosch) 방식으로 드라이 에칭하여 공통 액실로서의 공간을 형성했다.

그 다음에, 공통 액실로서 형성되는 공간의 저부 상에, 스프레이 방식에 의해 포지티브 레지스트를 도포했다.

가장 근접한 2개의 선도 구멍들이 Si 결정축 <100> 방향으로 정렬되도록, 포토리소그래피법을 사용하여 포지티브 레지스트를 패터닝하고, 그 후 보쉬 방식으로 드라이 에칭하여 선도 구멍들을 형성했다. 드라이 에칭에서, 희생층으로서의 Al은 에칭 스토퍼로서 사용되었다. 형성된 선도 구멍의 형상은 원형이었고, 그 영역은 희생층의 범위 내에 속했다. 또한, 가장 근접한 2개의 선도 구멍들 사이에 있는 Si 기둥의 폭은 59μm이었다(도 11b 참조).

그 후, 38wt% 이고 70℃인 수산화 칼륨(KOH)을 에천트로서 사용하여, 선도 구멍에 결정축 이방성 에칭을 행하여, 희생층을 제거함으로써, 측면이 {100}면인 공급구를 형성했다.

또한, 이 때의 {100}면의 에칭 속도는 0.64μm/min이었고, {110}면의 에칭 속도는 1.30μm/min이었다.

그 후, 화학적 드라이 에칭에 의해, 웨이퍼의 이면의 폴리에테르 아미드 수지를 제거했다. 그 다음에, 화학적 드라이 에칭에 의해, 패시베이션 층을 제거했다. 그 후, 웨이퍼의 표면 및 웨이퍼의 주위 부분에 도포된 보호막을 크실렌을 사용하여 제거했다. 끝으로, 잉크 유로의 형재(1001)로서의 레지스트를 락트산 메틸을 사용하여 제거했다(도 11c 참조).

이상에 의해, 액체 토출 헤드를 제조했다.

획득된 액체 토출 헤드의 가장 근접한 2개의 공급구들 사이의 Si 기둥의 폭은 39μm이었고, 충분한 강도를 나타냈다. 또한, 각 Si 기둥들의 폭들은 서로 실질적으로 동등해서, 편차들은 거의 발견되지 않았다.

본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 할 것이다. 이하의 청구항들의 범위는 그러한 모든 변형들 및, 등가의 구조들과 기능들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 액체 토출 헤드를 나타내는 모식도이다.

도 2는 도 1의 A-A’선을 따라 취해진 액체 토출 헤드의 횡단면을 나타내는 사시도이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 공정들의 순서를 설명하기 위해 사용된 횡단면 모식도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 모식도이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 Si 결정축 이방성 에칭에 의한 독립 공급구들의 형성을 나타내는 모식도이다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 공정들의 순서를 설명하기 위하여 사용된 횡단면 모식도이다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 공정들의 순서를 설명하기 위하여 사용된 횡단면 모식도이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따라 제조된 액체 토출 헤드의 모식도이다.

도 9는 종래 기술의 전형적인 액체 토출 헤드를 나타내는 모식도이다.

도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e 및 도 10f는 본 발명의 일 실시예를 나타내며 공정들의 순서를 설명하기 위하여 사용된 횡단면 모식도이다.

도 11a, 도 11b 및 도 11c는 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 공정들의 순서를 설명하기 위하여 사용된 횡단면 모식도이다.

도 12는 종래 기술의 액체 토출 헤드를 나타내는 모식도이다.

도 13은 액체 토출 헤드에 전형적으로 형성되는 공통 액실을 나타내는 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: Si 기판

101: 에너지 발생 소자

103: 토출구

104: 유로

105: 독립 공급구

300: 기판

302: 선도 구멍

701: 공통 액실로서의 공간

Claims (6)

1. 액체를 토출하기 위해 사용되는 에너지를 발생하는 소자를 제1면 상에 구비하는 Si 기판과, 상기 Si 기판을 상기 제1면으로부터 그 이면까지 관통하여 상기 소자에 액체를 공급하도록 제공되는 액체 공급구를 포함하는 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법이며,

   면방위가 {100}인 상기 Si 기판의 상기 이면에 상기 제1면에 대향하는 복수의 오목부들을 상기 Si 기판의 <100> 방향을 따라 열들로 정렬되도록 형성하는 단계; 및

   상기 Si 기판의 {100}면의 에칭 속도가 상기 Si 기판의 {110}면의 에칭 속도보다 느린 에칭액을 사용하여 상기 오목부들을 통하여 상기 Si 기판에 결정축 이방성 에칭을 행함으로써 복수의 상기 액체 공급구들을 형성하는 단계

   를 포함하는, 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 에칭액은 수산화 테트라 메틸 암모늄(tetra methyl ammonium hydroxide: TMAH)을 포함하는, 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 에칭액은 수산화 칼륨(potassium hydroxide, KOH)을 포함하는, 액체 토 출 헤드용 기판의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 Si 기판을 레이저로 가공하여 상기 오목부들을 형성하는, 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 Si 기판은 상기 제1면 상에 희생층을 구비하고,

   상기 희생층은 상기 에칭액에 의해 등방적으로 에칭되는, 액체 토출 헤드용 기판의 제조 방법.
6. 삭제

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