KR20050122896A - 측벽 발열 저항기를 구비하는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
측벽 발열저항기를 구비하는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법을 제공한다. 상기 잉크젯 헤드는 기판 및 상기 기판의 소정영역을 관통하는 잉크 공급홀을 구비한다. 상기 기판 상에, 상기 잉크 공급홀과 연통하는 챔버홀을 갖는 챔버층이 배치된다. 발열저항기가 적어도 상기 챔버홀의 내측벽을 덮도록 배치된다. 상기 기판과 상기 챔버층 사이에 개재되고 상기 챔버홀 내부로 연장된 하부배선이 상기 발열저항기와 전기적으로 연결된다. 상기 챔버층 상에 상기 발열저항기와 전기적으로 연결되는 상부배선이 배치된다. 또한, 평탄한 상부면을 갖는 절연성 보호층이 상기 상부배선, 상기 발열저항기 및 상기 챔버층을 덮도록 배치된다. 상기 절연성 보호층 상에, 상기 잉크 공급홀과 대응되는 위치에 노즐을 구비하는 노즐층이 배치된다.
Description
본 발명은 잉크젯 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 측벽 발열저항기를 구비하는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 수납용기를 포함한다. 상기 잉크젯 기록장치의 잉크 토출 방식은 전기-열 변환기(electro-thermal transducer)를 사용하는 열 방식과 전기-기계 변환기(electro-mechanical transducer)를 사용하는 압전방식으로 분류된다.
상기 열방식의 잉크젯 헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건을 만족하여야 한다. 첫째, 제조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위하여는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 좁아야 한다. 즉, 고 해상도를 얻기 위하여는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속인쇄를 위하여는 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 짧아야 한다. 즉, 가열된 잉크와 전기-열 변환기의 냉각이 빨리 이루어져 구동주파수를 높일 수 있어야 한다.
도 1은 종래 열방식의 잉크젯 헤드의 일례로서, 미국특허 제4,882,595호에 개시된 잉크젯 헤드를 나타내는 절개 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 열 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 배치되어 잉크가 채워지는 잉크챔버(12)를 형성하는 챔버층(14)과, 상기 잉크챔버(12)의 바닥면에 배치되어 전기-열 변환기로 제공되는 발열저항기 (16)와, 잉크가 토출되는 노즐(18)을 갖는 노즐층(20)를 포함한다. 도시되지 않은 잉크 수납용기로 부터 제공된 잉크가 잉크 공급로(24) 및 잉크 채널(22)을 순차적으로 거쳐 상기 잉크 챔버(12)에 임시로 저장된다. 이때, 상기 잉크 챔버(12)와 연통된 상기 노즐(18) 내에도 모세관 현상에 의하여 잉크가 채워진다. 상기 잉크 챔버(12)에 저장된 잉크는 상기 발열저항기(16)에 의하여 순간적으로 가열되며 이때 발생한 압력에 의하여 액적의 형태로 상기 노즐(18)을 통하여 토출된다.
상술한 바와 같은 구조를 가진 종래 탑-슈팅(top-shooting) 방식의 잉크젯 헤드는 상기 잉크 챔버(12), 상기 잉크 채널(22) 및 상기 잉크 공급로(24)가 동일 평면상에 배치되므로, 단위 면적당 노즐(18)의 수, 즉 노즐 밀도를 향상시키는데 한계가 있다. 또한, 상기 노즐(18)과 대응하는 상기 잉크 챔버(12)의 바닥면에 상기 발열 저항기(16)가 배치되어 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일하게 된다. 그 결과, 잉크 액적의 토출시 잉크 액적의 토출방향과 반대방향으로 작용하는 캐비태이션 현상에 의하여 상기 발열 저항기(16)에 물리적 손상이 발생하게 되어, 상기 발열 저항기(16)의 수명을 단축시킬 수 있다. 이러한, 상기 발열 저항기(16)의 물리적 손상을 방지하기 위하여 상기 발열저항기(16)의 상부에 탄탈륨과 같은 금속층으로 이루어진 캐비태이션 방지층을 형성하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 상기 캐비태이션 방지층을 형성하는 것 만으로는 캐비태이션 현상에 의한 발열 저항기(16)의 물리적 손상을 완전하게 방지할 수 없어, 이에 대한 구조적 대안이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 향상된 노즐 밀도, 잉크 액적의 토출 속도, 토출 주파수 특성 및 신뢰성을 갖는 잉크젯 헤드를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 측벽 발열저항기를 구비하는 잉크젯 헤드를 제공한다. 상기 잉크젯 헤드는 기판 및 상기 기판의 소정영역을 관통하는 잉크 공급홀을 구비한다. 상기 기판 상에, 상기 잉크 공급홀과 연통하는 챔버홀을 갖는 챔버층이 배치된다. 발열저항기가 적어도 상기 챔버홀의 내측벽을 덮도록 배치된다. 상기 기판과 상기 챔버층 사이에 개재되고 상기 챔버홀 내부로 연장된 하부배선이 상기 발열저항기와 전기적으로 연결된다. 상기 챔버층 상에 상기 발열저항기와 전기적으로 연결되는 상부배선이 배치된다. 또한, 평탄한 상부면을 갖는 절연성 보호층이 상기 상부배선, 상기 발열저항기 및 상기 챔버층을 덮도록 배치된다. 상기 절연성 보호층 상에, 상기 잉크 공급홀과 대응되는 위치에 노즐을 구비하는 노즐층이 배치된다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 측별 발열 저항기를 구비하는 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 하부 배선패턴을 형성한다. 상기 하부 배선패턴을 갖는 상기 기판 상에 상기 하부 배선패턴의 소정영역을 노출시키는 챔버홀을 갖는 챔버층을 형성한다. 상기 챔버홀의 내측벽 및 바닥면을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층의 상부면으로 연장된 연장부를 갖는 발열저항기 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 챔버층 상에 상기 발열저항기 패턴의 연장부와 접촉하는 상부 배선을 형성한다. 상기 챔버홀 중심부의 상기 발열저항기 패턴 및 상기 하부 배선패턴을 차례로 패터닝하여 상기 챔버홀 중심부의 상기 기판을 노출시키는 예비 공급홀을 형성한다. 이후, 상기 예비 공급홀을 갖는 결과물 상에 절연성 보호층을 형성하되, 상기 절연성 보호층은 상기 챔버홀 및 상기 예비 공급홀의 내측벽들 및 바닥면들을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층 상부에서 평탄한 상부면을 갖도록 형성된다. 상기 절연성 보호층 상에 상기 예비 공급홀과 대응되는 노즐을 갖는 노즐층을 형성한다. 상기 기판을 식각하여 상기 예비 공급홀과 연통하는 잉크 공급홀을 형성한다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명 하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 일부 절개 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드를 설명하기 위하여 도 2a의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다. 도 2a는 상기 잉크젯 헤드의 주요 구성요소 예를 들어, 하부배선(104), 발열저항기(108) 및 상부배선(110)을 명확히 도시하기 위하여 도 2b 중 일부구성요소들이 생략된 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(100)에는 공통 유로(118) 및 잉크 공급홀(120)이 배치된다. 상기 기판(100)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 공통 유로(118)는 상기 기판(100)의 하부에 배치되며, 도시되지 않은 잉크 수납용기와 연결된다. 한편, 도면에는 잉크젯 프린트 헤드의 단위셀 구조만 도시되어 있지만, 칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트 헤드에서는 일열 또는 복수열로 배치된 다수의 잉크 공급홀(120)이 상기 공통 유로(118)와 연결된다. 상기 잉크 공급홀(120)을 갖는 기판(100) 상에 절연성 열장벽층(102)이 배치된다. 상기 절연성 열장벽층(102)은 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 절연성 열장벽층(102) 상에 상기 잉크 공급홀(120)과 연통하는 챔버홀(106′)을 갖는 챔버층(106)이 배치된다. 상기 챔버층(106)은 네가티브 감광성 수지, 열경화성 수지, 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN) 또는 폴리 실리콘막일 수 있다. 상기 챔버홀(106′)은 상기 챔버층(106)을 관통하며, 그 바닥면을 통해 상기 잉크 공급홀(120)과 연결된다. 상기 챔버홀(106′)은 평면도로 부터 보여질때 그 내부에 상기 잉크 공급홀(120)을 포함하며 사각형의 구조를 갖을 수 있다.
적어도 상기 챔버홀(106′)의 내측벽을 덮도록 발열저항기(108′)가 배치된다. 예를 들어, 상기 챔버홀(106′)이 사각형의 평면상을 갖는 경우에 상기 발열저항기(108′)는 상기 챔버홀(106′)의 네 측벽들을 모두 덮도록 배치된다. 상기 발열저항기(108′)는 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속, 또는 상기 고융점 금속을 포함하는 합금일 수 있다. 예를 들어, 상기 발열저항기(108′)는 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN 일 수 있다. 또한, 상기 발열저항기 (108′)는 상기 챔버홀(106′)의 바닥면 및 상기 챔버층(106)상으로 각각 소정부분 연장될 수 있다. 상기 열장벽층(102)을 갖는 기판(100) 및 상기 챔버층(106) 사이에 하부 배선(104′)이 개재된다. 상기 하부 배선(104′)은 일렬로 배치된 각 셀들이 공유하도록 라인 형태로 배치될 수 있다. 상기 하부 배선(104′)은 상기 챔버홀(106′) 내부로 연장되어 상기 챔버홀(106′)의 바닥면으로 연장된 부분의 상기 발열저항기(108′)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 챔버층(106) 상에는 상부배선 (110)이 상기 챔버홀(106′)을 둘러싸도록 배치되어 상기 챔버층(106)의 상부면으로 연장된 부분의 상기 발열저항기(108′)와 전기적으로 연결된다. 상기 잉크젯 헤드의 동작시 상기 발열저항기(108′) 중 상기 상부배선(110) 및 상기 하부배선(104′)과 접하지 않는 부분 즉, 상기 챔버홀(106)의 측벽을 덮고 있는 부분만이 실제 잉크 토출을 위한 열 발생에 기여하게 된다. 상기 상부 배선(110) 및 상기 하부배선(104′)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 양호한 도전성을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 금, 은 또는 백금과 같은 귀금속으로 이루어질 수 도 있다.
평탄한 상부면을 갖는 절연성 보호층(114)이 상기 상부배선(110), 상기 발열저항기(108′) 및 상기 챔버층(106)을 덮도록 배치된다. 보다 상세하게는, 상기 절연성 보호층(114)은 상기 챔버홀(106′)의 측벽 및 바닥면 상에 노출된 상기 발열저항기(108′)를 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층(106) 및 상기 챔버층(106) 상에 배치된 상기 상부배선(110)을 연속하여 덮는다. 상기 절연성 보호층(114)은 실리콘 질화막일 수 있으며, 상기 발열저항기(108′), 상기 상부배선(110) 및 상기 하부배선(104′)이 잉크에 의하여 부식되는 것을 방지하는 역할 및 이후 설명될 노즐층의 지지층의 역할을 한다. 또한, 상기 절연성 보호층(114)에 의하여 토출될 잉크가 임시로 저장되는 잉크챔버(115)의 최종적인 폭 및 높이가 결정된다. 상기 절연성 보호층(114) 상에 상기 잉크 공급홀(120)과 대응되는 위치에 노즐(116′)을 구비하는 노즐층(116)이 배치된다. 이때, 상기 노즐(116)은 상기 잉크 공급홀(120)의 단면적과 같거나 큰 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 잉크 토출시 잉크가 상기 잉크 공급홀(120) 방향으로 역류하는 현상과 잉크 리필 속도 저하를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 잉크 토출과정은 다음과 같다. 도시하지 않은 잉크 수납용기로 부터 제공된 잉크가 상기 공통 유로(118) 및 상기 잉크 공급홀(120)을 순차적으로 거쳐 상기 잉크 챔버(115)에 임시로 저장된다. 상기 잉크 챔버(115)에 저장된 잉크는 상기 발열 저항기(108′)에 의하여 가열되며, 그로 인하여 상기 잉크 챔버(115) 내에 버블이 발생한다. 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 발열저항기(108′)가 상기 잉크 챔버(115)의 측벽을 둘러싸도록 배치된다. 따라서, 상기 잉크 챔버(115)의 측벽 상에서 버블들이 발생하게 되며, 상기 잉크 챔버(115)의 측벽 상에서 발생한 버블들은 성장하여 상기 잉크 챔버(115)의 중심부에서 병합되어 주 버블(main bubble)을 형성하게 된다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 상기 챔버홀(106′)이 사각형의 평면상을 갖는 경우에, 상기 챔버홀(106′)의 네 측벽을 덮도록 배치된 상기 발열저항기(108′)에 의하여 상기 잉크 챔버(115)의 네 측벽부에서 버블들이 발생하게 되고, 상기 잉크 챔버(115)의 중심부에서 병합되어 주 버블을 형성하게 된다. 상기 주버블에 의하여 상기 잉크 챔버(115) 내의 압력이 증가하게 되고 이로 인하여 상기 노즐(116′)을 통하여 잉크가 액적의 형태로 토출되게 된다.
본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드는 상기 잉크 챔버(115)의 측벽부를 둘러싸는 발열저항기(108′)를 갖는다. 따라서, 종래 잉크 챔버의 바닥면에 배치된 발열저항기를 갖는 잉크젯 헤드에 비하여 많은 수의 버블을 발생시킬 수 있게 된다. 그 결과, 잉크 토출시 잉크 챔버내의 압력을 크게 증가시킬 수 있게 되어 잉크 토출속도 및 토출 주파수 특성이 향상된다. 또한, 잉크 토출시 잉크 토출방향의 반대방향으로 작용하는 캐비태이션 현상이 상기 발열저항기(108′)에 직접 작용하지 않게 되며, 상기 잉크 챔버의 중심부로 작용하게된다. 그 결과, 상기 캐비태이션 현상에 의한 상기 발열저항기(108′)의 물리적 손상을 방지할 수 있게 되어 잉크젯 헤드의 신뢰성이 향상된다. 더 나아가, 상기 잉크 챔버(115), 상기 잉크 공급홀(120) 및 상기 공통유로(118)가 수직으로 배열됨으로써 도 1에 도시된 종래 잉크젯 헤드에 비하여 노즐 밀도를 높일 수 있게 된다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2a의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 2a 및 도 3을 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 약 300㎛~500㎛의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 한편, 도 3은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩상태로 제조될 수 있다. 상기 기판(100) 상에 절연성 열장벽층(102)을 형성한다. 상기 절연성 열장벽층(102)은 열산화에 의한 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 이어서, 상기 절연성 열장벽층(102) 상에 하부 배선 패턴(104)를 형성한다. 더욱 상세하게는, 상기 절연성 열장벽층(102) 상에 하부 배선용 금속층을 형성한다. 상기 하부 배선용 금속층은 알루미늄, 알루미늄 합금금, 은 또는 백금과 같은 양호한 도전성을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 하부 배선용 금속층을 패터닝하여 상기 절연성 열장벽층(102) 상에 소정 폭을 갖는 라인 형태의 상기 하부 배선패턴(104)을 형성할 수 있다. 상기 하부 배선용 금속층을 패터닝하는 것은 공지의 이방성식각 공정을 통하여 수행될 수 있다.
도 2a 및 도 4를 참조하면, 상기 하부 배선 패턴(104)을 갖는 기판 상에 챔버층(106)을 형성한다. 상기 챔버층(106)은 상기 하부 배선패턴(104)의 소정영역을 노출시키는 챔버홀(106′)을 갖는다. 상기 챔버층(106)은 에폭시계 수지와 같은 감광성 수지층, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막으로 형성될 수 있다. 상기 챔버층(106) 및 상기 챔버홀(106′)은 상기 기판 상에 챔버 재료층(도시하지 않음)을 형성하고 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 챔버 재료층은 에폭시계 수지와 같은 감광성 수지층, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막으로 형성될 수 있다. 상기 챔버 재료층이 감광성 수지층인 경우에 상기 챔버 재료층은 노광 및 현상 공정에 의하여 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 챔버 재료층이 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막인 경우에 상기 챔버 재료층은 이방성식각 공정에 의하여 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 챔버층(106)은 약 10㎛~ 30㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 5를 참조하면, 상기 챔버층(106)을 갖는 기판 상에 콘포말한 고저항금속층(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 고저항 금속층은 Ta 또는 W과 같은 고융점 금속, 또는 상기 고융점 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고저항금속층은 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN 으로 형성될 수있다. 이때, 상기 고저항 금속층은 상기 챔버홀(106′)의 내벽들을 따라 콘포말하게 형성되는 것이 중요하다. 따라서, 상기 고저항 금속층은 양호한 단차도포성(step coverage)을 갖는 원자층 증착법(Atomic Layer Deosition;ALD)을 사용하요 형성하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 챔버홀(106′)의 내측벽 및 바닥면을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층의 상부면으로 소정영역 연장된 발열저항기 패턴(108)을 형성한다. 상기 발열저항기 패턴(108)은 상기 챔버홀(106′)의 바닥면에 노출된 상기 하부 배선패턴(104)과 접촉하고, 상기 챔버홀(106′)의 측벽을 덮는다. 또한, 상기 챔버층(106) 상으로 연장된 부분은 평면도로 부터 보여질때 상기 챔버홀(106′)을 둘러싸게 된다.
도 2a 및 도 6을 참조하면, 상기 챔버층(106′) 상에 상기 발열저항기 패턴(108)과 접촉하는 상부배선(110)을 형성한다. 더욱 상세하게는, 상기 발열저항기 패턴(108)을 갖는 기판상에 상부 배선용 금속층을 형성한다. 상기 상부 배선용 금속층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 은 또는 백금과 같은 양호한 도전성을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 상부 배선용 금속층을 패터닝하여 상기 챔버층(106) 상에 잔존하는 상기 상부배선(110)을 형성한다. 상기 상부 배선용 금속층은 습식식각 공정을 통하여 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 배선용 금속층이 알루미늄으로 형성된 경우에, 상기 상부 배선용 금속층은 인산 및 질산을 포함하는 용액을 식각액으로 사용하는 습식식각 공정에 의하여 패터닝될 수 있다. 상기 상부 배선(110)은 상기 챔버층(106) 상으로 연장된 부분의 상기 발열저항기 패턴(108)을 덮고, 상기 챔버층(106) 상으로 소정영역 연장된다. 그 결과, 상기 상부 배선(110)은 상기 챔버홀(106′)을 둘러싸는 테 형상을 갖을 수 있다. 예를 들어, 상기 챔버홀(106′)이 사각형의 평면상을 갖는 경우에 상기 상부 배선(110)은 상기 챔버홀(106′)을 둘러싸는 사각테의 형상을 갖을 수 있다. 또한, 상기 상부 배선(110)의 일단은 상기 챔버층(106) 상으로 연장되어 기판의 단부에 배치된 도시되지 않은 도전성 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a 및 도 7을 참조하면, 상기 챔버홀(106′)의 중심부를 노출시키는 마스크 패턴(111)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(111)은 포토레지스트 패턴으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 마스크 패턴(111)을 식각마스크로 사용하여 상기 챔버홀(106′) 중심부의 상기 발열저항기 패턴(108), 상기 하부 배선패턴(104) 및 상기 절연성 열장벽층(102)을 차례로 이방성식각한다. 그 결과, 상기 챔버홀(106′)의 중심부에 상기 기판(100)을 노출시키는 예비 공급홀(112)이 형성된다. 동시에, 상기 예비 공급홀(112)에 의하여 최종적인 하부배선(104′) 및 상기 하부배선(104′)과 전기적으로 연결되는 발열저항기(108′)가 형성된다. 즉, 상기 하부배선(104′) 및 상기 발열저항기(108′)는 각각 상기 하부 배선패턴(104) 및 상기 발열저항기 패턴(108) 중 상기 예비 공급홀(112) 형성을 위한 이방성식각 공정 수행 후 잔존하는 부분들이다. 상기 예비 공급홀(112)을 형성한 후 상기 마스크 패턴(111)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(111)이 포토레지스트 패턴인 경우에 상기 포토레지스트 패턴은 산소 플라즈마를 사용한 애슁공정을 통하여 제거될 수 있다.
도 2a 및 도 8을 참조하면, 상기 예비 공급홀(112)을 갖는 결과물 상의 전면에 절연성 보호층(114)을 형성한다. 상기 절연성 보호층(114)은 화학기상증착법에 의한 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 절연성 보호층(114)은 상기 챔버홀(106′) 및 상기 예비 공급홀(112)의 내측벽들 및 바닥면들을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층(106) 상부에서 평탄한 상부면을 갖도록 형성된다. 이를 위하여, 상기 절연성 보호층(114)을 형성한 후에 화학기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing)와 같은 평탄화 공정이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 상기 절연성 보호층(114)을 형성함으로써 토출될 잉크가 임시로 저장되는 잉크챔버(115)의 최종적인 폭 및 높이가 결정된다. 이후, 상기 절연성 보호층 (114) 상에 상기 예비 공급홀(112)의 직상부에 위치하는 노즐(116′)을 갖는 노즐층(116)을 형성한다. 상기 노즐층(116)을 형성하는 재료 및 공정은 당업자에게 공지된 방법에 의하여 다양하게 실시될 수 있다. 예를 들어, 전주도금, 또는 마이크로 펀칭 및 연마공정을 통하여 상기 노즐층(116)을 형성한후 상기 절연성 보호층(114) 상에 상기 노즐층(116)을 접착시킬 수 있다. 또한, 네가티브 광경화성 수지 또는 열경화성 수지를 사용하여 상기 절연성 보호층(114) 상에 직접적으로 노즐층(116)을 형성할 수도 있다.
도 2a 및 도 9를 참조하면, 상기 노즐층(116)을 갖는 기판(100)의 배면을 식각하여 공통유로(118) 및 상기 예비 공급홀(112)과 연통하는 잉크 공급홀(120)을 형성한다. 상기 공통유로(118)는 상기 잉크 공급홀(120) 및 상기 예비 공급홀 (112)에 의하여 상기 잉크 챔버(115)와 수직 연결된다. 상기 공통유로(118) 및 상기 잉크 공급홀(120)은 다음과 같은 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 상기 기판(100)의 배면에 상기 공통유로(118)가 형성될 영역을 한정하는 식각마스크를 형성한다. 습식 또는 건식식각의 방법으로 상기 기판(100)을 식각하여 상기 공통유로(118)를 형성한다. 이후, 상기 공통유로(118)가 형성된 상기 기판(100)의 배면 상에 잉크 공급홀(120)을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(119)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(119)을 식각마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 이방성 식각한다. 그 결과, 상기 기판(100)을 관통하여 상기 예비 공급홀(112)과 연통하는 잉크 공급홀(120)이 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 잉크젯 헤드는 잉크챔버의 측벽부를 둘러싸는 발열저항기를 갖는다. 그 결과, 잉크 토출시 잉크 챔버내의 압력을 크게 증가시킬 수 있게 되어 잉크 토출속도 및 노툴 주파수 특성이 향상된다. 또한, 캐비태이션 현상에 의한 상기 발열저항기의 물리적 손상을 방지할 수 있게 되어 잉크젯 헤드의 신뢰성을 향상된다. 더 나아가, 상기 잉크젯 헤드를 구성하는 잉크 챔버, 잉크 공급홀 및 공통유로가 수직으로 배열됨으로써 노즐 밀도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 종래 열방식의 잉크젯 헤드의 절개 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 일부 절개 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드를 설명하기 위하여 도 2a의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2a의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
Claims (8)
- 기판;상기 기판의 소정영역을 관통하는 잉크 공급홀;상기 기판 상에, 상기 잉크 공급홀과 연통하는 챔버홀을 갖도록 배치된 챔버층;적어도 상기 챔버홀의 내측벽을 덮는 발열저항기;상기 기판과 상기 챔버층 사이에 개재되고 상기 챔버홀 내부로 연장되어 상기 발열저항기와 전기적으로 연결되는 하부 배선;상기 챔버층 상에 배치되고 상기 발열저항기와 전기적으로 연결되는 상부배선;상기 상부배선, 상기 발열저항기 및 상기 챔버층을 덮고, 평탄한 상부면을 갖는 절연성 보호층;상기 절연성 보호층 상에 배치되고, 상기 잉크 공급홀과 대응되는 위치에 노즐을 구비하는 노즐층을 포함하는 잉크젯 헤드.
- 제 1 항에 있어서,적어도 상기 기판 및 상기 챔버층 사이에 개재된 절연성 열장벽층을 더 포함하는 잉크젯 헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 발열저항기는 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 기판을 준비하고,상기 기판 상에 하부 배선패턴을 형성하고,상기 하부 배선 패턴을 갖는 상기 기판 상에 상기 하부 배선패턴의 소정영역을 노출시키는 챔버홀을 갖는 챔버층을 형성하고,상기 챔버홀의 내측벽 및 바닥면을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층의 상부면으로 연장된 발열저항기 패턴을 형성하고,상기 챔버층 상에 상기 발열저항기 패턴과 접촉하는 상부 배선을 형성하고,상기 챔버홀 중심부의 상기 발열저항기 패턴 및 상기 하부 배선패턴을 차례로 패터닝하여 상기 챔버홀 중심부의 상기 기판을 노출시키는 예비 공급홀을 형성하고,상기 예비 공급홀을 갖는 결과물 상에 절연성 보호층을 형성하되, 상기 절연성 보호층은 상기 챔버홀 및 상기 예비 공급홀의 내측벽들 및 바닥면들을 콘포말하게 덮고, 상기 챔버층 상부에서 평탄한 상부면을 갖도록 형성되고,상기 절연성 보호층 상에 상기 예비 공급홀과 대응되는 노즐을 갖는 노즐층을 형성하고,상기 기판을 식각하여 상기 예비 공급홀과 연통하는 잉크 공급홀을 형성하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 하부배선 패턴을 형성하기 전에 상기 기판 상의 전면에 절연성 열장벽층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 발열저항기 패턴을 형성하는 것은,상기 챔버층이 형성된 결과물 상의 전면에 콘포말한 고저항 금속층을 형성하고,상기 고저항 금속층을 패터닝하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 고저항 금속층은 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN으로 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법..
- 제 6 항에 있어서,상기 고저항 금속층은 원자층 증착법을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8783831B2 (en) | 2011-01-31 | 2014-07-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device having firing chamber with contoured floor |
| US8939552B2 (en) | 2011-01-31 | 2015-01-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Thermal fluid-ejection echanism having heating resistor on cavity sidewalls |
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2004
- 2004-06-25 KR KR1020040048554A patent/KR20050122896A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| US8783831B2 (en) | 2011-01-31 | 2014-07-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device having firing chamber with contoured floor |
| US8939552B2 (en) | 2011-01-31 | 2015-01-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Thermal fluid-ejection echanism having heating resistor on cavity sidewalls |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |