KR20020097144A - 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이온 밀링을 이용한 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법을 제공한다 박막 형성 기술을 이용하여 기판 상에 전극층에 계속해서 압전체층을 형성하는 공정과, 이온 밀링에 의해 상기 전극 및 상기 압전체층을 동시에 에칭하여 잉크 토출 에너지를 발생시키기 위한 에너지 발생 소자를 형성하는 공정과, 상기 이온 밀링에 의해 삭감된 전극층 및 압전체층 등을 포함하는 혼합 미세분이 퇴적하여 형성한 펜스를 제거하는 공정을 포함하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법이다.

Description

잉크젯 기록 헤드의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING INK-JET RECORD HEAD}
상기 잉크젯 기록 헤드는, 기본적으로 노즐, 잉크실, 잉크 공급계, 잉크 탱크, 압력 발생부 등의 구성을 구비하고 있다. 잉크젯 기록 헤드를 이용하는 프린터 장치에서는, 압력 발생부에서 발생한 변위를 압력으로 하여 잉크실에 전달함으로써 노즐로부터 잉크 입자를 분사시켜, 종이 등의 기록 매체 상에 문자나 화상을기록한다.
종래 알려져 있는 방식에서는, 잉크실의 외벽 한 쪽면에 압력 발생부로서 박판형의 압전체를 접착하고 있다. 이 압전체에 펄스형의 전압을 공급함으로써, 압전체와 상기 잉크실 외벽으로 이루어지는 복합판이 휜다. 이 휨에 의해 생긴 변위를 잉크실 내에 가해지는 압력으로서 잉크의 분사를 행한다.
도1은 종래 프린터 장치(1)의 잉크젯 기록 헤드(10)의 주변 개요도, 도2는 이 잉크젯 기록 헤드(10)의 개요 구성을 도시한 사시도이다.
도1에 있어서, 잉크젯 기록 헤드(10)는 캐리지(2)의 하면에 부착하고 있다. 잉크젯 기록 헤드(10)는 이송 롤러(3)와 배출 롤러(4) 사이에 위치하여 플라텐(5)에 대향하고 있다. 캐리지(2)는 잉크 탱크(6)를 갖고, 도1의 종이면에 수직인 방향으로 이동 가능하게 설정되어 있다. 용지(7)는 핀치 롤러(8)와 이송 롤러(3)에 의해 협지되고, 또한 핀치 롤러(9)와 배출 롤러(4)에 의해 협지되어 A 방향으로 반송된다. 잉크젯 기록 헤드(10)가 구동되고, 캐리지(2)가 종이면에 수직인 방향으로 이동되어, 잉크젯 기록 헤드(10)가 용지(7)에 인쇄를 행한다. 인쇄된 용지(7)는 스태커(20) 내에 수용된다.
상기 잉크젯 기록 헤드(10)는 도2에 도시된 바와 같이, 압전체(11)와, 이 압전체(11) 상에 형성된 개별 전극(12)과, 노즐(13)이 설치된 노즐판(14)과, 이 노즐판(14)과 함께 노즐(13)에 대응하는 잉크실(15)을 형성하는 금속 또는 수지로 이루어지는 잉크실 벽(17)과, 진동판(16) 등으로 구성되어 있다.
잉크실(15)에 대하여 노즐(13) 및 진동판(16)이 대향한 위치에 있으며, 잉크실(15)의 주변과 대응하는 진동판(16)의 주변은 견고하게 접속되고, 압전체(11)가 각각 대응하는 부분의 진동판(16)을 도2에서 점선으로 나타낸 바와 같이 변위시킨다. 이 압전체(11)로의 전압 인가는 프린터 장치 본체로부터의 전기 신호를 압전체(11)에 도시하지 않은 프린트 기판을 통해 각각에 공급된다. 전압이 공급된 압전체(11)는 신축하고, 이에 의해 잉크실(15) 내에 생긴 압력에 의해 잉크를 분사함으로써 기록 매체에 인자 등의 처리를 행한다.
상술한 바와 같은 도2에 도시한 종래의 잉크젯 기록 헤드(10) 상으로의 압전체(11)의 형성은 잉크실(15)에 대응하는 위치에 판형의 압전 소자를 접착하거나, 또는 우선 복수의 잉크실(15)에 걸치는 압전 소자를 접착하고, 다음에 각 잉크실(1)에 대응하도록 압전 소자를 분할하고 있었다.
이와 같이 제조되는 종래의 잉크젯 기록 헤드(10)가, 소형화를 도모하기 위해 얇은 압전 소자(<50 ㎛)를 사용하면, 접착에 사용된 접착제 두께의 변동이 압전 소자의 변위량을 변동되게 하여 잉크 헤드의 특성을 악화시키고 있었다. 또한, 이러한 종류의 압전 소자는 접착시에 균열이 발생한다는 문제도 갖고 있었다.
그래서, 본 출원 발명자들은 상기 문제를 해결하는 것으로 박막 형성 기술을 이용한 잉크젯 기록 헤드의 제조법 등을 제안하고 있으나 이에 대해서도 아직 개선해야 할 점이 있다.
본 발명은 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 이온 밀링 등의 박막 형성 기술을 사용하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
와이어를 자기 구동하고, 잉크 리본 또는 용지를 거쳐서 플라텐에 압박함으로써 인자를 행하는 와이어 구동형의 프린터 헤드가 종래에서는 일반적이다. 그러나, 이 프린터 헤드는 소비 전력이 크고, 소음 발생 및 해상도가 낮는 등, 많은 결점을 갖고 있어 만족할 수 있는 프린터 장치는 아니었다.
그래서, 최근에는 압전 소자 또는 열에 의해 발생하는 기포를 이용한 잉크젯 기록 헤드를 탑재한 프린터 장치가 나오고 있다. 이 잉크젯 기록 헤드는 적은 소비 전력으로 구동할 수 있어 해상도가 높고, 게다가 소음을 발하지 않으므로, 바람직한 프린터 장치로서 주목받고 있다.
도1은 종래의 프린터 장치의 잉크젯 기록 헤드의 주변 개요를 도시한 도면이다.
도2는 도1의 잉크젯 기록 헤드의 개요 구성을 도시한 사시도이다.
도3a 내지 도3h는 본 발명자들이 앞서 제안한 일예인 잉크젯 기록 헤드의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명자들이 앞서 제안한 진동판에 보강 부재를 설치한 잉크젯 기록 헤드의 일예를 도시한 도면이다.
도5는 에너지 발생 소자의 주변부에 형성된 펜스(F)를 모식적으로 도시한 도면이다.
도6a 내지 도6m은 실시예의 잉크젯 기록 헤드의 제조 공정에 대해 도시한 도면이다.
도7은 실시예의 제조 공정에 의해 제조된 잉크젯 기록 헤드에 대해 그 개요를 도시한 사시도이다.
도8a 및 도8b는 다른 펜스 제거 수단을 도시한 도면이다.
즉, 본 발명의 주된 목적은 박막 형성 기술을 이용하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 또 다른 개선을 행하여 고정밀도화 및 소형화를 도모하면서 저비용의 실시가 가능한 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은,
박막 형성 기술을 이용하여 기판 상에 전극층에 계속해서 압전체층을 형성하는 공정과,
이온 밀링에 의해 상기 전극 및 상기 압전체층을 동시에 에칭하여 잉크 토출 에너지를 발생시키기 위한 에너지 발생 소자를 형성하는 공정과,
상기 이온 밀링에 의해 삭감된 전극층 및 압전체층 등을 포함하는 혼합 미세분이 퇴적하여 형성한 펜스를 제거하는 공정을 포함하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 있어서, 이온 밀링을 이용하여 전극층 및 압전체층을 동시에 에칭하므로 일체성이 있는 에너지 발생 소자를 형성할 수 있다.
게다가, 이온 밀링에 의한 에칭에서는 넓은 면적의 가공이 가능하고, 에칭의 이방성이 높다. 따라서, 에너지 발생 소자의 형상을 자유롭게 설계할 수 있고, 그 에칭된 단면은 수직적이고 불필요한 테이퍼부 등이 형성되는 일도 없다.
상기 이온 밀링에 의해 발생하는 혼합 미세분의 퇴적이 에너지 발생 소자에도 형성되게 되지만, 이것을 제거하는 공정에 의해 에너지 발생 소자의 주변을 충분히 평활화한 후의 제조 공정을 행할 수 있어 적절한 에너지 발생 소자를 갖는 잉크젯 기록 헤드를 제조할 수 있다.
상기 펜스를 제거하는 공정에서는 이온 밀링을 이용하여 퇴적한 혼합 미세분을 제거할 수 있다.
여기서의 이온 밀링 각도는 상기 에너지 발생 소자를 형성하는 공정에 있어서의 이온 밀링 각도보다 크게 하는 것이 바람직하다.
상기 펜스 제거 공정에 있어서의 이온 밀링 각도는 하기의 식으로부터 구할 수 있는 θ 내지 θ－5°이고, 상기 에너지 발생 소자를 형성하는 공정에 있어서의 이온 밀링 각도는 0°내지 45°로 하는 것이 바람직하다.
펜스 제거를 위한 이온 밀링 각도는 소자열 간격, 패턴 레지스트 두께(벽 높이), 패턴 개구폭 등이 달라, 각각의 치수에 따른 최적 이온 밀링 각도가 결정된다. 예를 들어 아르곤 가스(Ar) 조사에 있어서의 최대각 결정은 개구부 깊이(레지스트 패턴 표면으로부터 이온 밀링한 바닥까지)와 폭에 의한 차식,
θ ＝ arctan(폭/깊이)
에 의해 결정된다.
즉, 펜스 제거를 위한 이온 밀링의 각도 설정은 0°내지 상기 식의 θ까지가 되고, 바람직하게는 θ(최대) 내지 θ－5° 정도가 된다. 또, 이 펜스 제거를 위한 이온 밀링이라도 패턴 형성을 위한 이온 밀링과 같이 삭감되므로 조사각을 지나치게 세우면(0°에 가깝게 하는 것) 바닥부가 삭감되어 역으로 펜스의 발생을 유발할 우려가 있다.
상기 펜스 제거 공정에서는 그 밖에, CMP법 또는 습윤 에칭법을 사용할 수 있다.
본 발명은 본 발명들이 앞서 제안한 박막 형성 기술을 이용한 잉크젯 기록 헤드의 개선에 관한 것이다. 본 발명의 이해를 돕기 위해, 먼저 본 발명자들이 제안한 잉크젯 기록 헤드 및 본 발명에서 개선하고자 하는 점을 설명하고, 그 후 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.
(앞서 제안한 발명)
본 발명자들은 전혀 새로운 관점으로부터 보다 소형화한 잉크젯 기록 헤드를공급하기 위해, 예의 검토를 행하여 박막 형성 기술을 사용하여 제조하는 잉크젯 기록 헤드를 제안하고, 이에 대해서는 출원중(일본 특허 출원 평10－297919호)이다. 본 발명에 대해 간단하게 설명한다. 도3a 내지 도3h는 본 발명자들이 앞서 제안한 일예인 잉크젯 기록 헤드(30)의 제조 공정을 도시한 도면이다.
잉크젯 기록 헤드(30)는 도3a 내지 도3h에 도시한 공정을 거쳐서 제조된다. 산화 마그네슘(MgO) 기판(40) 상에 스패터링에 의해 백금(Pt)막으로 이루어지는 전극층(31)을 형성하고, 이 전극층(31)을 패터닝하여 분할하고, 개별화된 전극층(이하, 개별 전극이라 칭함)(38)을 형성한다(도3a, 도3b). 계속해서, 이 위에 압전체층(32)을 스패터링하여 형성한다(도3c). 압전체층(32)을 개별 전극(38)과 대응시켜 패터닝하여 분할한다. 이에 의해 개별화된 압전체층(이하, 압전체라 칭함)(33)과 개별 전극(38)의 적층체로 이루어지고, 잉크를 토출하기 위한 에너지 발생부로 이루어지는 에너지 발생 소자(37)를 형성한다(도3d). 다음에, MgO 기판(40)의 상면에 폴리이미드층(41)을 형성하여 평탄화한다(도3e). 계속해서, 그 상면에 크롬(Cr)을 스패터링하여 Cr 스패터링막인 진동판(34)을 형성한다(도3f). 계속해서, 진동판(34) 상에 드라이 필름(42)을 부착하고, 이 드라이 필름(42) 중에서 에너지 발생 소자(37)에 대응하는 위치에서 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 행함으로써 압력실(35)을 형성한다(도3g). 마지막으로, 에칭에 의해 MgO 기판(40)을 제거한다. 이와 같이 잉크젯 기록 헤드(30)의 상부 절반 부재(30A)가 형성된다. 또한 압력실(35)의 하반 부분의 오목부, 각 압력실(35)에 대응한 노즐 등을 구비한 노즐판(44)을 갖는 하부 절반 부재(30B)를 상부 절반 부재(30A)와 접합하여 잉크젯기록 헤드(30)가 완성한다(도3h).
또한, 본 발명자들은 상기 잉크젯 기록 헤드(30)에 대해 진동판(34)의 균열 발생을 방지하기 위해, 예를 들어 도4에 도시한 바와 같이 진동판(34)에 보강 부재(39)를 설치하는 발명을 행하고, 이에 대해서도 출원중(일본 특허 출원 평10－371033호)이다.
그러나, 박막 형성 기술을 이용하여 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 기술은 신규인 것이며, 상기 잉크젯 기록 헤드(30)에 관해서도 개선해야 할 점이 아직 존재하고 있다.
즉, 도3a 내지 도3h에 도시한 제조 공정에 있어서는 기판(40) 상에 스패터링에 의해 Pt막(31)을 성막하고, 이 Pt막(31)을 분할하여 개별 전극(38)을 형성하고 있다(도3a, 도3b). 이 도3b의 적층체에 압전체층(32)을 스패터링하여 전체면에 형성하고(도3c), 이 압전체층(32)을 습윤 에칭으로 분할하여 압전체(33)로 하고, 개별 전극(38)과 압전체(33)의 적층체인 에너지 발생 소자(37)를 형성하고 있었다(도3d). 따라서, 2도의 패터닝 처리를 행하고, 또한 에너지 발생 소자(37)를 형성시키기 위해 개별 전극(38)과 압전체(33)가 확실하게 겹치도록 위치 결정한다.
또한, 상기 패터닝에는 습윤 에칭을 사용하고 있었으므로, 등방적인 에칭이 행해져 압전체(33)의 주위부로 경사진 테이퍼 부분이 형성되었다. 개별 전극(38)(상부 전극)과 진동판(34)(하부 전극)에 접하여 변위를 발생하는 압전체(33)의 주위부에 이 테이퍼부는 존재하고, 전압이 인가되지 않은 비변위 부분이 된다. 따라서, 압전체(33)의 변위량이 억제되어 버린다.
(본 발명에서 개선하고자 하는 점)
본 발명자들은 이온 밀링을 사용하여 패터닝을 행함으로써, 전술한 2도의 패터닝 공정, 개별 전극(38)과 압전체(33)의 위치 결정, 압전체(33)의 주위부에 발생하는 테이퍼부 등에 대해 개선할 수 있는 것을 확인하였다.
즉, 이온 밀링은 에칭 이방성이 높고, 전극층(31)과 압전체층(32)을 동시에 가공하는 것도 가능하다. 따라서, 기판(40) 상에 전극층(31)과 압전체층(32)을 차례로 형성하여, 그 후 이온 밀링에 의해 적층 상태에 있는 전극층(31)과 압전체층(32)의 에칭을 동시에 행하면 개별 전극(38)과 압전체(33)로 이루어지는 에너지 발생 소자(37)를 1회의 패터닝 공정으로 형성할 수 있고, 게다가 상기 위치 어긋남도 해소되어, 고정밀도로 에너지 발생 소자를 제조할 수 있다.
그런데, 이온 밀링을 이용하면 이 때 삭감된 전극층(31) 및 압전체층(32) 혹은 기판(40)까지 이온 밀링된 때에는 이것도 포함한 혼합 미세분이 주변으로 퇴적하여 고화하고, 벽형의 퇴적물(이하, 펜스라 칭함)이 발생하였다.
도5는 에너지 발생 소자(37) 주변부에 형성된 펜스(F)를 모식적으로 도시한 도면이다. 이온 밀링에 의한 처리에서는 남아야 할 적층 부분에 레지스트(R)를 실어 보호한 후, 아르곤 가스를 고속으로 때려서 불필요 부분을 제거한다. 이 처리에 의해 남겨지고, 분할된 부분은 후에 잉크젯 기록 헤드의 잉크를 분사시키는 에너지 발생부가 된다. 이미 설명한 바와 같이, 이 부분은 개별 전극(38)과 압전체(33)의 적층체이며, 본 명세서에서는 에너지 발생 소자(37)로서 설명하고 있다.
그리고, 기판(40) 상에 형성된 전극층(31)과 압전체층(32)으로 이루어지는 적층체에 필요한 레지스트(R)를 실어 이온 밀링을 행하면, 삭감된 전극층(31), 압전체층(32) 및 기판(40)의 혼합 미세분이 고화하여 펜스(F)를 형성한다. 이 펜스(F)는 도5에 도시한 바와 같이 주로 길이 방향의 단부에 발행하여 부착된다.
또, 도5는 이온 밀링이 이루어지고, 레지스트(R)를 제거한 후의 펜스(F)의 모습을 나타내고 있다. 이온 밀링의 처리가 이루어진 직후에서는 레지스트(R)가 보호한 부분의 상면에 존재하고 있다. 레지스트(R)가 존재하는 상태는 그 일부를 점선으로 나타낸 바와 같이, 레지스트(R)를 상부측의 지지벽으로서 펜스(F)의 퇴적이 진행한다.
도3a 내지 도3h에서 설명한 바와 같이, 이온 밀링 처리에 있어서 잉크젯 기록 헤드(30)를 제조하기 위해서는 절연막으로서의 폴리이미드층(41) 등의 형성, 진동판(34)의 성막 등 더욱 많은 공정이 계속된다. 특히 폴리이미드층(41)과 진동판(34)의 형성에서는 평활성이 요구된다. 또한 펜스(F)가 부착한 에너지 발생 소자(32)는 변위량이 억제되게 된다.
(본 발명의 설명)
이하, 상기한 점을 개선한 본 발명을 설명한다.
본 발명에서는 박막 형성 기술을 이용하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 공정에 있어서, 기판 상에 형성된 전극층과 전압체층으로 이루어지는 적층체를 이온 밀링에 의한 에칭을 행하여 분할하여 에너지 발생 소자를 형성하고, 그 때 발생하는 펜스(F)를 제거하는 공정을 포함하고 있다.
이하 도면에 의거하여 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 도6a 내지 도6m은 실시예의 잉크젯 기록 헤드의 제조 공정에 대해 도시하고 있다.
잉크젯 기록 헤드를 제조하기 위해서는, 우선 도6a에 도시한 바와 같이 기판(120)을 준비한다. 기판으로서는 종래 알려진 다양한 재료를 사용할 수 있지만, 본 실시예에서는 기판(120)으로서 두께 약 0.3 ㎜의 산화 마그네슘(Mg0) 단결정체를 이용하고 있다.
이 기판(120) 상에, 박막 형성 기술 중 하나인 스패터링법을 사용하여 약 O.1 ㎛의 전극층(121) 및 약 2 ㎛의 압전체층(122)을 차례로 성막한다. 구체적으로는, 우선 도6b에 도시한 바와 같이 기판(120) 상에 전극층(121)을 형성하고, 계속해서 도6c에 도시한 바와 같이 전극층(121) 상에 압전체층(122)을 형성한다. 또한, 본 실시예에서는 전극층으로서는 백금(Pt), 압전체층으로서 PZT(lead zirconate titanate)를 사용하고 있다.
다음에, 상기 전극층(121) 및 압전체층(122)으로 이루어지는 적층체를 압력실이 되는 위치에 대응하여 형성하도록 이온 밀링에 의한 에칭을 행한다. 이 때 사용하는 이온 밀링 패턴을 드라이 필름 레지스트(이하, DF 레지스트라 기록함)에서 형성한다.
도6d는 DF 레지스트 패턴을 형성한 상태를 도시하고 있다. 본 실시예에서는 후에 도시되는 에너지 발생 소자(132)를 형성시키는 위치(157) 및 후에 도시되는진동판(123)을 보강하기 위해 설치하는 보조 프레임(139)을 형성시키는 위치(159)를 남기는 부분으로서 두께 약 15 ㎛의 DF 레지스트(150)로 보호하고 있다. 또, 본 실시예에서는 DF 레지스트(150)로서 FI215(도꾜 오오까 제품 : 알칼리 타입 레지스트)를 이용하여 2.5 ㎏f/cmㆍ1m/sㆍ115 ℃에서 라미네이트한 후, 유리 마스크로 120 mJ의 노광을 행하고, 60 ℃ㆍ10 min의 예비 가열, 실온까지의 냉각을 행한 후, 1wt.％의 Na2CO3용액에서의 현상을 행하여 패턴을 형성하였다.
다음에, 도6e에 도시한 바와 같이 도6d의 적층체(100A)에 에너지 발생 소자(132)를 형성시키기 위해 이온 밀링 장치(160) 내에서 이온 밀링 처리를 행하였다. 이온 밀링 장치(160) 내는 고진공이 되고, 열선(필라멘트)으로부터의 열전자 방전을 아르곤(Ar) 등의 가스에 닿아 이온을 발하는 이온원을 갖고, 이 이온원으로부터의 이온을 평행한 빔형으로 하여 시료에 조사하여 에칭을 행하는 장치이다. 또한, 도6e에는 그 구동 수단은 도시하고 있지 않지만, 이온 밀링 장치(160) 내의 시료를 설치하는 홀더(161)는 회전 가능하고, 또한 홀더(161)의 기울기를 바꿔 이온빔의 조사 각도(이온 밀링 각도)를 변경할 수 있도록 되어 있다.
본 실시예에서는, 기판(120)을 구리 홀더(160)에 열전도성이 양호한 그리스에서 고정하고, 이온 밀링 각도 약 15도에서 아르곤(Ar) 가스만을 이용하여 약 70OV로 이온 밀링을 행하였다.
또, 여기에서의 이온 밀링 각도는 적층체(100A)의 수선(V)과 아르곤 가스가 조사되는 방향이 이루는 각도이다. 도6e에는 이 관계가 이해하기 쉽도록 원내에확대도를 도시하고 있다.
상기 이온 밀링의 결과, 도6f에서 도시한 상태가 되었다. 이온 밀링 부분의 깊이 방향의 테이퍼각은 적층체 면에 대해 85도 이상의 수직성을 갖고 있었다. 이 이온 밀링에 의해 DF 레지스트(150) 위치(157)의 하부에는 에너지 발생 소자(132)가 형성되고, 위치(159)의 하부에는 보조 프레임(139)이 형성되었다.
한편, 이 이온 밀링 처리에 의해 에너지 발생 소자(132)의 길이 방향의 단부면 및 보조 프레임(139)의 내벽 중 에너지 발생 소자(132)가 존재하지 않는 영역에 펜스(F)가 형성되었다. 도6f의 상태로부터 DF 레지스트를 제거하면 펜스(F)가 에너지 발생 소자(132)와 보조 프레임(139)으로부터 돌출한 상태로 남게 된다(상기 도5 참조). 이 펜스(F)를 제거해야만 한다. 평활성이 요구되는 후의 진동판(123) 형성에 악영향을 끼치고, 또한 에너지 발생 소자(132)의 변위량을 억제하게 되기 때문이다.
그래서, 본 실시예에서는 발생한 펜스(F)를 제거하기 위해, 도6g에 도시한 바와 같이 도6f의 DF 레지스트(150)를 상면에 적재한 적층체(100B)에 다시 이온 밀링의 처리를 행하였다. 여기에서의 이온 밀링 처리는 펜스(F)를 제거하는 수단으로서 기능한다.
즉, 상기 도6e에서의 이온 밀링에 의한 처리에서는 적층체(100A)에 에너지 발생 소자(132) 등을 형성시키기 위해 적층체(100A)의 면에 대해 직각에 가까운 각도로 아르곤 가스를 조사하고 있었거나, 여기에서의 이온 밀링 처리에서는 이온 밀링 각도를 직각보다 쓰러뜨린 상태에서 아르곤 가스를 조사하여 펜스(F)를 제거한다. 도6g에서 도시되는 펜스(F) 제거를 위한 이온 밀링 각도는, 바람직하게는 약 45°내지 약 81°이고, 보다 바람직하게는 약 76°내지 약 81°도이다. 이 범위의 이온 밀링 각도이면, 노출된 기판(120)을 더욱 에칭해 버리는 일 없이 펜스(F)의 제거를 위한 에칭으로 할 수 있다. 단, 이온 밀링 각도가 81°를 초과하면 펜스가 레지스트 패턴의 그림자가 되어 아르곤이 조사되지 않게 된다. 또, 본 실시예에서는 전극층이 약 0.1 ㎛, 압전층이 약 2 ㎛, DF 레지스트가 약 15 ㎛, 노즐 피치가 약 1/150 인치, 형성되는 에너지 발생 소자(132)의 폭이 약 80 ㎛인 경우이고, 이온 밀링 각도는 81°이다.
또한, 본 실시예에서 PZT의 이온 밀링 속도를 100으로 한 경우, 이용한 레지스트(FI215, 15 ㎛)는 65 ％의 속도로 삭감되는 것을 실험에서 확인하고 있다. 예를 들어 2 ㎛의 깊이를 이온 밀링하면 레지스트는 1.3 ㎛로 얇아진다.
실시예의 패턴에서 1/150 인치 피치(약 169 ㎛)이고 PZT를 80 ㎛로 하면, 이온 밀링 폭은 89 ㎛, 레지스트 두께는 전술한 바와 같이 초기 단계에서 15 ㎛였으므로, 가공 후에는 13.7 ㎛가 된다. 전술한 θ를 구하는 식으로부터 펜스 제거의 최대각을 산정하면 80.9°가 된다. 그러나, 레지스트 두께의 변동 등을 고려하여 －5° 정도로 하면 최적 펜스 제거 각도는 약 76°(소수점 이하의 각도는 설정할 수 없음)가 된다.
또한, 예를 들어 소자 피치가 1/300 인치 피치(약 84.7 ㎛로 이 때의 가장 적당한 PZT 폭을 40 ㎛로 함)인 경우에 대해 상기와 같은 것을 행하고자 하면, 패턴 형성에 있어서의 이온 밀링 각도는 약 0°내지 약 56°이고 바람직하게는 45°이하이고, 펜스 제거를 위한 각도는 약 68°가 된다.
또한, 도6g에 있어서도 이온 밀링 각도가 이해하기 쉽도록 원내에 확대도를 도시하고 있다.
상기와 같이 펜스(F) 제거의 처리가 되고, DF 레지스트(150)를 제거한 상태를 도시한 것이 도6h이다. 기판(120) 상에 에너지 발생 소자(132)와 보조 프레임(139)이 형성되어 있다. 에너지 발생 소자(132)는 압전체(127)와 개별 전극(126)의 적층체이다.
이 후, 도6i에 도시한 바와 같이 진동판(123)을 평탄하게 형성하면 이온 밀링된 부분에서의 절연을 행하기 위해 평탄화 절연층(152)을 형성한다.
다음에, 도6j에 도시한 바와 같이 진동판(123)을 스터퍼링법으로 성막하여 잉크 토출을 위한 에너지 발생부가 되는 에너지 발생 소자(132)와 진동판(123)의 적층부가 형성된다. 또한, 진동판(123)의 재질로서 Ni-Cr, Cr을 사용할 수 있다.
상기와 같이, 이온 밀링을 포함하는 박막 형성 기술을 이용하여 각 층(121 내지 123)의 형성 처리가 종료되면, 계속해서 도6k에 도시한 바와 같이 각 층(121 내지 123)의 각 에너지 발생 소자(232)에 대응하는 위치에 압력실 개구부를 형성한다. 본 실시에서는 용제형의 드라이 필름 레지스트를 이용하여 형성하였다. 여기서 이용한 드라이 필름 레지스트는 PR－100 시리즈(도꾜 오오까 제품)에서, 2.5 ㎏f/㎝ㆍ1m/sㆍ35 ℃에서 라미네이트한 후, 유리 마스크를 이용하여 전술한 이온 밀링시의 압전체층(122)[및 전극층(121)] 패턴 내의 얼라이먼트 마크를 이용하여 얼라이먼트 및 180 mJ의 노광을 행하고, 60 ℃ㆍ10 min의 예비 가열, 실온까지의냉각을 행한 후, C-3, F-5 용액(도꾜 오오까 제품)에서의 현상을 행하여 패턴을 형성하였다.
한편, 도6l에 도시한 바와 같이 압력실(129)을 가진 다른 쪽 본체부(142b) 및 노즐판(130)은 상기한 공정과 별도의 공정을 실시함으로써 형성된다. 압력실(129)을 가진 본체부(142b)는 노즐판(130)(도시하지 않는 얼라이먼트 마크가 부착되어 있음)에 드라이 필름(도꾜 오오까 제품, 용제형 드라이 필름 PR 시리즈)을 라미네이트, 전광 및 현상을 필요 횟수 반복함으로써 형성된다.
구체적인 본체부(142b)의 형성 방법은 다음과 같다. 즉, 노즐판(130)(두께 약 20 ㎛) 상에 노즐(131)(20 ㎛ 직경, 스트레이트 구멍)까지 압력실(129)로부터 잉크를 유도하고, 또한 잉크의 흐름을 한 쪽에 일치시키기 위한 도통로(141)(60 ㎛ 직경, 깊이 60 ㎛)의 패턴을 노즐판(130)의 얼라이먼트 마크를 이용하여 노광하고, 계속해서 압력실(129)(폭 약 100 ㎛, 길이 약 170 ㎛, 두께 약 60 ㎛)을 잉크 통로(133)와 마찬가지로 노즐판(130)의 얼라이먼트 마크를 이용하여 노광하고, 그 후 10 min의 자연 방치(실온)와 가열 경화(60 ℃, 10 min)를 행하여 용제 현상에 의해 드라이 필름의 불필요 부분을 제거하였다.
상기와 같이 형성된 노즐판(130)이 설치된 본체부(142b)는 도6l에 도시한 바와 같이, 에너지 발생 소자(132)를 갖는 한 쪽 본체부(142a)에 접합된다. 이 때, 압력실(129) 부분에서는 본체부(142a와 142b)가 정밀도 좋게 대향하도록 접합 처리된다. 접합은 에너지 발생 소자(132)의 얼라이먼트 마크와 노즐판(130)에 형성한 얼라이먼트 마크를 이용하여 하중 15 ㎏f/㎠에서 80℃ㆍ1시간의 예비 가열, 본 접합을 150 ℃ㆍ14시간 행하여 자연 냉각하였다.
계속해서, 에너지 발생부가 되는 에너지 발생 소자(132)가 진동할 수 있도록 기판(120)의 구동 부분에 닿는 영역의 제거를 행한다. 노즐판(130)이 하측이 되도록 기판(120)을 상하 반전하는 동시에, 이 기판(120)의 대략 중앙 부분을 습윤 에칭에 의해 제거함으로써 개구부(124)를 형성한다.
이 개구부(124)의 형성 위치는, 적어도 에너지 발생 소자(132)에 의해 진동판(123)이 변형하는 영역과 대응하도록 선정된다. 이와 같이 기판(120)을 제거하여 개구부(124)를 형성함으로써, 도6m에 도시한 바와 같이 개별 전극(126)[에너지 발생 소자(132)]은 개구부(124)를 거쳐서 기판(120)으로부터 노출된 구성이 된다.
상기와 같이 본 실시예에 따르면, 기판(120) 상에 이온 밀링를 이용하여 전극층(121)과 압전체층(122)을 동시에 에칭하므로, 결정성이 좋아 위치 어긋남이 없는 에너지 발생 소자(132)를 갖는 잉크젯 기록 헤드(100)를 제조할 수 있다.
그리고, 이온 밀링에 의해 에너지 발생 소자(132)를 형성하면 에너지 발생 소자(132)의 단부에도 펜스(F)가 부착된다. 그러나, 이 펜스(F)는 에너지 발생 소자(132)를 형성하기 위해 사용한 장치에 위해 이온 밀링 각도를 바꾼 이온 밀링 처리에 의해 제거할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 간단하게 실시할 수 있고, 그 설비는 에너지 발생 소자(132)를 형성하기 위해 사용한 것을 그대로 사용할 수 있으므로 제조 비용이 상승하는 일도 없다.
또한, 상기 제조 공정을 통해 제조된 잉크젯 기록 헤드(100)에 대해 설명하였지만, 그 구조를 사시도에서 도시한 도7에 의거하여 설명한다.
잉크젯 기록 헤드(100)는 개략하면 기반(120), 진동판(123), 본체부(142), 노즐판(130) 및 에너지 발생 소자(132) 등에 의해 구성되어 있다.
본체부(142)는 드라이 필름을 적층한 구조를 갖고 있고, 그 내부에 복수의 압력실(129)(잉크실)과, 잉크의 공급로가 되는 잉크 통로(133)가 형성되어 있다. 또한, 이 압력실(129)의 도면 중 상부는 개방부가 되는 동시에, 상면에 잉크 도통로(141)가 형성되어 있다.
또한, 본체부(142)의 도면 중 하면에는 노즐판(130)이 설치되는 동시에, 상면에는 진동판(123)이 설치되어 있다. 노즐판(130)은 예를 들어 스테인레스로 이루어져 잉크 도통로(141)와 대향하는 위치에 노즐(131)이 형성되어 있다.
또한, 진동판(123)은 예를 들어 크롬(Cr)에 의해 형성된 가요성을 갖는 판형재이고, 그 위에는 기판(120) 및 에너지 발생 소자(132)가 배치되어 있다. 기판(120)의 중앙 위치에는 개구부(124)가 형성되어 있다. 에너지 발생 소자(132)는 이 개구부(124)에 의해 노출된 진동판(123) 상에 형성되어 있다.
에너지 발생 소자(132)는 상기 진동판(123)(하부 공통 전극으로서도 기능함) 상에 형성된 개별 전극(L26) 및 압전체(127)의 적층체에 의해 구성되어 있다. 이 에너지 발생 소자(132)는 본체부(142)에 복수 형성되어 있는 압력실(129)의 형성 위치와 대응하는 위치에 형성되어 있다.
개별 전극(126)은 압전체(127)의 상면에 형성되어 있다. 또한, 압전체(127)는 전압을 받으면 전압 효과를 발생시키는 결정체이고, 본 실시예에서는 PZT(lead zirconate titanate)이다. 본 예에서는 각 압력실(129)의 형성 위치에 압전체(127)가 독립하여 형성된 구조로 되어 있다.
상기 구성으로 된 잉크젯 기록 헤드(100)에 있어서, 공통 전극으로서도 기능하는 진동판(123)과 개별 전극(126) 사이에 전압을 인가하면, 압전체(127)는 압전 효과에 의해 왜곡을 발생시킨다. 이와 같이 압전체(127)에 왜곡이 발생하면, 이에 수반하여 진동판(123)도 변형된다.
이 때의 압전체(127)에 발생하는 왜곡은 진동판(123)이 도면 중 파선으로 도시한 바와 같이 변형된다. 즉, 압력실(129)을 향해 돌출하여 변형하도록 구성되어 있다. 따라서, 압전체(127)의 왜곡에 수반하는 진동판(123)의 변형에 의해 압력실(129) 내의 잉크는 가압되고, 잉크 도통로(141) 및 노즐(131)을 거쳐서 외부로 토출되고, 이에 의해 용지 등의 기록 매체에 인쇄가 행해진다.
전술한 잉크젯 기록 헤드의 제조 공정에서 도시한 도6g에서는 이온 밀링에 의해 펜스(F)를 제거하는 예를 도시하였지만 펜스(F)의 제거 수단은 이에 한정되는 것은 아니다.
도8a 및 도8b은 펜스(F)를 제거하는 공정에서 사용 가능한 다른 수단을 나타내고 있다.
도8a는 펜스(F)를 제거하는 공정에서 사용하는 수단으로서 CMP(화학 기계 연마 : chemical mechanical polishing)법을 사용하는 예를 도시하고 있다. 도8a에서 도6f의 적층체(100B)가 연마 패드(200)에 의해 펜스(F)를 평탄화하는 모습이 도시되어 있다. 여기서 사용되는 연마 패드(200)로서 폴리우레탄 시트나 부직포를 사용할 수 있다. 연마제로서는 실리카, 알루미나 등의 연마 지립을 pH 조정제를포함한 물에 혼합한 슬러리를 준비하고, 이 슬러리를 흘르게 하면서 적층체(100B)와 연마 페드(200)를 서로 회전시키면서 연마한다.
도8b는 펜스(F)를 제거하는 공정에서 사용하는 수단으로서 또 다른 습윤 에칭법을 사용하는 예를 도시하고 있다. 도8b에서 도6f의 적층체(100B)가 에칭액(300)에 침지되는 모습이 도시되어 있다. 여기서 사용되는 에칭액(300)으로서 초산 등을 사용할 수 있다.
습윤 에칭에서는 등방성 에칭이 이루어지지만, 펜스(F) 제거를 위한 에칭은 단시간이며, 에칭되는 것은 소량이다. 또한, 적층체(100B)의 상면에는 RF 레지스트(150)가 남아 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 바람직한 단면을 갖는 에너지 발생 소자(132)가 이 습윤 에칭에 의해 식각되어 손상되는 경우도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 상술하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 후술하는 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
이상, 상세하게 서술한 본 발명에 따르면, 박막 형성 기술을 이용한 잉크젯 기록 헤드로, 이온 밀링을 사용하여 전극층 및 압전체층을 동시에 에칭하므로 일체성이 있는 에너지 발생 소자를 소형, 고정밀도로 형성할 수 있는 동시에, 이온 밀링에 의해 에너지 발생 소자에 부착하는 펜스는 펜스 제거 공정에 의해 제거되므로 평활화한 후 절연막, 진동판을 형성할 수 있다. 따라서, 소형이면서 고정밀도인 잉크젯 기록 헤드를 높은 수율로 제조할 수 있어 비용 저감을 도모할 수 있다.
그리고, 특히 펜스 제거 공정에서 이온 밀링을 이용하는 경우, 에너지 발생 소자를 형성할 때에 사용하는 설비를 그대로 사용하고, 이온 밀링 각도를 바꾸는 것만으로 실시할 수 있다. 따라서, 단시간에 저비용의 제거 공정으로 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 박막 형성 기술을 이용하여 기판 상에 전극층에 계속해서 압전체층을 형성하는 공정과,
    이온 밀링에 의해 상기 전극 및 상기 압전체층을 동시에 에칭하여 잉크 토출 에너지를 발생시키기 위한 에너지 발생 소자를 형성하는 공정과,
    상기 이온 밀링에 의해 삭감된 전극층 및 압전체층 등을 포함하는 혼합 미세분이 퇴적하여 형성한 펜스를 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펜스를 제거하는 공정에서는 이온 밀링이 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 펜스를 제거하는 공정에 있어서의 이온 밀링 각도는 상기 에너지 발생 소자를 형성하는 공정에 있어서의 이온 밀링 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펜스 제거 공정에 있어서의 이온 밀링 각도는 상기 에너지 발생 소자를 형성한 후의 레지스트 높이를 포함하는 벽 높이와 대각에 위치하는 이온 밀링 형성에서의 바닥을 잇는 직선이 이루는 각을 최대로 하여 이보다 5°작은 각도의 범위 내에서 설정되고,
    상기 에너지 발생 소자를 형성하는 공정에 있어서의 이온 밀링 각도는 가공하는 패턴 내에서 최소 이온 밀링 개구부 폭의 중간과 레지스트 표면의 개구부 단부를 잇는 각도를 최대로 설정하게 되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펜스 제거 공정에서는 CMP가 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펜스 제거 공정에서는 습윤 에칭이 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
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