KR20050033176A - 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드 - Google Patents

스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드 Download PDF

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Abstract

잉크나 열 등에 의하여 그 표면의 산화를 방지 또는 완화시킬 수 있는 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드에 대하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크제트 프린터 헤드의 안티캐비테이션막은 안티캐비테이션용 물질막과 버퍼막이 구비된 복합막이거나 안티캐비테이션막의 내부 원자 격자가 불연속적으로 어긋나게 형성되어 있다. 안티캐비테이션막은 히터와 동일한 물질로 형성된 막을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다.

Description

스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드{Inkjet printer head chip having improved stress and adhesion characteristics}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 잉크제트 프린터 헤드에 대한 것이다.
잉크제트 프린터 헤드는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 기포의 활성 에너지를 사용하여 잉크 액적(droplet)을 토출시키는 전기-열 변화 방식(electro-thermal transducer, 버블 제트 방식)이 주종을 이룬다. 전기-열 변화 방식의 잉크제트 프린터 헤드의 적층 구조를 살펴보면 히터 및 안티캐비테이션층을 포함하고 있는데, 안티캐비테이션층은 상기 히터에 대응하며 버블 팽창 후에 수축 시 발생되는 충격으로부터 그 하부의 히터 등을 보호하는 역할을 하는 물질층이다.
종래 기술에 따른 잉크제트 프린터 헤드의 히터는 발열 특성 및 제조 공정을 고려하여 통상적으로 TaN 또는 TaAl 등과 같은 탄탈륨 화합물로 제조한다. 그리고, 안티캐비테이션층은 그 하부의 히터 등에 스트레스를 가하지 않도록 저스트레스 특성을 가져야 할 뿐만이 아니라, 잉크와 반응을 거의 하지 않는 물질로 제조할 필요가 있다. 그리고, 안티캐비테이션층은 자체적으로 버블 등의 팽창과 충격에 버틸 수 있도록 기계적 힘에 대한 내성을 가지며, 히터의 열을 잉크에 잘 전달할 수 있는 물질로 제조할 필요가 있다. 상기한 특성들을 만족시킬 수 있도록 하기 위하여 종래에는 안티캐비테이션층을 Ta으로 제조하였다.
그런데, 종래 기술에 따라 Ta으로 제조된 안티캐비테이션층은 사용 중에 발생하는 열, 기계적인 충격 및/또는 잉크와의 화학적 반응 등에 의하여 안티캐비테이션층의 표면이 산화되는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 안티캐비테이션층의 표면이 산화되면 탄탈륨산화막(TaxOy)이 표면에 형성되며 장기간 사용하게 되면 상당히 두꺼운 탄탈륨산화막이 생긴다. 탄탈륨산화막은 열전단 계수가 작기 때문에 그것이 두껍게 적층되는 경우에는 히터의 열을 잘 전달할 수 없을 뿐만이 아니라 사용 중에 발생하는 내부의 열도 외부로 발산시킬 수가 없다. 그 결과, 상기 잉크제트 프린터 헤드를 포함하는 프린터 기기를 사용하는 도중에 고장이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 안티캐비테이션막의 산화를 방지하거나 및/또는 산화 현상이 많이 진행되는 것을 방지함으로써 장기간 사용하여도 초기의 높은 열전달 계수를 유지할 수 있으며 접착 특성이 뛰어난 신뢰성 있는 잉크제트 프린터 헤드를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 낮은 스트레스 특성, 잉크와의 비반응성 및 높은 기계적 강도를 가진 잉크제트 프린터 헤드를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크제트 프린터 헤드는 기판 상에 형성되어 있는 히터 및 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드로서, 상기 히터는 탄탄륨을 포함하는 탄탄륨화합물로 형성하고, 상기 안티캐비테이션막은 안티캐비테이션용 물질막 및 상기 안티캐비테이션용 물질막의 상부 또는 하부에 형성되어 있으며, 상기 안티캐비테이션용 물질막의 접착력을 향상시키고 상기 안티캐비테이션 물질막으로부터 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 버퍼막을 더 포함한다.
상기한 실시예의 일 측면에 따르면, 상기 안티캐비테이션막은 상기 히터와 동일한 물질로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 히터는 TaN막 또는 TaAl막일 수 있다.
상기한 실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 버퍼막은 단일막이거나 복합막일 수 있는데, 예를 들면, 상기 히터 및 상기 안티캐비테이션막은 TaN막이고, 상기 버퍼막은 Ta막, Ti막, TiN막, SiN막 또는 Pt막의 단일막이거나 Ti막과 TiN막의 복합막일 수 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크제트 프린터 헤드는 기판 상에 형성되어 있는 히터 및 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드로서, 상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 상하로 연속적이 되지 않는 구조로 되어 있는 막으로 형성되어 있다.
상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 안티캐비테이션막은 단일막 구조이고, 상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 연속적이 되지 않도록 소정의 두께로 증착하는 공정 및 퍼지 공정을 반복적으로 수행하여 형성한 막일 수가 있다.
상기한 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 안티캐비테이션막은 복합막 구조이고, 서로 다른 물질로 형성된 2개 이상의 물질막이 적층되어 있는 막일 수 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 잉크제트 프린터 헤드는 기판, 상기 기판 상에 형성되어 있는 절연층, 상기 절연층 상에 형성되어 있는 히터, 상기 히터에 전기 에너지를 공급하기 위하여 상기 히터의 소정 부분을 노출시키며 상기 히터와 접촉하고 있는 컨덕터, 상기 히터 및 상기 컨덕터를 보호하도록 상기 히터 및 상기 컨덕터상에 형성되어 있는 패시베이션층 및 상기 히터의 노출부에 대응하는 위치의 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 안티캐비테이션막을 포함하고, 상기 히터는 탄탄륨을 포함하는 탄탄륨화합물로 형성하고, 상기 안티캐비테이션막은 안티캐비테이션용 물질막 및 상기 안티캐비테이션용 물질막의 상부 또는 하부에 형성되어 있으며, 상기 안티캐비테이션용 물질막의 접착력을 향상시키고 상기 안티캐비테이션 물질막으로부터 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 버퍼막을 더 포함할 수 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 잉크제트 프린터 헤드는 기판, 상기 기판 상에 형성되어 있는 절연층, 상기 절연층 상에 소정의 패턴으로 형성되어 있는 히터, 상기 히터에 전기 에너지를 공급하기 위하여 상기 히터와 접촉하고 있는 컨덕터, 상기 히터 및 상기 컨덕터를 보호하도록 상기 히터 및 상기 컨덕터상에 형성되어 있는 패시베이션층 및 상기 히터에 대응하는 위치의 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 안티캐비테이션막을 포함하고, 상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 상하로 연속적이 되지 않는 구조로 되어 있는 막으로 형성되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되어지는 것들이다. 도면에 있어서, 층의 두께 및/또는 영역들의 크기 등은 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1에는 잉크제트 프린터 헤드의 적층구조를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 잉크제트 프린터 헤드(100)는 기판(110), 상기 기판(110)의 상면에 형성되어 있는 절연층(120), 상기 절연층(120) 상에 형성되어 있는 히터(130), 상기 히터(130)와 접촉하고 있으며 상기 히터(130)의 소정 부분을 노출시키는 컨덕터(135), 상기 히터(130) 및 상기 컨덕터(135)를 덮고 있는 패시베이션층(140) 및 상기 패시베이션층(140)상에 형성되어 있는 안티캐비테이션막(150)을 포함한다. 그리고, 상기 적층 구조물 상에는 안티캐비테이션막(150)에 대응하는 빈 공간인 잉크챔버(162)와 잉크챔버(162)와 연결되는 잉크유로(미도시)를 제공하는 유로판(160)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로판(160) 위에는 상기 잉크 챔버(162)의 중앙에 위치하는 오리피스(172)를 제공하는 노즐판(170)이 형성되어 있다.
절연층(120)은 예를 들어, 실리콘산화물과 같은 절연 물질로 형성하며, 기판(110)을 콘덕터(135)로부터 절연시킬 뿐만이 아니라 히터(130)의 열이 기판(110)에 전달되는 것을 차단한다. 그리고, 히터(130)는 TaN, TaAl, TiN, TiAlN 또는 WSiN 등으로 형성하는데, TaN으로 형성하는 것이 바람직하다. 히터(130)는 콘덕터(135)와 접촉하고 있어서, 콘덕터(135)를 통하여 전기 에너지를 공급 받는다. 콘덕터(135)는 알루미늄과 같은 전기 전도성이 큰 물질로 형성하며, 히터(130)의 소정 부분을 노출시킨다. 그리고, 히터(130)의 노출면 및 콘덕터(135)가 잉크 등에 접촉하는 것을 방지하고, 스트레스의 전달을 완화시키기 위하여 패시베이션층(140)이 히터(130) 및 컨덕터(135) 상에 형성되어 있다. 패시배이션층(140)은 실리콘질화물 또는 불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘 등으로 형성할 수 있다. 그리고, 히터(130)의 노출면에 대응하는 패시베이션층(140) 상에는 안티캐비테이션막(150)이 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크제트 프린터 헤드의 안티캐비테이션막(150)은 안티캐비테이션용 물질막과 버퍼막의 복합막일 수 있다. 안티캐비테이션용 물질막은 종래 기술과 같이 Ta으로 형성하거나, TaN 등과 같이 히터(130) 물질과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 그리고, 버퍼막은 상기 안티캐비테이션용 물질막의 상부 또는 하부에 형성되어 있으며, 상기 안티캐비테이션용 물질막의 접착력을 향상시키고 상기 안티캐비테이션 물질막으로부터 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 것이다. 따라서, 버퍼막은 단일막 또는 복합막일 수 있으며, 상기 히터(130) 물질과 다른 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 안티캐비테이션용 물질막은 Ta 또는 TaN으로 형성하거나, 그 외에도 TiN, TiN 또는 Pt로 형성할 수 있다. 그리고, 버퍼막은 Ta, TaN, Ti, TiN 또는 Pt 등으로 형성할 수 있다. 본 실시예의 바람직한 첫 번째 예는 히터(130)를 TaN으로 형성하고, 안티캐비테이션막(150)은 상기 히터(130)와 동일한 물질을 포함하는 막 즉, Ta/TaN, TaN/Ta, Ti/TaN, TiN/TaN, Pt/TaN 또는 Ti/TiN/TaN으로 형성하는 것이다. 그리고, 본 실시예의 바람직한 두 번째 예는 히터(130)를 TaN으로 형성하고, 안티캐비테이션막(150)은 상기 히터(130)와 동일한 물질을 포함하지 않는 막 즉, Ti/Ta, TiN/Ta, pt/Ta, Ti/TiN/Ta, Ta/TiN, Ta/SiN 또는 SiN/Ta으로 형성하는 것이다. 단, 안티캐비테이션막(150)에 의한 스트레스를 완화하기 위해서는 TaN막은 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 잉크제트 프린터 헤드의 안티캐비테이션막(150)이 안티캐비테이션막(150)을 형성하는 내부의 원자 격자가 상하 방향으로는 연속적이지 않고 어긋나도록 형성되어 있는 경우이다. 이 경우에는 안티캐비테이션막(150)은 상기한 제1 실시예와 같은 복합막으로 형성하거나 또는 단일막으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 안티캐비테이션막(150)을 종전과 같이 Ta으로만 형성하는 경우, Ta의 증착 공정과 N2 가스 등을 이용한 퍼지 공정을 반복적으로 수행함으로써 Ta막의 원자 격자가 연속적이 되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이 안티캐비테이션막(150)을 복합막으로 형성하거나 원자 격자를 어긋나도록 형성하면, 안티캐비테이션막(150)의 표면이 산화되는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있으며, 또한 안티캐비테이션막(150)에 의한 스트레스도 완화시킬 수가 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 이 분야에 공지되어 있는 통상적인 기술을 사용하여 상기 결과물 상에 폴리 이미드 등의 물질을 사용하여 유로판(160) 및 노즐판(70)을 형성한다.
본 발명에 의하면, 안티캐비테이션막이 산화되는 현상을 방지하거나 완화시킬 수가 있다. 따라서, 잉크제트 프린터 헤드를 장시간 사용하는 경우에도 내부의 열을 효과적으로 방출시킬 수가 있으며, 그 결과 열에 의하여 잉크제트 프린터 헤드에 고장이 발생하는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 본 발명에 의한 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드는 복합막 또는 어긋나 있는 원자 격자 구조의 막을 포함하기 때문에 기계적인 힘에 의한 충격에 내성이 강하며 잉크 등에 반응을 잘 하지 않기 때문에 안티캐비테이션막의 표면이 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수가 있다.
도 1은 잉크제트 프린터 헤드에 대한 개략적인 단면도이다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성되어 있는 히터 및 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드에 있어서,
    상기 히터는 탄탄륨을 포함하는 탄탄륨화합물로 형성하고, 상기 안티캐비테이션막은 안티캐비테이션용 물질막 및 상기 안티캐비테이션용 물질막의 상부 또는 하부에 형성되어 있으며, 상기 안티캐비테이션용 물질막의 접착력을 향상시키고 상기 안티캐비테이션 물질막으로부터 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 버퍼막을 더 포함하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안티캐비테이션용 물질막은 상기 히터와 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 TaN막 또는 TaAl막인 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼막은 단일막 또는 복합막인 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 히터 및 상기 안티캐비테이션 물질막은 TaN막이고, 상기 버퍼막은 Ta막, Ti막, TiN막, SiN막 또는 Pt막의 단일막이거나 Ti막과 TiN막의 복합막인 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  6. 기판 상에 형성되어 있는 히터 및 안티캐비테이션막을 포함하는 잉크제트 프린터 헤드에 있어서,
    상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 상하로 연속적이 되지 않는 구조로 되어 있는 막으로 형성되어 있는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안티캐비테이션막은 단일막 구조이고, 상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 연속적이 되지 않도록 소정의 두께로 증착하는 공정 및 퍼지 공정을 반복적으로 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 안티캐비테이션막은 복합막 구조이고, 서로 다른 물질로 형성된 2개 이상의 물질막이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 있는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되어 있는 히터;
    상기 히터에 전기 에너지를 공급하기 위하여 상기 히터의 소정 부분을 노출시키며 상기 히터와 접촉하고 있는 컨덕터;
    상기 히터 및 상기 컨덕터를 보호하도록 상기 히터 및 상기 컨덕터상에 형성되어 있는 패시베이션층; 및
    상기 히터의 노출부에 대응하는 위치의 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 안티캐비테이션막을 포함하고,
    상기 히터는 탄탈륨을 포함하는 탄탈륨화합물로 형성하고, 상기 안티캐비테이션막은 안티캐비테이션용 물질막 및 상기 안티캐비테이션용 물질막의 상부 또는 하부에 형성되어 있으며, 상기 안티캐비테이션용 물질막의 접착력을 향상시키고 상기 안티캐비테이션 물질막으로부터 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 버퍼막을 더 포함하는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
  10. 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 있는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되어 있는 히터;
    상기 히터에 전기 에너지를 공급하기 위하여 상기 히터의 소정 부분을 노출시키며 상기 히터와 접촉하고 있는 컨덕터;
    상기 히터 및 상기 컨덕터를 보호하도록 상기 히터 및 상기 컨덕터상에 형성되어 있는 패시베이션층; 및
    상기 히터의 노출부에 대응하는 위치의 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 안티캐비테이션막을 포함하고,
    상기 안티캐비테이션막은 내부의 원자 격자가 상하로 연속적이 되지 않는 구조로 되어 있는 막으로 형성되어 있는 스트레스 및 접착 특성이 향상된 잉크제트 프린터 헤드.
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