KR20060025876A - 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 공급을 위한 매니폴드와, 잉크채널이 형성된 기판과 이 기판 상에 적층 형성된 노즐 플레이트 그리고 기판과, 노즐 플레이트 사이에 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 측으로 연장 형성된 챔버와, 챔버 주변의 기판과 상기 노즐 플레이트 계면에 형성된 전극 그리고 전극에 양단이 접속 연장되어 챔버 상에 부양 위치하여 양면으로 버블이 형성되도록 하는 히터를 구비하여 히터 보호층을 별도로 형성하는 공정을 생략함으로써 제조공정효율이 보다 향상시키고, 동시에 히터 보호층의 생략으로 인하여 저전력으로도 히터의 동작 및 작용이 가능하도록 하며 사용전압이 낮아지므로 노즐의 밀집도를 보다 향상시킬 수 있도록 하고, 또한 부양된 히터가 기판 및 전극과 평행하게 위치함으로써 제조공정 상의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있도록 한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 동작을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 장벽층을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 전극을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 전극에 챔버영역을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 절연막과 컨택홀을 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 제 1챔버를 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 제 1챔버에 제 1희생층을 채운 후 표면 평탄화를 진행한 상태를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 히터를 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 히터 상에 제 2희생층을 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 노즐 플레이트를 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 노즐을 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 매니폴더를 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 기판의 배면에 포토레지스트를 스프레이 코팅으로 형성한 단계를 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 잉크채널 패턴을 엑시머 레이저를 이용하여 형성한 상태를 도시한 단면도이다.
도 16a는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 잉크채널가 형성된 단계를 도시한 단면도이다.
도 16b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 잉크채널가 형성된 상태를 도시한 사진이다.
도 17은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에서 제 1희생층과 제 2희생층을 제거하여 헤드의 제조를 완료한 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터의 상하부로 버블이 생성되어 잉크토출이 가능하도록 한 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 액적의 토출 메커니즘에 따라 크게 두 가지 방식으로 분류될 수 있다. 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식이 있고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식이 있다.
열구동 방식의 토출 메커니즘은 저항발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 하면 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크가 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크챔버 밖으로 토출된다.
종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드에서 히터는 기판 상에 형성되어 있으며, 히터의 위치 및 구동방식에 따라 탑 슈팅(Top-shooting) 방식, 사이드 슈팅(Side-shooting) 방식 또는 백 슈팅(Back-shooting) 방식으로 구분된다.
그러나 이들 구동방식들은 모두 버블의 생성이 히터의 어느 한 방향으로만 진행되므로 토출성능에 한계가 있다. 이를 해소하고자 두 개의 히터를 기판 상에 배치하여 토출성능을 향상시키도록 하였으나 이를 경우 노즐의 고직접화를 제한하게 된다.
또한 종래의 히터에는 모두 히터 보호층이 형성되어 있다. 따라서 히터의 구동을 위해서는 히터 보호층을 감안한 상당히 큰 전력이 제공되어야 하므로 전력소비가 크고, 이는 잉크젯 프린터 헤드의 노즐 고직접화를 제한하는 한 요소가 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 챔버 내부에 히터를 부양 위치하도록 하여 히터의 양측으로 버블이 생성되도록 함으로서 잉크 토출 성능을 향상시키도록 한 잉크젯 프린터 헤드를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 챔버 내부에 부양 위치한 히터에 보호층을 생략시켜 저전력으로 동작이 가능하도록 하고, 부양된 히터가 기판과 평행하게 형성되도록 하여 히터의 동작신뢰성을 높이도록 한 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 공급을 위한 매니폴드와 잉크채널이 형성된 기판; 상기 기판 상에 적층 형성된 노즐 플레이트; 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 사이에 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 측으로 연장 형성된 챔버; 상기 챔버 주변의 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 계면에 형성된 전극; 상기 전극에 양단이 접속 연장되어 상기 챔버 상에 부양 위치하여 양면으로 버블이 형성되도록 하는 히터를 구비한다.
그리고 바람직하게 상기 히터의 표면에는 보호층이 형성되지 않고, 직접 잉크와 접촉되도록 구비된다.
또한 바람직하게 상기 잉크채널을 형성하기 위한 포토마스크 패턴은 레이저 가공으로 형성되고, 상기 레이저는 KrF 엑시머 레이저가 사용된다. 또한 바람직하게 상기 잉크채널은 유도 결합 플라즈마식각으로 형성된다.
또한 바람직하게 상기 챔버는 상기 히터로부터 상기 기판 측으로 연장된 제 1챔버와 상기 히터로부터 상기 노즐 플레이트 측으로 형성된 제 2챔버를 포함한다.
또한 바람직하게 상기 히터는 양단이 상기 전극 상에 겹쳐져서 상기 전극과 상기 기판에 대하여 평행하게 형성된다.
또한 바람직하게 상기 히터와 상기 전극 사이에는 절연막이 형성되고, 상기 히터와 상기 전극이 겹쳐진 상기 절연막에 컨택홀이 형성되어 상기 히터와 상기 전극이 접속된다.
또한 바람직하게 상기 히터는 1,000 - 3,000Å의 두께로 형성된다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조방법은 기판 상에 챔버 영역이 패터닝된 전극을 형성하고, 상기 챔버 영역을 제외한 상기 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 챔버 영역을 상기 기판 측으로 소정깊이 식각한 후 제 1희생층을 채운다음 평탄화하는 단계; 상기 제 1희생층 상에 양단부가 상기 전극에 컨택되도록 히터를 형성하는 단계; 상기 히터 상에 제 2희생층을 형성하 고, 상기 제 2희생층 상에 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 형성하는 단계; 상기 기판의 배면으로 매니폴더를 형성하고, 상기 매니폴더 측으로 도포된 포토마스크에 레이저로 잉크채널패턴을 형성한 후 상기 잉크채널를 식각 형성하는 단계; 상기 제 1희생층과 상기 제 2희생층을 제거하여 상기 히터가 내부에 부양되어 위치하도록 하는 챔버를 형성하는 단계를 구비한다.
그리고 바람직하게 상기 히터의 표면에는 보호층 없이 형성되어 상기 챔버 내부에 잉크에 노출되도록 형성된다.
또한 바람직하게 상기 제 1희생층과 상기 제 2희생층은 유기화합물로 이루어진다.
또한 바람직하게 상기 희생층을 제거하는 단계에서 상기 희생층의 제거물질은 메틸, 에틸 랙테이트 또는 글리콜에테르 중의 어느 하나를 사용한다.
또한 바람직하게 상기 챔버는 상기 제 1희생층이 제거되어 형성된 제 1챔버부와 상기 제 2희생층이 제거되어 형성된 제 2챔버가 서로 연통되어 형성된다.
또한 바람직하게 상기 히터는 상기 전극에 양단이 겹쳐져서 상기 전극과 상기 기판에 대하여 평행하게 연장된다.
또한 바람직하게 상기 잉크채널를 형성하는 단계는 상기 매니폴더 상에 포토레지스터를 코팅하여 포토마스크를 형성하는 단계와, 상기 포토마스크 상에 상기 레이저를 조사하여 상기 잉크채널 패턴이 형성되도록 하는 단계와, 상기 잉크채널을 식각하여 형성하는 단계로 구성된다.
또한 바람직하게 상기 잉크채널은 유도 결합 플라즈마식각으로 형성한다. 또 한 바람직하게 상기 레이저는 KrF 엑시머 레이저가 사용된다.
또한 바람직하게 상기 히터의 양단이 위치하는 상기 절연층에는 상기 전극과 접속되도록 컨택홀이 형성된다.
또한 바람직하게 상기 히터는 1,000 - 3,000Å의 두께로 형성되고, 상기 히터는 상기 히터는 티타늄 나이트라이드(titani㎛ nitride), 탄탈륨(tantal㎛), 플래티늄(platin㎛), 탄탈륨 나이트라이드(tantal㎛ nitride) 중의 어느 하나의 재질로 형성된다.
또한 바람직하게 상기 챔버의 높이는 상기 히터의 두께를 제외하고 5 - 15㎛ 로 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 먼저 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에서 각 도면상에 기재된 동일한 부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
그리고 각 도면상에서 각 요소의 크기나 두께는 본 발명의 기술적 이해를 높이기 위하여 일부 과장되어 표시된 것을 수 있다. 그리고 구성요소의 크기와 두께 그리고 각 층간의 구성요소는 필요에 따라 추가적으로 채용되거나 변경될 수 있을 것이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 공급을 위하여 기판(100)의 배면에 매니폴더(180)가 형성된다. 이 기판(100)은 통상적으로 반도체 집적회로를 제조하기 위하여 사용되는 웨이퍼가 사용된다. 그리고 매니폴더(180)는 잉크가 저장된 컨테이너(미도시)와 연통되고, 매니폴더(180) 상부 에는 잉크채널(190)이 기판(100)을 관통하여 형성된다.
잉크채널(190)은 잉크젯 프린터에서 잉크의 토출량을 조절하는 매우 중요한 기능을 수행하는 것으로, 미세 화상구현을 위하여 상당히 정밀하게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 잉크젯 프린터 헤드의 제조시에 잉크채널(190)의 직경 오차는 1㎛ 이내에서 조절되어야 하므로 본 발명에서는 잉크채널(190)을 형성하는 포토마스크(200)에 형성되는 잉크채널패턴(201)을 레이저를 사용하여 형성한다. 이때 사용되는 레이저는 KrF 엑시머 레이저가 사용된다. 그리고 잉크채널(190)은 유도 결합 플라즈마식각으로 형성된다.
그리고 기판(100) 상에는 노즐(171)이 형성된 노즐 플레이트(170)가 마련되고, 노즐(171)과 잉크채널(190) 사이에는 노즐 플레이트(170)에서 기판(100) 측으로 연장 형성된 챔버(160)가 마련된다. 이 챔버(160)는 기판(100) 측으로 연장된 제 1챔버(161)와 노즐 플레이트(170) 측으로 연장된 제 2챔버(162)로 구분할 수 있다. 이 제 1챔버(161)와 제 2챔버(162)는 하나의 원형 관 형태로 형성되거나 또는 다각형 형태로 형성될 수 있다. 다시 말해서 형상은 다양하게 변형 실시될 수 있다.
그리고 제 1챔버(161)와 제 2챔버(162) 사이에는 히터(140)가 위치한다. 즉 히터(140)는 챔버(160) 내부에 부양되어 위치하게 되며, 히터(140)의 형상은 챔버(160)의 형상과 같이 원형의 판체 또는 다각형의 판체 형태로 형성할 수 있다.
또한 히터(140)는 티타늄 나이트라이드(titani㎛ nitride), 탄탈륨(tantal㎛), 플래티늄(platin㎛), 탄탈륨 나이트라이드(tantal㎛ nitride) 중의 어느 하나 의 재질로 된 저항 발열체로 이루어진다.
그리고 히터(140)는 별도의 히터 보호층을 구비하지 않기 때문에 종래에 비하여 보다 두꺼운 1,000 - 3,000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 반면에 히터(140)에 히터 보호층을 형성하지 않기 때문에 저전력으로 구동이 가능하며, 도전성 잉크를 사용하는 경우 누설전류가 발생할 수 있으나 그 누설 전류의 크기가 매우 미약하기 때문에 사용상의 문제점이 되지 않는다.
계속해서 챔버(160)의 주변 중 노즐 플레이트(170)와 기판(100) 사이의 계면에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 된 전극(120)이 배선되고, 전극(120)에는 히터(140)의 양단이 접속된다.
그리고 전극(120)의 상부와 하부에는 산화막 또는 질화막으로 된 절연층(130)과 장벽층(110)이 형성되어 전극(120)이 기판(100) 및 노즐 플레이트(170)와 절연되도록 되어 있으며, 히터(140)와 겹쳐지는 절연층(130)에는 히터(140)의 양단이 전극(120)과 접속되도록 컨택홀(131)이 형성되어 있고, 절연층(130)의 외측 끝단부분에는 본딩패드(132)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 잉크젯 프린터 헤드는 도 2에 도시된 바와 같이 모세관 현상에 의하여 매니폴더(180)로부터 잉크채널(190)을 거쳐 공급된 잉크가 제 1챔버(161)를 채운 후 계속해서 히터(140)를 거쳐 제 2잉크챔버(162)를 채우게 된다.
이후 히터(140)에 전극(120)을 통하여 펄스 상의 전류가 인가되면 히터(140)는 발열을 시작하고, 이때의 발열에 의하여 히터(140)의 상측과 하측의 제 1챔버 (161)와 제 2챔버(162)에서 동시에 잉크가 비등하여 버블(B)이 생성된다.
계속해서 버블(B)이 팽창하면 이 팽창하는 버블(B)의 압력에 제 2챔버(162)의 측으로 노즐(171)을 통하여 액적으로 토출된다. 그리고 히터(140)에 가해지던 전극(120)이 차단되면 히터(140)는 잉크에 의하여 냉각되어 버블(B)이 축소되거나 터지게 되고, 이후 다시 제 1챔버(161)와 제 2챔버(162)로 매니폴더(180)로부터 잉크채널(190)을 거쳐 잉크가 챔버(160)내부에 채워지게 된다. 이러한 동작을 반복적으로 수행함으로써 필요한 화상이 용지에 인쇄되게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 한편, 이하의 설명에서 인용되는 도면들은 기판의 일부 요지부분을 이해할 수 있도록 하기 위하여 도시한 것이며, 실제 실시에서는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 프린터 헤드 칩이 제조된다. 그리고 도면에서의 각 층간의 두께 등은 일부 과장되거나 축소되어 표시되어 있을 수 있으며 이는 본 발명의 실시상태를 보다 명료하게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 실시예에서 기판(100)은 두께가 대략 600 - 800㎛인 실리콘 기판(100)을 사용하는데, 이 정도의 실리콘 기판(100)은 반도체 소자의 제조에서 널시 사용되는 웨이퍼로써 대량생산에 가장 적합하다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(100) 상에 장벽층(110)을 형성한다. 이 장벽층(110)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있는데, 산화막을 형성하기 위해서는 산화막 형성을 위한 확산로에 넣어 산화시킴으로써 기판(100)의 표면에는 장벽층(110)이 되는 실리콘 산화막이 형성된다.
반면에 장벽층(110)을 질화막으로 형성하기 위해서는 질소 소스 가스에 열에너지를 가하는 금속 열공정(RTP; Rapid Temperature Process)과 이 급속 열공정과 함께 질소가스에 플라즈마 파워를 인가하여 플라즈마 상태로 활성화 시키는 방법이 있다. 근래에는 플라즈마 파워를 인가하는 방법이 주로 사용되고, 이때의 소스 가스는 질소가스 뿐만 아니라 암모니아 가스도 사용할 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이 장벽층(110) 상에 전극(120)을 형성한다. 이 전극(120)은 산화막 또는 질화막으로 된 장벽층(110) 상에 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 내외의 두께로 스퍼터링법으로 증착하여 형성한다.
그런 다음 전극(120) 상에 도 5에 도시된 바와 같이 포토레지스트 공정을 진행하여 챔버영역(163)을 가지는 포토레지스트 패턴을 전극(120) 상에 형성한 후 소정의 챔버영역(163)이 노출되도록 전극(120)을 패터닝한다. 그러면 챔버영역(163)으로 장벽층(110)이 노출된다.
이후 도 6에 도시된 바와 같이 절연층(130)을 전극(120)상으로 증착하여 형성한다. 이 절연층(130)의 증착은 전술한 장벽층(110)을 형성하는 공정과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 그리고 포토레지스트 공정을 진행하여 절연층(130) 상의 챔버영역(163)과 컨택홀(131) 그리고 본딩패드(132)를 선택적으로 식각하여 노출시킨 후 다시 포토레지스트 공정을 진행하여 절연층(130) 상에 챔버영역(163)이 패터닝된 포토레지스트 마스크를 형성한다.
그런 다음 도 7에 도시된 바와 같이 불산(HF)을 사용한 습식식각 또는 건식식각으로 노출된 장벽층(110)을 식각 제거하여 챔버영역(163)으로 웨이퍼 기판 (100)이 노출되도록 하고, 이후 노출된 기판(100)을 건식 또는 습식식각으로 식각하여 제 1챔버(160)를 형성한다. 이때 식각되어 형성되는 제 1챔버(160)의 깊이는 6 - 10㎛ 정도가 되도록 한다.
이후 도 8에 도시된 바와 같이 제 1챔버(160)에 유기화합물을 채워서 제 1희생층(150)을 형성시킨 후 표면 평탄화 작업을 거친다. 이때 제 1희생층(150)으로 채워지는 유기화합물은 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 레진(resin) 중의 어느 하나를 사용할 수 있다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이 평탄화된 표면상에 히터(140)를 증착하여 형성한다. 이 히터(140)는 환상 또는 필요한 소정 형상으로 패터닝함으로써 형성된다. 여기서 히터(140)는 티타늄 나이트라이드(titani㎛ nitride), 탄탈륨(tantal㎛), 플래티늄(platin㎛), 탄탈륨 나이트라이드(tantal㎛ nitride) 중의 어느 하나의 재질로 된 저항 발열체로 이루어진다.
이 히터(140)는 스퍼터링(sputtering)방법 또는 화학증착방법으로 증착함으로써 1,000 ~ 3,000Å 두께로 형성되는데, 히터(140)의 두께가 1,000Å 이하인 경우에는 히터의 내구성에 문제가 발생하고, 히터가 3,000Å 를 초과하게 되면 저항값이 낮아지게 되어 현실적인 적용이 어려워지게 된다. 따라서 히터(140)의 형성은 히터(140)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 언급한 크기 이내에서 두께를 조절하여 형성하여야 한다.
그리고 히터(140)의 형성시에는 히터(140)의 양단이 절연층(130)의 컨택홀(131)을 통하여 전극(120)과 접속되도록 컨택홀(131)을 채워서 형성하여야 한다.
다음으로 도 10에 도시된 바와 같이 제 2챔버(160)를 형성하게 되는 제 2희생층(151)을 형성한다. 이 제 2희생층(151)의 두께는 6 - 10㎛ 정도로 형성된다. 그리고 그 형성방법은 제 1희생층(150)과 같이 유기화합물을 6 - 10㎛ 두께로 몰딩 형성하고, 제 2희생층(151) 영역을 제외한 나머지 부분을 노광과 현상공정을 거쳐서 제거함으로써 이루어진다.
그리고 기판(100)의 상부로 도 11에 도시된 바와 같이 노즐 플레이트(170)를 몰딩 형성한다. 이 노즐 플레이트(170)의 재질은 에폭시 또는 폴리이미드계로 이루어지며 기타 다른 재질로도 형성 가능하다. 그런 다음 노즐 플레이트(170) 상에 도 12에 도시된 바와 같이 제 2챔버(160)의 상부 중앙부분을 습식 또는 건식식각하여 노즐(171)을 형성시킨다.
이후 도 13에 도시된 바와 같이 기판(100)의 배면으로 매니폴더(180)를 건식식각 또는 습식식각으로 형성한다. 이 매니폴더(180)의 형성은 실리콘 기판(100)의 배면에 식각마스크 재질로 대략 1㎛두께의 실리콘 산화막을 증착하고, 이를 패터닝하여 식각될 매니폴더(180)의 영역을 한정하는 식각마스크(미도시)로 사용한다.
그런 다음 이 식각마스크에 의해 노출된 실리콘 기판(100)을 TMAH(Tetramethyl Ammoni㎛ Hydroxide) 에칭액으로 소정시간 동안 습식식각하거나, 또는 유도결합 플라즈마식각(Inductively Coupled Plasma Etching)에 의하여 건식식각하여 형성한다.
그리고 매니폴더(180)가 형성되면 도 14에 도시된 바와 같이 매니폴드(102)의 표면에 포토레지스트를 스프레이 코팅(spray coating)에 의하여 도포한 후 잉크 채널(190)이 형성될 부분에 대한 잉크채널패턴(201)이 패터닝된 포토마스크(200)를 형성한다.
이때의 잉크채널(190)에 대한 패터닝은 도 15에 도시된 바와 같이 레이저를 이용하여 형성한다. 이를 위하여 사용되는 레이저는 KrF(불화크립톤) 엑시머 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 이 KrF 엑시머 레이저는 DUV(Deep Ultra Violet)용으로 사용되기 아주 적합한 짧은 파장을 제공한다. 그리고 그 외 ArF, KrCl, XeCl, XeF 엑시머 레이저가 사용될 수 있다.
이후 포토마스크(200)에 잉크채널패턴(201)이 형성되면, 도 16a에 도시된 바와 같이 기판(100)을 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma Etching) 건식식각으로 잉크채널(190)을 형성한다. 이때 잉크채널(190)은 원형으로 형성되는 경우 10 - 15㎛ 정도의 폭을 갖는다. 이러한 잉크채널(190)이 최종 형성된 상태가 도 16b에 도시되어 있다. 이와 같이 잉크채널(190)을 형성하면 잉크채널(190)의 직경오차를 1㎛ 미만으로 확보할 수 있다.
계속해서 잉크채널(190)이 형성되면 도 17에 도시된 바와 같이 제 1희생층(150)과 제 2희생층(151)을 제거하여 제 1챔버(161)와 제 2챔버(162)를 확보하여 잉크가 유통하는 최종 경로를 형성함으로써 프린터 헤드를 완성시킨다.
그리고 이 희생층(150)(151)의 제거는 에싱공정으로 이루어지며 이때의 에싱은 메틸(methyl), 에틸 랙테이트(ethyl lactate) 또는 글리콜 에테르(glycol ether)가 사용될 수 있다. 이렇게 희생층(150)(151)이 제거되면 챔버(160) 상에 기판(100)과 노즐 플레이트(170) 사이의 계면에서 수평상태로 연장된 히터(140)가 완 성되게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였다. 그러나 선택적으로 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 안에서 각 공정을 수행하기 위하여 언급되지 않은 다른 물질이 사용하여 변형 실시되거나, 각각의 막에 대한 적층이나 식각 방법을 다르게 변형하는 경우 또는 각 막의 두께 등과 같은 수치를 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 히터 보호층을 별도로 형성하는 공정을 생략함으로써 제조공정효율이 보다 향상되고, 동시에 히터 보호층의 생략으로 인하여 저전력으로도 히터의 동작 및 작용이 가능하며, 사용전압이 낮아지므로 노즐의 밀집도를 보다 향상시킬 수 있고, 또한 부양된 히터가 기판 및 전극과 평행하게 위치함으로써 제조공정 상의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (22)
- 잉크 공급을 위한 매니폴드와 잉크채널이 형성된 기판;상기 기판 상에 적층 형성된 노즐 플레이트;상기 기판과 상기 노즐 플레이트 사이에 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 측으로 연장 형성된 챔버;상기 챔버 주변의 상기 기판과 상기 노즐 플레이트 계면에 형성된 전극;상기 전극에 양단이 접속 연장되어 상기 챔버 상에 부양 위치하여 양면으로 버블이 형성되도록 하며 상기 잉크와 직접 접촉하는 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 히터의 표면에는 보호층이 없는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 잉크채널을 형성하기 위한 포토마스크 패턴은 레이저 가공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 3항에 있어서, 상기 레이저는 KrF 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 잉크채널은 유도 결합 플라즈마식각으로 형성한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 상기 히터로부터 상기 기판 측으로 연장된 제 1챔버와 상기 히터로부터 상기 노즐 플레이트 측으로 형성된 제 2챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 히터는 양단이 상기 전극 상에 겹쳐져서 상기 전극과 상기 기판에 대하여 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 7항에 있어서, 상기 히터와 상기 전극 사이에는 절연막이 형성되고, 상기 히터와 상기 전극이 겹쳐진 상기 절연막에 컨택홀이 형성되어 상기 히터와 상기 전극이 접속된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 1항에 있어서, 상기 히터는 1,000 - 3,000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 기판 상에 챔버 영역이 패터닝된 전극을 형성하고, 상기 챔버 영역을 제외한 상기 전극 상에 절연층을 형성하는 단계;상기 챔버 영역을 상기 기판 측으로 소정깊이 식각한 후 제 1희생층을 채운 다음 평탄화하는 단계;상기 제 1희생층 상에 양단부가 상기 전극에 컨택되도록 히터를 형성하는 단계;상기 히터 상에 제 2희생층을 형성하고, 상기 제 2희생층 상에 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 형성하는 단계;상기 기판의 배면으로 매니폴더를 형성하고, 상기 매니폴더 측으로 도포된 포토마스크에 레이저로 잉크채널패턴을 형성한 후 상기 잉크채널를 식각 형성하는 단계;상기 제 1희생층과 상기 제 2희생층을 제거하여 상기 히터가 내부에 부양되어 위치하도록 하는 챔버를 형성하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 히터의 표면에는 보호층 없이 형성되어 상기 챔버 내부에 잉크에 노출되어 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 제 1희생층과 상기 제 2희생층은 유기화합물로 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 희생층을 제거하는 단계에서 상기 희생층의 제거물 질은 메틸, 에틸 랙테이트 또는 글리콜에테르 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 챔버는 상기 제 1희생층이 제거되어 형성된 제 1챔버부와 상기 제 2희생층이 제거되어 형성된 제 2챔버가 서로 연통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 히터는 상기 전극에 양단이 겹쳐져서 상기 전극과 상기 기판에 대하여 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 잉크채널를 형성하는 단계는 상기 매니폴더 상에 포토레지스터를 코팅하여 포토마스크를 형성하는 단계와, 상기 포토마스크 상에 상기 레이저를 조사하여 상기 잉크채널 패턴이 형성되도록 하는 단계와, 상기 잉크채널을 식각하여 형성하는 단계로 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 잉크채널은 유도 결합 플라즈마식각으로 형성한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 레이저는 KrF 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 히터의 양단이 위치하는 상기 절연층에는 상기 전극과 접속되도록 컨택홀이 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 히터는 1,000 - 3,000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 히터는 티타늄 나이트라이드(titani㎛ nitride), 탄탈륨(tantal㎛), 플래티늄(platin㎛), 탄탈륨 나이트라이드(tantal㎛ nitride) 중의 어느 하나의 재질로 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 챔버의 높이는 상기 히터의 두께를 제외하고 5 - 15㎛ 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
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