KR20040073120A - 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 - Google Patents

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KR20040073120A
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Abstract

적층된 세 개의 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법이 개시된다. 개시된 제조방법은, 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계와, 하부 기판 위에 중간 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계와, 중간 기판과 하부 기판을 접합된 상태로 미세 가공하여, 중간 기판에는 리스트릭터, 리저버 및 댐퍼를 형성하고, 하부 기판에는 댐퍼에 연결되는 노즐을 형성하는 단계와, 상부 기판을 미세 가공하여 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 단계와, 중간 기판 위에 상부 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계와, 상부 기판 위에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계를 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 댐퍼와 노즐 사이의 정렬 오차가 발생하지 않으며, 공정 단계가 줄어들게 되어 장비 사용이나 웨이퍼 손실 등 제조 비용을 절감할 수 있다.

Description

압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법{Manufacturing method of piezoelectric ink-jet printhead}
본 발명은 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 가공 기술을 이용하여 실리콘 기판 상에 구현되는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 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 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드이다.
상기한 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 이루는 리저버(2), 리스트릭터(3), 잉크 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 리저버(2)는 도시되지 않은 잉크 컨테이너로부터 유입된 잉크를 저장하는 곳이며, 리스트릭터(3)는 리저버(2)로부터 잉크 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 잉크 챔버(4)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이러한 잉크 챔버(4)는 그 기능에 따라 압력 챔버라고도 불리운다.
유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 절삭 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 잉크 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전박판과 이 압전박판에 전압을 인가하기 위한 전극이 적층된 형태를 가지고 있다. 이에 따라, 유로 형성판(1)의 잉크 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(6)에 의해 변형되는 진동판(1a)의 역할을 하게 된다.
이러한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 변형되면 잉크 챔버(4)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 잉크 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 잉크 챔버(4) 내의 잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 원래의 형태로 복원되면 잉크 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 리저버(2)에 저장되어 있는 잉크가 리스트릭터(3)를 통해 잉크 챔버(4) 내로 유입된다.
이와 같은 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 예로서, 도 2에는 미국특허 US 5,856,837호에 개시된 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 종래의 프린트헤드의 부분 단면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드는 다수의 얇은 플레이트(11 ~ 16)를 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 즉, 프린트헤드의 제일 아래에는 잉크를 토출하기 위한 노즐(11a)이 형성된 제1 플레이트(11)가 배치되고, 그 위에 리저버(12a)와 잉크 배출구(12b)가 형성되어 있는 제2 플레이트(12)가 적층되며, 다시 그 위에는 잉크 유입구(13a)와 잉크 배출구(13b)가 형성되어 있는 제3 플레이트(13)가 적층된다. 그리고, 제3 플레이트(13)에는 잉크 컨테이너(미도시)로부터 리저버(12a)로 잉크를 도입하기 위한 잉크 도입구(17)가 마련되어 있다. 제3 플레이트(13) 위에는 잉크 유입구(14a)와 잉크 배출구(14b)가 형성되어 있는 제4 플레이트(6)가 적층되며, 그 위에는 양단부가 각각 잉크 유입구(14a)와 잉크 배출구(14b)에 연통된 압력 챔버(15a)가 형성되어 있는 제5 플레이트(15)가 적층된다. 상기한 잉크 유입구들(13a, 14a)은 리저버(12a)로부터 압력 챔버(15a)로 잉크가 흘러 들어가는 통로 역할을 하게 되며, 잉크 배출구들(12b, 13b, 14b)은 압력 챔버(15a)로부터 노즐(11a) 쪽으로 잉크가 배출되는 통로 역할을 하게 된다. 제5 플레이트(15) 위에는 압력 챔버(15a)의 상부를 폐쇄하는 제6 플레이트(16)가 적층되며, 그 위에는 압전 액츄에이터로서 구동 전극(20)과 압전막(21)이 형성되어 있다. 따라서, 제6 플레이트(16)는 압전 액츄에이터에 의해 진동하게 되는 진동판으로서의 기능을 하게 되며, 그 휨변형에 의해 그 아래의 압력 챔버(15a)의 부피를 변화시키게 된다.
상기한 제1, 제2 및 제3 플레이트(11, 12, 13)는 일반적으로 금속 박판을 에칭 또는 프레스 가공함에 의해 성형되며, 상기 제4, 제5 및 제6 플레이트(14, 15, 16)는 일반적으로 박판 형태의 세라믹 재료를 절삭 가공함에 의해 성형된다. 한편, 리저버(12a)가 형성된 제5 플레이트(12)는 얇은 플라스틱 재료나 필름 형태의 접착제를 사출 몰딩(injection molding)이나 프레스 가공함에 의해 성형될 수 있으며, 또는 페이스트(paste) 형태의 접착제를 스크린 프린팅(screen printing)함에 의해 성형될 수 있다. 그리고, 제6 플레이트(16) 위에 형성되는 압전막(21)은 압전 성질을 가진 페이스트 상태의 세라믹 재료를 도포한 뒤 소결함으로써 성형된다.
상술한 바와 같이 도 2에 도시된 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 제조하기 위해서는, 다수의 금속 플레이트와 세라믹 플레이트 각각을 다양한 가공 방법에 의해 별도로 가공한 뒤, 이들을 적층하여 소정의 접착제에 의해 서로 접합시키는 공정을 거치게 된다. 그런데, 종래의 프린트헤드에서는, 이를 구성하는 플레이트들의 수가 비교적 많으며, 이에 따라 플레이트들을 정렬시키는 공정이 많아져서 정렬 오차도 따라서 커지게 되는 단점이 있다. 정렬 오차가 발생하게 되면 잉크 유로를 통한 잉크의 흐름이 원활하지 못하며, 이는 프린트헤드의 잉크 토출 성능을 저하시킨게 된다. 특히, 해상도 향상을 위해 프린트헤드를 고밀도로 제작하는 최근의 추세에 따라, 상기한 정렬 공정에서의 정밀도 향상은 더욱 더 요구되며, 이는 제품의 가격 상승으로 이어지게 된다.
그리고, 프린트헤드를 이루는 다수의 플레이트들이 서로 다른 재료로써 서로 다른 방법에 의해 제조되므로, 그 제조 공정의 복잡성과 이종 재료간의 접합에 따른 어려움은 제품 수율을 저하시키게 된다. 또한, 다수의 플레이트들이 제조 과정에서 정확하게 정렬되어 접합되었다 하더라도, 사용 중에 주위 온도의 변화에 따라 이종 재료간의 열팽창계수의 차이로 인한 정렬 오차 또는 변형이 발생될 수 있는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 구성하는 세 개의 단결정 실리콘 기판 중 두 개의 기판을 미리 접합시킨 후 미세 가공 기술에 의해 잉크 유로를 형성함으로써 잉크 유로의 보다 정확한 정렬과 기판 사이의 접합 특성의 향상 및 공정의 단순화를 구현할 수 있는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 일례를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 종래의 프린트헤드의 부분 단면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 의해 제조될 수 있는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 프린트헤드의 조립상태의 부분 단면도이고, 도 7은 도 6에 표시된 B-B 선을 따른 확대 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 중간 기판과 하부 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9d는 접합된 중간 기판과 하부 기판에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10e는 중간 기판에 리스트릭터를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11e는 중간 기판에 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12g는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13a 내지 도 13h는 중간 기판과 하부 기판에 잉크 유로를 형성하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14a 내지 도 14e는 상부 기판에 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15는 중간 기판 위에 상부 기판을 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 16은 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 17a 내지 도 17d는 본 발명의 방법에 의해 형성된 댐퍼와 노즐 부위의 SEM 사진들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...상부 기판 101...제1 실리콘 기판
102...중간 산화막 103...제2 실리콘 기판
110...잉크 도입구 120...압력 챔버
180...실리콘 산화막 190...압전 액츄에이터
191,192...하부 전극 193...압전막
194...상부 전극 200...중간 기판
210...리저버 215...격벽
220...리스트릭터 230...댐퍼
300...하부 기판 310...노즐
311...잉크 유도부 312...오리피스
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
(가) 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;
(나) 상기 하부 기판 위에 상기 중간 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계;
(다) 상기 중간 기판과 하부 기판을 접합된 상태로 미세 가공하여, 상기 중간 기판에는 리스트릭터, 리저버 및 댐퍼를 형성하고, 상기 하부 기판에는 상기 댐퍼에 연결되는 노즐을 형성하는 단계;
(라) 상기 상부 기판을 미세 가공하여 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 단계;
(마) 상기 중간 기판 위에 상부 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계; 및
(바) 상기 상부 기판 위에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 (나) 단계는, 상기 중간 기판과 하부 기판을 산화시켜 그 각각의 표면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 중간 기판과 하부 기판 중 어느 하나의 기판의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계와, 상기 하부 기판 위에 상기 중간 기판을 적층하여 정렬시키는 단계와, 상기 중간 기판과 하부 기판을 어닐링하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 산화막 제거 단계 후에, 황산과 순수를 사용하여 상기 두 개의 기판을 세척하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 정렬 단계 후에, 상기 두 개의 기판에 적외선을 조사하여 상기 두 개의 기판의 밀착 상태를 검사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 중간 기판의 상면과 상기 하부 기판의 저면에는, 상기 (다) 단계 전에 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크를 형성하고, 상기 상부 기판의 상면과 상기 하부 기판의 저면에는, 상기 (라) 단계 전에 얼라인 마크를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각하여 상기 리스트릭터를 형성하는 단계와, 상기 중간 기판을 관통되도록 식각하여 상기 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계와, 상기 하부 기판을 관통되도록 식각하여 상기 노즐을 형성하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 리스트릭터 형성 단계는, 상기 중간 기판의 상면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리스트릭터가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써 상기 리스트릭터를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 리저버와 댐퍼 형성 단계는, 상기 중간 기판의 상면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리저버와 댐퍼가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판을 상면으로부터 상기 중간 기판과 상기 하부 기판 사이의 산화막까지 식각함으로써, 상기 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노즐 형성 단계는, 상기 댐퍼를 통해 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이 식각하여 상기 댐퍼와 연결되는 잉크 유도부를 형성하는 단계와, 상기 하부 기판의 저면을 식각하여 상기 잉크 유도부와 연결되는 오리피스를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 잉크 유도부 형성 단계는, 상기 리저버와 댐퍼가 형성된 상기 중간 기판의 전 표면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 중간 기판의 상면에 상기 댐퍼에 대응되는 개구부가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 댐퍼 저면의 산화막을 식각하여 제거함으로써, 상기 하부 기판을 부분적으로 노출시키는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 노출된 상기 하부 기판을 식각하여 상기 잉크 유도부를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는, 상기 중간 기판의 상면에 드라이 필름 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 드라이 필름 레지스트 위에 액상의 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 드라이 필름 레지스트와 상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 개구부는 상기 댐퍼의 크기보가 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 잉크 유도부 형성 단계에서, 상기 하부 기판으로서 (100)면 실리콘 기판을 사용하여 상기 하부 기판을 이방성 습식 식각함으로써, 상기 잉크 유도부를 그 측면이 경사진 사각뿔 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 오리피스 형성 단계는, 상기 하부 기판의 저면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 하부 기판의 저면 중 오리피스가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와, 상기 개구부를 통해 상기 하부 기판을 식각하여 상기 오리피스를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 리스트릭터 형성 단계 전에 상기 중간 기판의 상면에 질화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 질화막의 형성은 화학기상증착(CVD)법에 의해 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 잉크 유도부 형성 단계는, 상기 리저버와 댐퍼가 형성된 상기 중간 기판과 상기 질화막의 전 표면에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 중간 기판의 상면에 상기 댐퍼에 대응되는 개구부가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 질화막을 식각 마스크로 하여 상기 댐퍼 저면의 산화막을 식각하여 제거함으로써, 상기 하부 기판을 부분적으로 노출시키는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 노출된 상기 하부 기판을 식각하여 상기 잉크 유도부를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는, 상기 중간 기판의 상면에 드라이 필름 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 드라이 필름 레지스트를 패터닝하여 상기 개구부를 상기 댐퍼의 크기보다 큰 크기로 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실시예들에 있어서, 상기 (라) 단계에서 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 식각하여 상기 압력 챔버와 잉크 도입구를 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상부 기판으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (마) 단계에서, 상기 중간 기판의 상면과 상부 기판의 저면 중 어느 하나의 면에만 산화막이 형성된 상태로 접합이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (바) 단계는, 상기 상부 기판 위에 Ti 층과 Pt 층을 순차적으로 적층하여 하부 전극을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극 위에 압전막을 형성하는 단계와, 상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계와, 상기 압전막에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 제조방법을 설명하기에 앞서, 도 5 내지 도 7을 참조하면서 본 발명의 제조방법에 의해 제조될 수 있는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구성을 간략하게 설명한다. 여기에 도시된 압전 방식 잉크젯 프린트헤드는 본 출원인의 선출원인 한국특허출원 2001-080908호(2001년 12월 18일 출원)에 개시된 것이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 압전 방식 잉크젯 프린트헤드는 세 개의 기판(100, 200, 300)을 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에는 잉크 유로를 이루는 구성요소들이 형성되며, 상부 기판(100) 위에는 잉크의 토출을 위한 구동력을 발생시키는 압전 액츄에이터(190)가 마련된다. 특히, 세 개의 기판(100, 200, 300)은 모두 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지므로, 포토리소그라피(photolithography)와 식각(etching)과 같은 미세 가공(micromachining)기술을 이용하여 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에 잉크 유로를 이루게 되는 구성요소들을 보다 미세한 크기로 정밀하고 용이하게 형성할 수 있다.
상기한 잉크 유로는, 도시되지 않은 잉크 컨테이너로부터 잉크가 도입되는 잉크 도입구(110)와, 잉크 도입구(110)를 통해 유입된 잉크가 저장되는 리저버(210)와, 리저버(210)로부터 압력 챔버(120)로 잉크를 공급하기 위한 리스트릭터(220)와, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 압력 챔버(120)와, 잉크가 토출되는 노즐(310)로 이루어진다. 그리고, 압력 챔버(120)와 노즐(310) 사이에는 압전 액츄에이터(190)에 의해 압력 챔버(120)에서 발생된 에너지를 노즐(310)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(230)가 형성된다. 이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 상술한 바와 같이 세 개의 기판(100, 200, 300)에 나뉘어져 배치된다.
먼저, 상부 기판(100)의 저면에는 소정 깊이의 압력 챔버(120)가 형성되고, 그 일측에는 관통된 잉크 도입구(110)가 형성된다. 압력 챔버(120)는 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상으로 되어 있으며, 중간 기판(200)에 형성되는 리저버(210)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그러나, 압력 챔버(120)는 리저버(210)의 일측에 1 열로만 배열될 수도 있다.
상부 기판(100)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 특히 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다. SOI 웨이퍼는 일반적으로 제1 실리콘 기판(101)과, 제1 실리콘 기판(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착되는 제2 실리콘 기판(103)의 적층 구조를 가지고 있다. 제1 실리콘 기판(101)은 실리콘 단결정으로 이루어지고 대략 수십 내지 수백 ㎛ 정도의 두께를 가지고 있으며, 중간 산화막(102)은 제1 실리콘 기판(101)의 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있으며, 그 두께는 대략 수백 Å ~ 2㎛ 정도이다. 제2 실리콘 기판(103)도 실리콘 단결정으로 이루어지며, 그 두께는 대략 수㎛ 내지 수십㎛ 정도이다. 이와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 이유는 압력 챔버(120)의 높이를 정확하게 조절할 수 있기 때문이다. 즉, SOI 웨이퍼의 중간 층을 이루는 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 제1 실리콘 기판(101)의 두께가 정해지면 압력 챔버(120)의 높이도 따라서 정해진다. 또한, 압력 챔버(120) 상부벽을 이루는 제2 실리콘 기판(103)은 압전 액츄에이터(190)에 의해 휨변형됨으로써 압력 챔버(120)의 부피를 변화시키는 진동판의 역할을 하게 되는데, 이 진동판의 두께도 제2 실리콘 기판(103)의 두께에 의해 정해진다.
상부 기판(100) 위에는 압전 액츄에이터(190)가 일체형으로 형성된다. 그리고, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이에는 실리콘 산화막(180)이 형성된다. 실리콘 산화막(180)은 절연막으로서의 기능뿐만 아니라, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이의 확산을 억제하고 열적 스트레스를 조절하는 기능도 가진다. 압전 액츄에이터(190)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(191, 192)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(193)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(194)을 구비한다. 하부 전극(191, 192)은 상기한 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 형성되며, Ti 층(191)과 Pt 층(192)의 두 개의 금속박막층으로 이루어질 수있다. 이와 같은 Ti/Pt 층(191, 192)은 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 위에 형성되는 압전막(193)과 그 아래의 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산방지층(diffusion barrier layer)의 역할도 하게 된다. 압전막(193)은 하부 전극(191, 192) 위에 형성되며, 압력 챔버(120)의 상부에 위치하도록 배치된다. 압전막(193)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 상부 기판(100)의 제2 실리콘 기판(103), 즉 진동판을 휨변형시키는 역할을 하게 된다. 상부 전극(194)은 압전막(193) 위에 형성되며, 압전막(193)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
중간 기판(200)의 상면에는 상기 잉크 도입구(110)와 연결되는 리저버(210)가 소정 깊이로 길게 형성되고, 또한 리저버(210)와 압력 챔버(120)의 일단부를 연결하는 리스트릭터(220)가 보다 얕은 깊이로 형성된다. 그리고, 중간 기판(200)에는 압력 챔버(120)의 타단부에 대응되는 위치에 수직으로 관통된 댐퍼(230)가 형성된다. 댐퍼(230)의 단면 형상은 원형 또는 다각형으로 될 수 있다. 상술한 바와 같이 압력 챔버(120)가 리저버(210)의 양측에 2 열로 배열되는 경우에는, 리저버(210)의 내부에 그 길이방향으로 격벽(215)을 형성하여 리저버(210)를 좌우로 분리시킨 것이 잉크의 원활한 흐름과 리저버(210) 양측의 압전 액츄에이터(190)를 구동시킬 때 상호 간의 크로스토크(cross-talk)를 방지하는 데 있어서 바람직하다. 리스트릭터(220)는 리저버(210)로부터 압력 챔버(120)로 잉크를 공급하는 통로 역할을 할 뿐만 아니라, 잉크가 토출될 때 압력 챔버(120)로부터 리저버(120)쪽으로 잉크가 역류하는 것을 억제하는 역할도 하게 된다. 이와 같은 잉크의 역류를 억제하기 위해 리스트릭터(220)는 압력 챔버(120)로 잉크의 양을 적정하게 공급할 수 있는 범위내에서 그 단면적이 압력 챔버(120)와 댐퍼(230)의 단면적보다 매우 작도록 형성된다.
한편, 위에서 리스트릭터(220)는 중간 기판(200)의 상면에 형성되는 것으로 도시되고 설명되었다. 그러나, 리스트릭터(220)는, 도시되지는 않았지만, 상부 기판(100)의 저면에 형성될 수 있으며, 또한 상부 기판(100)의 저면에 그 일부분이 형성되고 중간 기판(200)의 상면에 그 나머지 부분이 형성될 수도 있다. 리스트릭터(220)가 상부 기판(100)과 중간 기판(200)에 나뉘어져 형성된 경우에는, 상부 기판(100)과 중간 기판(200)을 접합함으로써 완전한 크기의 리스트릭터(220)가 이루어지게 된다.
하부 기판(300)에는 댐퍼(230)와 대응되는 위치에 관통된 노즐(310)이 형성된다. 노즐(310)은 하부 기판(300)의 아래 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 오리피스(orifice, 312)와, 하부 기판(300)의 윗 부분에 형성되어 댐퍼(230)와 오리피스(312)를 연결하며 댐퍼(230)로부터 오리피스(312)쪽으로 잉크를 가압 유도하는 잉크 유도부(311)로 이루어져 있다. 오리피스(312)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상으로 되어 있으며, 잉크 유도부(311)는 댐퍼(230)로부터 오리피스(312)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 사각뿔 형상으로 되어 있다. 한편, 잉크 유도부(311)는 사각뿔 형상이 아니더라도 원뿔 등의 형상으로 될 수도 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진 하부 기판(300)에는 사각뿔 형상의 잉크 유도부(311)를 형성하는 것이 용이하다.
이와 같이 형성된 세 개의 기판(100, 200, 300)은 전술한 바와 같이 적층되어 서로 접합됨으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 이루게 된다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 내부에는 잉크 도입구(110), 리저버(210), 리스트릭터(220), 압력 챔버(120), 댐퍼(230) 및 노즐(310)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다.
이와 같은 구성을 가진 압전 방식 잉크젯 프린트헤드는, 상기한 본출원인의 선출원에 개시된 바와 같이 단결정 실리콘으로 이루어진 세 개의 기판을 준비하는 단계와, 세 개의 기판 각각에 잉크 유로를 형성하는 단계와, 잉크 유로가 형성된 세 개의 기판을 적층하여 접합하는 단계와, 상부 기판 상에 압전 액츄에이터를 형성하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
이와 같은 제조방법은 실리콘 미세 가공 기술을 이용하여 단결정 실리콘으로 이루어진 세 개의 기판 각각에 잉크 유로를 이루게 되는 구성요소들을 보다 미세한 크기로 정밀하고 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있으며, 종래에 비해 접합되는 기판의 수가 감소되어 정렬 및 접합 공정이 단순화되며, 정렬 공정에서의 오차도 감소되는 장점도 있다. 그리고, 프린트 헤드를 이루는 세 개의 기판이 모두 단결정 실리콘 기판으로 이루어져 서로간의 접합성이 우수하며, 사용 중에 주위 온도의 변화가 있더라도 각 기판의 열팽창계수가 동일하여 변형 또는 후발적인 정렬 오차가 발생되지 않는 장점도 있다.
그러나, 중간 기판에 형성되는 댐퍼와 하부 기판에 형성되는 노즐은 매우 미세한 크기를 가지므로, 상기한 제조방법에 의해서도 제조 환경이나 정렬장치에 의해 나타나는 오차를 완전히 배제할 수는 없다.
따라서, 본 발명에서는 댐퍼와 노즐의 정렬 오차를 제로(0)화 할 수 있으며 공정 단계를 보다 줄일 수 있는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 새로운 제조방법을 제공한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 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.
우선, 본 발명의 제조방법을 개괄적으로 설명하면, 먼저 세 개의 기판을 준비한 뒤 중간 기판과 하부 기판을 SDB법에 의해 접합하고, 접합된 중간 기판과 하부 기판 및 준비된 상부 기판 각각에 잉크 유로를 형성한다. 이어서, 상부 기판을 중간 기판 위에 접합한 뒤, 마지막으로 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성함으로써 압전 방식 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 상부 기판에 잉크 유로를 형성하는 단계와 중간 기판과 하부 기판을 접합하여 잉크 유로를 형성하는 단계는 별도로 진행될 수 있으므로, 이 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 상부 기판에 먼저 잉크 유로를 형성할 수 있고, 중간 기판과 하부 기판에 먼저 잉크 유로를 형성할 수도 있으며, 또는 세 개의 기판에 대한 공정이 동시에 진행될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 중간 기판과 하부 기판에 대한 공정의 설명후에 상부 기판에 대한 공정을 설명하기로 한다. 그리고, 전술한 바와 같이, 리스트릭터는 상부 기판의 저면이나 중간 기판의 상면에 형성될 수 있으며, 또한 상부 기판의 저면과 하부 기판의 상면에 나뉘어져 형성될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 그 설명의 복잡함을 피하기 위하여 리스트릭터가 중간 기판의 상면에 형성되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 중간 기판과 하부 기판을 SDB(Silicon Direct Bonding)법에 의해 접합시키는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 8a을 참조하면, 본 제조방법에서 중간 기판(200)과 하부 기판(300) 각각은 단결정 실리콘 기판으로 이루어진다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 중간 기판(200)의 두께는 대략 200 ~ 300㎛ 정도이고, 하부 기판(300)의 두께는 대략 100 ~ 200㎛ 정도이다. 중간 기판(200)의 두께는 리저버(도 5의 210)의 깊이와 댐퍼(도 5의 230)의 길이에 따라 적절하게 정해질 수 있으며, 하부 기판(300)의 두께는 노즐(도 5의 310)의 길이에 적절하게 정해질 수 있다.
상기 두 개의 기판(200, 300)을 폴리싱(polishing) 등에 의해 상기한 바와 같은 적절한 두께로 맞춘 후, 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시켜 각각의 표면에 산화막(251a, 251b, 351a, 351b)을 형성시킨다.
다음으로, 두 개의 기판(200, 300) 중 어느 하나, 예컨대 하부 기판(300) 표면의 산화막(351a, 351b)을 산화물용 에칭액(oxide etchant), 예컨대 불산 희석액을 사용하여 도 8b에 도시된 바와 같이 제거한다. 이는, SDB 공정에 있어서 실리콘과 실리콘 사이의 접합성보다 실리콘과 실리콘 산화막 사이의 접합성이 우수하기 때문이다.
이어서, SDB 공정 전에 두 개의 기판(200, 300)을 황산과 순수(DI Water)를 사용하여 클리닝함으로써 중간 기판(200)과 하부 기판(300) 표면의 유기물질을 제거한다. 이 때, 하부 기판(300)의 표면에 자연적으로 형성되는 산화막은 산화물용 에칭액을 사용하여 제거한다. 그리고, 다시 황산을 사용하여 두 개의 기판(200, 300)을 클리닝한 후, 순수를 사용하여 두 개의 기판(200, 300) 표면에 잔존된 황산을 세척한다.
다음에는, 두 개의 기판(200, 300)을 건조시킨 후, 도 8c에 도시된 바와 같이 정렬 장치를 사용하여 하부 기판(300) 위에 중간 기판(200)을 정렬시켜 적층한다. 그리고, 적외선을 조사하여 두 개의 기판(200, 300)의 밀착 상태를 검사한다. 두 개의 기판(200, 300)이 밀착되어 있지 않으면, 다시 황산을 사용하는 클리닝 공정으로 되돌아가고, 두 개의 기판(200, 300)의 밀착 상태가 양호하면, 수평로에서 대략 2시간 정도 어닐링(annealing)하게 된다. 이에 따라, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)은 서로 접합된다.
이어서, 8d에 도시된 바와 같이, SDB법에 의해 접합된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 습식 또는 건식 산화시키면, 도 8b의 단계에서 산화막이 제거된 하부 기판(300)의 저면에도 다시 산화막(351b)이 형성된다. 이로써, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 SDB 공정이 완료된다.
도 9a 내지 도 9d는 접합된 중간 기판과 하부 기판에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 9a을 참조하면, 중간 기판(200)의 상면과 하부 기판(300)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(251a, 351b) 표면에 각각 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 중간 기판(200)의 상면 가장자리 부근과 하부 기판(300)의 저면 가장자리 부근 각각에 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(241, 341)를 형성한다.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(241, 341)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a, 351b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각하여 제거함으로써 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 부분적으로 노출시킨 뒤, 포토레지스트(PR)를 스트립한다.
다음에는, 도 9c에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 실리콘 산화막(251a, 351b)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 건식 또는 습식 식각함으로써, 얼라인 마크(240, 340)를 형성한다. 이 때, 습식 식각의 경우, 기판(200, 300)의 방향성에 의한 영향을 최소화할 수 있도록, 얼라인 마크(240, 340)의 깊이는 1 ~ 3㎛ 정도로 한다.
얼라인 마크(240, 340)가 형성된 후에는, 잔존된 실리콘 산화막(251a, 351b)을 습식 식각에 의해 제거할 수 있다. 이는 상기한 단계들을 거치는 과정에서 발생되는 부산물 등 이물질을 실리콘 산화막(251a, 351b)의 제거와 함께 세척하기 위한 것이다.
이로써, 도 9d에 도시된 바와 같이, 접합된 상태에서 얼라인 마크(240, 340)가 형성된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)이 준비된다.
상기한 단계들을 거쳐 형성되는 얼라인 마크(240, 340)는 후술하는 바와 같이 중간 기판(200) 위에 상부 기판을 적층하여 접합할 때, 이들을 정확하게 정렬시키기 위한 기준으로 사용된다. 다만, 다른 정렬 방법이나 장치가 사용되는 경우에는 상기한 얼라인 마크(240, 340)는 필요 없을 수도 있으며, 이 경우에는 상기한 단계들은 수행되지 않는다.
도 10a 내지 도 10e는 중간 기판에 리스트릭터를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
상기한 바와 같이 접합된 상태에서 얼라인 마크(240, 340)가 형성된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 도 10a에 도시된 바와 같이 중간 기판(200)의 상면과 하부 기판(300)의 저면이 산화되어 실리콘 산화막(252a, 352b)이 형성된다.
다음에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(252a) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 중간 기판(200)의 상면에 리스트릭터를 형성하기 위한 개구부(221)를 형성한다.
다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(221)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(252a)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 산화물용 에칭액을 사용하는 습식 식각이나 RIE(Reactive Ion Etching; 반응성 이온 식각)와같은 건식에 의해 제거함으로써 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출한 뒤, 포토레지스트(PR)을 스트립한다.
다음에는, 도 10d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 중간 기판(200)을 실리콘 산화막(252a)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 습식 또는 건식 식각함으로써, 리스트릭터(220)를 형성한다. 이때, 중간 기판(200)의 습식 식각은 실리콘용 에칭액(etchant)으로서, 예컨대 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용하는 이방성 식각이나, HNA 혼합액을 사용하는 등방성 식각에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, TMAH의 농도는 20% 정도이고, HNA 혼합액은 HF, HNO3및 CH3COOH가 8 : 75 : 17의 비로 혼합되어 이루어질 수 있다. 이 때, HNA 혼합액을 사용하여 등방성 식각하는 경우에는, TMAH를 사용한 이방성 식각에서 요구되는 산화막(252a)의 두께보다 2~3배 정도 두꺼운 산화막(252a)이 필요하다.
이어서, 잔존된 실리콘 산화막(252a, 352b)을 습식 식각에 의해 제거하고, 황산 등을 사용하는 크리닝 공정을 거치면, 도 10e에 도시된 바와 같이, 얼라인 마크(240, 340)와 리스트릭터(220)가 형성된 상태의 중간 기판(200)과 하부 기판(300)이 준비된다.
도 11a 내지 도 11e는 중간 기판에 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 전술한 단계를 거쳐 준비된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시켜, 중간기판(200)의 상면과 하부 기판(300)의 저면에 실리콘 산화막(253a, 353b)을 형성한다. 이때, 리스트릭터(220)가 형성된 부위에도 실리콘 산화막(253a)이 형성된다.
다음에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(253a) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 중간 기판(200)의 상면에 리저버와 댐퍼를 형성하기 위한 개구부(211, 231)를 형성한다. 이때, 리저버의 내부에 격벽이 형성될 부위에는 포토레지스트(PR)를 잔존시킨다.
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(211, 231)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(253a)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각하여 제거함으로써 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨 후, 포토레지스트(PR)를 스트립한다.
이어서, 중간 기판(200)의 상면 중 개구부(211, 231)를 통해 노출된 부위를 실리콘 산화막(253a)을 식각 마스크로 하여 건식 식각하면, 도 11d에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)에는 리저버(210)와 댐퍼(230)가 형성되며, 또한 리저버(210) 내부에는 이를 좌우로 분리시키는 격벽(215)이 형성된다. 이 때, 중간 기판(200)과 하부 기판(300) 사이의 실리콘 산화막(251b)은 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 된다. 그리고, 중간 기판(200)의 식각은 ICP(Inductively Coupled Plasma)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다.
다음으로, 잔존된 실리콘 산화막(253a, 353b)을 습식 식각에 의해 제거한다. 이 때, 리저버(210)와 댐퍼(230)의 저면에 노출된 산화막(251b)도 함께 제거한다.이는 상기한 단계들을 거치는 과정에서 발생되는 부산물 등 이물질을 실리콘 산화막의 제거와 함께 클리닝하기 위한 것이다. 한편, 이물질은 황산과 순수를 사용하여 세척할 수도 있다.
다음에는, 도 11e에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시켜, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 노출된 표면에 실리콘 산화막(254a, 354b)을 형성한다. 이 때, 리저버(210)와 댐퍼(230)의 내면과 저면에도 실리콘 산화막(254a)이 형성된다.
도 12a 내지 도 12g는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(254a) 표면에 드라이 필름 레지스트(DFR; Dry Film Resist)를 라미네이션(lamination) 방법에 의해 도포한다. 이 때, 중간 기판(200)에 형성된 리저버(210)와 댐퍼(230)의 깊이가 수십 내지 수백 ㎛로서 매우 깊기 때문에, 액상의 포토레지스트로는 도포가 곤란하여 드라이 필름 레지스트(DFR)를 사용한다.
이와 같이 중간 기판(200)의 상면에 드라이 필름 레지스트(DFR)만 도포된 상태에서 후술하는 공정, 즉 드라이 필름 레지스트(DFR)의 패터닝 및 댐퍼(230) 저면의 산화막(254a)의 제거 공정을 수행할 수도 있다.
그러나, 드라이 필름 레지스트(DFR)는 액상 포토레지스트보다 도포된 막의 두께가 훨씬 두껍고, 자외선 조사 후 현상이 쉽지 않으며, 현상된 패턴이 매끄럽지 못한 단점을 갖고 있다.
따라서, 도 12b에 도시된 바와 같이, 드라이 필름 레지스트(DFR) 위에 액상의 포토레지스트(PR)을 도포한 후, 이들을 함께 패터닝하면 보다 매끄럽고 정밀한 패턴을 구현할 수 있다. 이 경우, 액상의 포토레지스트(PR)는 드라이 필름 레지스트(DFR)의 감광 특성과 동일한 감광 특성을 가진 것을 사용한다.
그리고, 상기한 공정에서 형성되는 개구부(232)는 댐퍼(230)의 크기보다 약간 작은 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 습식 식각의 경우 항상 언더 컷(under cut)을 수반하므로, 이러한 점을 고려하여 미리 개구부(232)의 크기를 약간 작게 하면 댐퍼(230)의 크기와 습식 식각에 의해 하부 기판(300)에 형성되는 노즐의 잉크 유도부(도 5의 311)의 크기를 일치시킬 수 있기 때문이다.
다음으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, RIE를 이용한 건식 식각에 의해 댐퍼(230) 저면의 산화막(254a)을 제거하여 하부 기판(300)을 부분적으로 노출시킨다. 이 때, RIE의 경우 직진성을 갖고 식각이 진행되기 때문에 댐퍼(230) 내측면의 산화막(254a)은 제거되지 않는다. 이어서, 아세톤 등을 사용하여 드라이 필름 레지스트(DFR)와 포토레지스트(PR)을 제거한다.
다음에는, 도 12d에 도시된 바와 같이, 노출된 하부 기판(300)의 표면을 소정 깊이로 습식 식각함으로써, 잉크 유도부(311)를 형성한다. 이때, 하부 기판(300)의 습식 식각에서는 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 KOH를 사용한다. 그리고, 하부 기판(300)으로서 결정면의 방향이 (100)인 실리콘 기판을 사용하게 되면, (100)면과 (111)면의 이방성 습식 식각 특성을 이용하여 사각뿔 형태의 잉크 유도부(311)를 형성할 수 있다. 즉, (111)면의식각 속도는 (100)면의 식각 속도에 비해 상당히 느리므로, 결과적으로 하부 기판(300)은 (111)면을 따라 경사 식각되어 사각뿔 형태의 잉크 유도부(311)를 형성한게 된다. 그리고, 잉크 유도부(311)의 바닥면은 (100)면이 된다.
다음에는, 도 12e에 도시된 바와 같이, 하부 기판(300)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(354b) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 하부 기판(300)의 저면에 노즐의 오리피스를 형성하기 위한 개구부(316)를 형성한다.
다음으로, 도 12f에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(316)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(354b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각하여 제거함으로써 하부 기판(300)의 저면을 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 노출된 부위의 하부 기판(300)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 관통되도록 식각함으로써, 잉크 유도부(311)와 연결되는 오리피스(312)를 형성한다. 이에 따라 잉크 유도부(311)와 오리피스(312)로 이루어진 노즐(310)이 완성된다. 이 때, 하부 기판(300)의 식각은 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다.
한편, 도 12d에 도시된 단계까지 완료된 상태에서 중간 기판(200)과 하부 기판(300) 표면에 잔존된 산화막(254a, 354b)을 제거하고 세척한 다음, 다시 건식 또는 습식으로 산화막을 형성시킨 후 도 12e와 도 12f에 도시된 단계를 수행할 수도 있다.
이어서, 포토레지스트(PR)를 스트립하고, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 표면에 잔존된 산화막(254a, 354b)을 제거한 후 황산 등으로 세척한다. 이로써,도 12g에 도시된 바와 같이, 접합된 상태에서 잉크 유로가 형성된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)이 완성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 미리 SDB법에 의해 접합시킨 후, 중간 기판(200)에 댐퍼(230)를 형성하고, 이 댐퍼(230)를 이용하여 하부 기판(300)에 노즐(310)을 형성함으로써, 댐퍼(230)와 노즐(310) 사이의 정렬 오차가 발생하지 않는다.
한편, 도 13a 내지 도 13h는 중간 기판과 하부 기판에 잉크 유로를 형성하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이 방법은 전술한 방법과 유사한 단계가 많으므로 차이점을 기준으로 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 접합된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)이 준비된다. 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합 방법은 도 8a 내지 도 8d에서 설명된 바와 동일하다. 그리고. 중간 기판(200)의 상면과 하부 기판(300)의 저면에는 각각 얼라인 마크(240, 340)이 형성된다. 얼라인 마크(240, 340)의 형성 방법도 도 9a 내지 도 9d에서 설명된 바와 동일하다.
이와 같이 준비된 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 표면에 도 10a에 도시된 바와 같이 산화막(252a, 352b)를 형성한 후, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 산화막(252a)만 제거한다.
이어서, 도 13a에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 질화막(Si3N4)(255)을 증착시킨 후, 그 위에 다시 산화막(256)을 증착시킨다. 질화막(255)과 산화막(256)의 증착은 화학기상증착(CVD)에 의해 수행될 수 있다. 이와 같이, 도 13a 내지 도 13h에서 설명되는 방법은 중간 기판(200) 위에 질화막(255)과 산화막(256)이 순차 적층된다는 점에서 전술한 방법과 차이가 있다.
다음으로, 도 10b 내지 도 10d에서 설명된 방법과 동일하게, 포토레지스트의 도포 및 패터닝 단계, 산화막 및 질화막의 식각 단계, 포토레지스트의 제거 및 리스트릭터의 형성 단계를 거친다.
이어서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 리스트릭터(220)의 내면에도 산화막(256)을 형성시킨다.
다음에, 도 13c에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(256) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 중간 기판(200)의 상면에 리저버와 댐퍼를 형성하기 위한 개구부(211, 231)를 형성한다. 이때, 리저버의 내부에 격벽이 형성될 부위에는 포토레지스트(PR)를 잔존시킨다.
다음으로, 도 13d에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(211, 231)를 통해 산화막(256)과 질화막(255)을 순차 식각하여 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨 후, 포토레지스트(PR)를 스트립한다.
이어서, 중간 기판(200)의 상면 중 개구부(211, 231)를 통해 노출된 부위를 실리콘 산화막(256)을 식각 마스크로 하여 건식 식각하면, 도 13e에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)에는 리저버(210)와 댐퍼(230)가 형성되며, 또한 리저버(210) 내부에는 이를 좌우로 분리시키는 격벽(215)이 형성된다. 이 때, 중간 기판(200)과하부 기판(300) 사이의 실리콘 산화막(251b)은 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 된다.
다음에는, 도 13f에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 리저버(210)와 댐퍼(230)의 내면과 저면에도 실리콘 산화막(256)이 형성된다.
다음으로, 도 13g에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(256) 표면에 드라이 필름 레지스트(DFR; Dry Film Resist)를 라미네이션(lamination) 방법에 의해 도포한 후, 이를 패터닝하여 개구부(232)를 형성한다. 이 때, 개구부(232)의 크기는 댐퍼(230)의 크기보다 크게 형성된다.
다음으로, 도 13h에 도시된 바와 같이, RIE를 이용한 건식 식각에 의해 댐퍼(230) 저면의 산화막(256)을 제거하여 하부 기판(300)을 부분적으로 노출시킨다. 이 때, 개구부(232)의 크기가 댐퍼(230)의 크기보다 크게 형성되어 있어도, 산화막(256) 아래의 질화막(255)이 식각을 저지하게 되므로, 댐퍼(230) 주위의 중간 기판(200)이 식각되어 댐퍼(230)의 크기가 커지는 문제는 발생되지 않는다. 또한, RIE의 경우 직진성을 갖고 식각이 진행되기 때문에 댐퍼(230) 내측면의 산화막(256)은 제거되지 않는다. 이어서, 아세톤 등을 사용하여 드라이 필름 레지스트(DFR)와 포토레지스트(PR)을 제거한다.
상기한 바와 같이, 본 방법에서는 드라이 필름 레지스트(DFR)만 사용되고 액상의 포토레지스트는 사용되지 않는다. 따라서, 현상된 드라이 필름 레지스트(DFR) 패턴이 매끄럽지 못한 단점이 있으나, 이 단점은 개구부(232)를 댐퍼(232)보다 크게 형성하고 질화막(255)을 식각 마스크로 이용함으로써 해소될 수 있다. 이와 같이, 본 방법은 드라이 필름 레지스트(DFR)만 사용하고 그 패터닝도 정밀하게 할 필요가 없으므로, 공정이 단순화되고 쉬워지는 장점이 있다.
다음으로 이어지는 단계들은, 도 12d 내지 도 12g에서 설명된 단계들과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 상기한 바와 같이, 도 13a 내지 도 13h에 도시된 방법에 의해서도 접합된 상태에서 잉크 유로가 형성된 중간 기판과 하부 기판이 완성될 수 있으며, 댐퍼와 노즐 사이의 정렬 오차가 발생하지 않는다.
도 14a 내지 도 14e는 상부 기판에 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 14a을 참조하면, 본 실시예에서 상부 기판(100)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 두께는 대략 100 ~ 200㎛, 바람직하게는 대략 130 ~ 150㎛ 정도이다. 이는 상부 기판(100)의 저면에 형성되는 압력 챔버(도 5의 120)의 높이에 따라 적절하게 정해질 수 있다. 그리고, 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 것이 압력 챔버(도 5의 120)의 높이를 정확하게 형성할 수 있으므로 바람직하다. SOI 웨이퍼는 제1 실리콘 기판(101)과, 제1 실리콘 기판(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착된 제2 실리콘 기판(103)의 적층 구조를 가지고 있다. 특히, 제2 실리콘 기판(103)은 상기한 진동판의 두께를 최적화하기 위한 조건으로 수㎛ 내지 수십㎛의 두께를 가진다.
이러한 상부 기판(100)의 상면과 저면 가장자리 부근에 얼라인 마크(140)를 형성한다. 상부 기판(100)에 얼라인 마크(140)를 형성하는 단계들은 도 9a 내지 도9d에 도시된 단계들과 동일하므로, 상부 기판(100)을 위해 별도의 도시와 그 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 먼저, 얼라인 마크(140)가 형성된 상부 기판(100)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시켜, 상부 기판(100)의 상면과 저면에 실리콘 산화막(151a, 151b)을 형성한다.
다음에, 도 14b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(151b) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 패터닝하여 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이의 압력 챔버를 형성하기 위한 개구부(121)를 형성한다.
다음으로, 도 14c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(121)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 RIE(Reactive Ion Etching; 반응성 이온 식각)와 같은 건식 식각에 의해 제거함으로써 상부 기판(100)의 저면을 부분적으로 노출시킨다. 이때, 실리콘 산화막(151b)은 건식 식각이 아니라 습식 식각에 의해 제거될 수도 있다.
다음에는, 도 14d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 상부 기판(100)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 소정 깊이 식각함으로써, 압력 챔버(120)를 형성한다. 이때, 상부 기판(100)의 식각은 ICP(Inductively Coupled Plasma)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다.
그리고, 도시된 바와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하면, SOI 웨이퍼의 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 이 단계에서는 제1 실리콘 기판(101)만 식각된다. 따라서, 제1 실리콘 기판(101)의 두께를 조절하게 되면 압력 챔버(120)를 원하는 높이로 정확하게 맞출 수 있게 된다. 그리고, 제1 실리콘 기판(101)의 두께는 웨이퍼 폴리싱 공정에서 쉽게 조절할 수 있다. 한편, 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 제2 실리콘 기판(103)은 전술한 바와 같이 진동판의 역할을 하게 되는데, 그 두께도 마찬가지로 웨이퍼 폴리싱 공정에서 쉽게 조절될 수 있다.
이어서, 포토레지스트(PR)를 스트립하면, 도 14e에 도시된 바와 같이 상면과 저면 가장자리 부근에 얼라인 마크(140)가 형성되고 그 저면에 압력 챔버(120)가 형성된 상태의 상부 기판(100)이 완성된다.
그리고, 상부 기판(100)의 표면에 잔존된 산화막(151a, 151b)을 습식 식각하여 제거하는 공정과 황산 등을 이용한 세척 공정이 추가로 수행될 수 있다. 이 경우에는, 상부 기판(100)의 표면에 다시 실리콘 산화막을 형성하게 된다.
한편, 위에서는 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 건식 식각하여 압력 챔버(120)를 형성한 후 포토레지스트(PR)를 스트립하는 것으로 도시되고 설명되었다. 그러나, 이와는 달리 먼저 포토레지스트(PR)를 스트립한 뒤 실리콘 산화막(151b)을 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 건식 식각함으로써 압력 챔버(120)를 형성할 수도 있다.
그리고, 도시되지는 않았지만 잉크 도입구(도 5의 110)도 도 14a 내지 도 14e에 도시된 단계를 거쳐 압력 챔버(120)와 함께 형성된다. 즉, 도 14e에 도시된 단계에 이르면 상부 기판(100)의 저면에는 소정 깊이의 압력 챔버(120)와 함께 이와 같은 깊이의 잉크 도입구(도 5의 110)가 형성된다. 이와 같이 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이로 형성된 잉크 도입구(도 5의 110)는 모든 제조 공정이 완료된 후 핀 등의 뾰족한 도구를 사용하여 관통시키게 된다.
도 15는 중간 기판 위에 상부 기판을 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 전술한 단계들을 거쳐 준비된 중간 기판(200) 위에 상부 기판(100)을 적층하고 접합시킨다. 이 때, 하부 기판(300)과 중간 기판(200)은 이미 접합된 상태이므로, 중간 기판(200) 위에 상부 기판(100)만 마스크 정렬장치(mask aligner)를 사용하여 정렬시키게 되며, 특히 중간 기판(200)과 상부 기판(300) 각각에 정렬용 얼라인 마크(140, 240)가 형성되어 있으므로, 정렬 정밀도가 높다. 그리고, 중간 기판(200)과 상부 기판(100) 사이의 접합은 SDB법에 의해 수행될 수 있다. 한편, SDB 공정에 있어서, 전술한 바와 같이 실리콘과 실리콘 사이의 접합성보다 실리콘과 실리콘 산화막 사이의 접합성이 우수하다. 따라서, 바람직하게는, 상부 기판(100)의 저면에는 실리콘 산화막(151b)이 형성되어 있는 상태로 사용되고, 중간 기판(200)은 그 표면에 실리콘 산화막이 형성되어 있지 않은 상태로 사용된다.
도 16은 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 도 5에 도시된 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16을 참조하면, 중간 기판(200) 위에 상부 기판(300)을 적층하여 접합한 상태에서, 상부 기판(100)의 상면에 절연막으로서 실리콘 산화막(180)을 형성한다.그러나, 이 실리콘 산화막(180)을 형성하는 단계는 생략될 수 있다. 즉, 도 15에 도시된 바와 같이 상부 기판(100)의 상면에 이미 실리콘 산화막(151a)이 형성되어 있는 경우에는, 다시 그 위에 절연막으로서 도 16에 도시된 실리콘 산화막(180)을 형성할 필요가 없다.
이어서, 실리콘 산화막(180) 위에 압전 액츄에이터(190)의 하부 전극(191, 192)을 형성한다. 하부 전극(191, 192)은 Ti 층(191)과 Pt 층(192)의 두 개 금속박막층으로 이루어진다. Ti 층(191)과 Pt 층(192)은 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 소정 두께로 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 Ti/Pt 층(191, 192)은 압전 액츄에이터(190)의 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 위에 형성되는 압전막(193)과 그 아래의 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산방지층의 역할도 하게 된다. 특히, 아래의 Ti 층(191)은 Pt(192)층의 접착성을 높이는 역할도 하게 된다.
다음으로, 하부 전극(191, 192) 위에 압전막(193)과 상부 전극(194)을 형성한다. 구체적으로, 페이스트 상태의 압전재료를 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 압력 챔버(120)의 상부에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 소정 시간 동안 건조시킨다. 상기 압전재료로는 여러가지가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 통상적인 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료가 사용된다. 이어서, 건조된 압전막(193) 위에 전극 재료, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 프린팅한다. 다음으로, 압전막(193)을 소정 온도, 예컨대 900 ~ 1,000℃에서 소결시킨다. 이때, 압전막(193)의 고온 소결과정에서 발생할 수 있는 압전막(193)과 상부 기판(100) 사이의 상호확산(inter-diffusion)은 상기한 Ti/Pt 층(191, 192)에 의해 방지된다.
이로써, 상부 기판(100) 위에 하부 전극(191, 192)과, 압전막(193)과, 상부 전극(194)으로 이루어진 압전 액츄에이터(190)가 형성된다.
한편, 압전막(193)의 소결은 대기하에서 수행되므로, 그 단계에서 세 개의 기판(100, 200, 300)에 형성된 잉크 유로의 내면에 실리콘 산화막이 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 실리콘 산화막은 거의 모든 종류의 잉크와 반응성이 없으므로 다양한 잉크를 사용할 수 있게 된다. 또한, 실리콘 산화막은 친수성(hydrophilic)을 가지므로 잉크의 초기 유입시 기포(air bubble)의 유입이 방지되며, 잉크의 토출시에도 기포의 발생이 억제된다.
마지막으로, 접합된 상태의 세 개의 기판(100, 200, 300)을 칩 단위로 절단하는 다이싱(dicing) 공정과, 압전막(193)에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링(polling) 공정을 거치게 되면, 도 5에 도시된 압전 방식 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 다이싱은 상기한 압전막(193)의 소결 단계 전에 이루어질 수도 있다.
도 17a 내지 도 17d는 본 발명의 방법에 의해 형성된 댐퍼와 노즐 부위의 SEM 사진들로서, 도 17a는 중간 기판에 형성된 댐퍼와 하부 기판에 형성된 잉크 유도부의 사진이고, 도 17b는 댐퍼와 잉크 유도부의 연결부를 확대한 사진이며, 도 17c와 도 17d는 잉크 유도부와 오리피스가 만나는 부위의 사진이다.
상기 사진들을 보면, 댐퍼와 노즐이 정확히 정렬되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 경사진 잉크 유도부의 상단부 크기가 댐퍼의 하단부 크기보다 큰 것을 알 수있는데, 이는 댐퍼의 형상을 식각 마스크로 하여 하부 기판을 습식 식각함으로써 나타나는 산화막 아래의 언더 컷으로 인한 것이다. 이러한 현상은 도 12b의 단계에서 설명한 바와 같이 드라이 필름 레지스트와 포토레지스트에 형성되는 개구부의 크기를 댐퍼의 크기보다 약간 작도록 함으로써, 습식 식각에 의해 형성되는 잉크 유도부의 크기를 댐퍼의 크기에 일치시킬 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 구성요소를 형성하는 방법은 단지 예시된 것으로서, 다양한 식각방법이 적용될 수 있으며, 제조방법의 각 단계의 순서도 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 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 중간 기판과 하부 기판을 미리 SDB법에 의해 접합시킨 후, 중간 기판에 댐퍼를 형성하고, 이 댐퍼를 이용하여 하부 기판에 노즐을 형성함으로써, 댐퍼와 노즐 사이의 정렬 오차가 발생하지 않는 장점이 있다.
둘째, 세 개의 기판 각각으로 진행되던 종래의 공정 단계가 줄어들게 되어 장비 사용이나 웨이퍼 손실 등 제조 비용을 절감할 수 있다.
셋째, 기판을 건식이나 습식 식각하여 잉크 유로를 형성한 후 SDB법에 의한 기판의 접합시, 기판 표면의 오염으로 인해 접합이 잘 이루어지지 않는 경우가 많이 발생한다. 그러나, 본 발명에서는 원하는 두께로 폴리싱된 두 개의 기판을 미리 접합한 후 유로 형성 공정을 진행하므로, 마지막 공정에서 접합 불량이나 각 웨이퍼의 파손으로 인한 손실을 최소화할 수 있다.

Claims (28)

  1. (가) 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;
    (나) 상기 하부 기판 위에 상기 중간 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계;
    (다) 상기 중간 기판과 하부 기판을 접합된 상태로 미세 가공하여, 상기 중간 기판에는 리스트릭터, 리저버 및 댐퍼를 형성하고, 상기 하부 기판에는 상기 댐퍼에 연결되는 노즐을 형성하는 단계;
    (라) 상기 상부 기판을 미세 가공하여 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 단계;
    (마) 상기 중간 기판 위에 상기 상부 기판을 SDB법에 의해 접합시키는 단계; 및
    (바) 상기 상부 기판 위에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 중간 기판과 하부 기판을 산화시켜 그 각각의 표면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 중간 기판과 하부 기판 중 어느 하나의 기판의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계와,
    상기 하부 기판 위에 상기 중간 기판을 적층하여 정렬시키는 단계와,
    상기 중간 기판과 하부 기판을 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산화막 제거 단계 후에, 황산과 순수를 사용하여 상기 두 개의 기판을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 정렬 단계 후에, 상기 두 개의 기판에 적외선을 조사하여 상기 두 개의 기판의 밀착 상태를 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 어닐링 단계 후에, 접합된 상태의 상기 중간 기판과 하부 기판의 표면에 다시 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (다) 단계 전에, 상기 중간 기판의 상면과 상기 하부 기판의 저면에 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크를 형성하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 (다) 단계는,
    상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각하여 상기 리스트릭터를 형성하는 단계와,
    상기 중간 기판을 관통되도록 식각하여 상기 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계와,
    상기 하부 기판을 관통되도록 식각하여 상기 노즐을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 리스트릭터 형성 단계는,
    상기 중간 기판의 상면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리스트릭터가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써 상기 리스트릭터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 리저버와 댐퍼 형성 단계는,
    상기 중간 기판의 상면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리저버와 댐퍼가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판을 상면으로부터 상기 중간 기판과 상기 하부 기판 사이의 산화막까지 식각함으로써, 상기 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 노즐 형성 단계는,
    상기 댐퍼를 통해 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이 식각하여 상기 댐퍼와 연결되는 잉크 유도부를 형성하는 단계와,
    상기 하부 기판의 저면을 식각하여 상기 잉크 유도부와 연결되는 오리피스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 잉크 유도부 형성 단계는,
    상기 리저버와 댐퍼가 형성된 상기 중간 기판의 전 표면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 중간 기판의 상면에 상기 댐퍼에 대응되는 개구부가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 댐퍼 저면의 산화막을 식각하여 제거함으로써, 상기 하부 기판을 부분적으로 노출시키는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    노출된 상기 하부 기판을 식각하여 상기 잉크 유도부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는,
    상기 중간 기판의 상면에 드라이 필름 레지스트를 도포하는 단계와,
    상기 드라이 필름 레지스트 위에 액상의 포토레지스트를 도포하는 단계와,
    상기 드라이 필름 레지스트와 상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 댐퍼의 크기보가 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 (다) 단계는,
    상기 리스트릭터 형성 단계 전에, 상기 중간 기판의 상면에 질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 질화막의 형성은 화학기상증착(CVD)법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 리스트릭터 형성 단계는,
    상기 질화막의 상면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막과 질화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리스트릭터가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써 상기 리스트릭터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 리저버와 댐퍼 형성 단계는,
    상기 질화막의 상면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 산화막의 상면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막과 질화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 중간 기판의 상면 중 상기 리저버와 댐퍼가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    상기 산화막을 식각 마스크로 하여 상기 개구부를 통해 상기 중간 기판을 상면으로부터 상기 중간 기판과 상기 하부 기판 사이의 산화막까지 식각함으로써, 상기 리저버와 댐퍼를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 노즐 형성 단계는,
    상기 댐퍼를 통해 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이 식각하여 상기 댐퍼와 연결되는 잉크 유도부를 형성하는 단계와,
    상기 하부 기판의 저면을 식각하여 상기 잉크 유도부와 연결되는 오리피스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 잉크 유도부 형성 단계는,
    상기 리저버와 댐퍼가 형성된 상기 중간 기판과 상기 질화막의 전 표면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 중간 기판의 상면에 상기 댐퍼에 대응되는 개구부가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 질화막을 식각 마스크로 하여 상기 댐퍼 저면의 산화막을 식각하여 제거함으로써, 상기 하부 기판을 부분적으로 노출시키는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
    노출된 상기 하부 기판을 식각하여 상기 잉크 유도부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는,
    상기 중간 기판의 상면에 드라이 필름 레지스트를 도포하는 단계와,
    상기 드라이 필름 레지스트를 패터닝하여 상기 개구부를 상기 댐퍼의 크기보다 큰 크기로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  21. 제 11항 또는 제 19항에 있어서,
    상기 산화막의 식각 단계에서, 상기 산화막은 RIE를 이용한 건식 식각에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  22. 제 11항 또는 제 19항에 있어서,
    상기 잉크 유도부 형성 단계에서, 상기 하부 기판으로서 (100)면 실리콘 기판을 사용하여 상기 하부 기판을 이방성 습식 식각함으로써, 상기 잉크 유도부를 그 측면이 경사진 사각뿔 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  23. 제 10항 또는 제 18항에 있어서, 상기 오리피스 형성 단계는,
    상기 하부 기판의 저면에 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 산화막의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화막을 부분적으로 식각함으로써, 상기 하부 기판의 저면 중 오리피스가 형성될 부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 개구부를 통해 상기 하부 기판을 식각하여 상기 오리피스를 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 (라) 단계 전에, 상기 상부 기판의 상면과 저면에 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크를 형성하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 (라) 단계는, 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 식각하여 상기 압력 챔버와 잉크 도입구를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 (라) 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘 기판과, 중간 산화막과, 제2 실리콘 기판이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 사용하며, 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘 기판을 식각함으로써 상기 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 (마) 단계에서, 상기 중간 기판의 상면과 상기 상부 기판의 저면 중 어느 하나의 면에만 산화막이 형성된 상태로 접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 (바) 단계는,
    상기 상부 기판 위에 Ti 층과 Pt 층을 순차적으로 적층하여 하부 전극을 형성하는 단계와,
    상기 하부 전극 위에 압전막을 형성하는 단계와,
    상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계와,
    상기 압전막에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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