KR20060069563A - 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법 - Google Patents

잉크젯 프린트 헤드의 제조방법 Download PDF

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KR20060069563A
KR20060069563A KR1020040108062A KR20040108062A KR20060069563A KR 20060069563 A KR20060069563 A KR 20060069563A KR 1020040108062 A KR1020040108062 A KR 1020040108062A KR 20040108062 A KR20040108062 A KR 20040108062A KR 20060069563 A KR20060069563 A KR 20060069563A
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heater cell
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민재식
홍석덕
하용웅
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은, 기판의 상면에 절연층을 형성하는 절연층형성단계; 절연층 상에 각기 다른 재질로 형성된 다수의 단위 히터셀을 단층의 조합된 모자이크형태로 패터닝하여 형성되는 하부히터와, 하부히터의 상면에 소정 간격으로 이격되는 상부히터셀이 마련되는 히터를 형성하는 히터형성단계; 히터의 상측에 전극을 형성하는 전극형성단계; 히터 및 전극의 상측에 보호층을 형성하는 보호층형성단계; 보호층의 상측에 잉크 챔버와 잉크 유로를 형성하는 유로플레이트를 형성하는 유로플레이트형성단계; 유로플레이트의 상측에 잉크 챔버에 대응되는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 형성하는 노즐플레이트형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라, 히터에 의해 형성되는 버블의 형상을 제어할 수 있어, 노즐로 토출되는 잉크 토출특성을 개선할 수 있고, 버블에 의해 발생되는 케비테이션이 히터의 일부분에 집중적으로 발생하는 것을 방지하며, 토출방식에 따른 적합한 버블을 형성시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드의 제조방법{fabricating method for Ink jet print head}
도 1은 종래 기술에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 나타낸 부분단면사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프리트 헤드의 구성의 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 히터를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 히터를 나타낸 사시도이다.
도 6a 내지 도 6x는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 베이스플레이트
110 : 기판
120 : 절연층
130 : 히터
140 : 전극
150 : 보호층
160 : 캐비테이션방지층
200 : 유로플레이트
300 : 노즐플레이트
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법에 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 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
이러한, 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
저항발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
도 1은 종래 기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구성을 나타낸 부분단면사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 잉크젯 프리트헤드의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린트헤드는 기판 상에 다수의 물질층이 적층되어 이루어진 베이스 플레이트(10)와, 베이스 플레이트(10) 위에 적층되어 잉크 챔버(22)와 잉크 유로(24)를 형성하는 유로 플레이트(20)와, 유로 플레이트(20)위에 적층되어 잉크가 분출되는 노즐 플레이트(30)로 이루어져 있다.
여기서, 잉크 챔버(22) 내에는 잉크가 채워지며, 잉크 챔버(22)의 아래쪽에는 잉크를 가열하여 버블을 생성시키기 위한 히터(13)가 마련되어 있다. 잉크 유로(24)는 잉크 챔버(22) 내부로 잉크를 공급하기 위한 통로로서 잉크 저장고(미도시)와 연결되어 있다. 노즐 플레이트(30)에는 각각의 잉크 챔버(22)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 구성의 종래의 잉크젯 프린트헤드의 내부 구조를 도 2를 참조하여 설명하면, 실리콘(Si)으로 이루어진 기판(11) 상에 히터(13)와 기판(11) 사이의 단열과 절연을 위한 절연층(12)이 형성되며, 절연층(12)은 기판(11) 상에 주로 실리콘 산화막(SiO2)을 증착함으로써 이루어진다.
그리고, 절연층(12) 위에는 잉크 챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(13)가 증착되어 형성되며, 히터(13) 상측에는 여기에 전류를 인가하기 위한 전극(conductor, 14)이 마련되며, 전극(14)은 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 히터(13) 위에 소정 두께로 적층한 뒤 이를 소정 형상으로 패터닝함으로써 형성된다.
그리고, 히터(13)와 전극(14) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 15)이 형성되며, 보호층(15)은 히터(13)와 전극(14)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로 주로 실리콘 질화막(SiNX)을 증착함으로써 이루어진다.
여기서, 보호층(15) 위에는 잉크 챔버(22)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anticavitation layer, 16)이 형성되며, 캐비테이션 방지층(16)은 그 상면이 잉크 챔버(22)의 바닥면을 형성하여 잉크 챔버(22) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 기압에 의해 히터(13)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 탄탈륨(Ta) 박막이 이용된다.
이와 같이 기판(11) 상에 수 개의 물질층이 적층되어 형성된 베이스 플레이트(10) 위에는 잉크 챔버(22)와 잉크 유로(24)를 형성하기 위한 유로 플레이트(20)가 적층되며, 유로 플레이트(20)는 감광성 폴리머(photosensitive polymer)를 베이 스 플레이트(10) 상에 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination)방법에 의해 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성되고, 감광성 폴리머의 도포 두께는 토출되는 잉크 액적의 부피에 따라 요구되는 잉크 챔버(22)의 높이에 의해 정해진다.
이러한, 유로 플레이트(20) 상면에는 노즐(32)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(30)가 적층되며. 노즐 플레이트(30)는 폴리이미드(polyimide) 또는 니켈로 이루어져 있으며, 유로 플레이트(20)를 이루는 감광성 폴리머의 접착성을 이용하여 유로 플레이트(20) 위에 가열, 가압하여 접착하게 된다.
이와 같은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 구조에 있어서, 절연층(12)위에 형성되는 히터(13)는 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 군 중에서 선택된 단일물질로 형성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 히터는 단일물질로 형성되어 있어, 삼면이 막혀있고 잉크가 주입되는 잉크 유로부분이 개방되어 있는 구조에서는 히터에 의해 형성되는 버블의 형상이 불규칙적으로 변형되는 현상이 발생하여 노즐로 토출되는 잉크 토출특성(예를 들어, 액적속도, 액적량, 주파수 등)의 불균일성을 유발하고 이로 인하여 인쇄 성능 등에 좋지 못한 영향을 주는 문제점이 있었다.
또한, 단일물질의 히터로 형성된 헤드에서 형성되는 버블은, 버블에 의해 발생되는 케비테이션이 히터의 일부분에 집중적으로 발생하여 히터 손상의 주된 요인으로 작용하여 히터의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 히터에 의해 형성되는 버블의 형상을 잉크 챔버의 형상과 관계없이 제어 가능하도록 하여 노즐로 토출되는 잉크의 토출특성을 개선할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 히터에 의해 형성되는 버블의 형상을 제어하여 버블에 의해 발생하는 캐비테이션에 의한 히터의 손상을 미연에 방지할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법은,
기판의 상면에 절연층을 형성하는 절연층형성단계; 상기 절연층 상에 각기 다른 재질로 형성된 다수의 단위 히터셀을 단층의 조합된 모자이크형태로 패터닝하여 형성되는 하부히터와, 상기 하부히터의 상면에 소정 간격으로 이격되는 상부히터셀이 마련되는 히터를 형성하는 히터형성단계; 상기 히터의 상측에 전극을 형성하는 전극형성단계; 상기 히터 및 상기 전극의 상측에 보호층을 형성하는 보호층형성단계; 상기 보호층의 상측에 잉크 챔버와 잉크 유로를 형성하는 유로플레이트를 형성하는 유로플레이트형성단계; 상기 유로플레이트의 상측에 상기 잉크 챔버에 대 응되는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 형성하는 노즐플레이트형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 잉여공간이 형성된 모자이크 형상으로 형성되는 다수의 제 1단위 히터셀을 증착 형성시키고, 상기 제 1단위 히터셀의 잉여공간에 상기 제 1단위 히터셀의 재질과 다른 재질로 형성되는 제 2단위 히터셀을 식각에 의해 형성하여 단층으로 조합된 모자이크형상의 하부히터를 형성하는 하부히터형성단계; 상기 하부히터의 상면에 상기 하부히터의 상기 제 1단위 히터셀 및 상기 제 2단위 히터셀과 다른 재질로 형성되며, 소정의 간격으로 이격되는 다수의 상부히터셀을 형성하는 상부히터셀형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 단위 히터셀은, 상기 히터의 X축의 방향으로 두개 이상으로 구획되는 형성되는 X축 단위 히터셀과; 상기 히터의 Y축의 방향으로 두개 이상 구획되는 형성되는 Y축 단위 히터셀로 형성되며, 상기 상부히터셀은, 상기 하부히터의 상측에 X축의 방향으로 두개 이상 이격 형성되는 X축 상부히터셀과; 상기 상부히터의 상측에 Y축의 방향으로 두개 이상 이격 형성되는 Y축 상부히터셀로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 단위 히터셀은, 상기 하부히터의 중심에서 동심원상으로 확장되는 두개 이상의 구획되는 트랙단위 히터셀과; 상기 하부히터의 중심에서 상기 트랙단위 히터셀을 두 개 이상 구획되는 섹터단위 히터셀로 형성되며, 상기 상부히터셀은, 상기 하부히터의 상측 중심에서 동심원상으로 확장되고, 두개 이상의 이격 형성되는 트랙단위 상부히터셀과; 상기 하부히터의 상측 중심에서 상기 트랙단위 상부히터셀을 두 개 이상 나누어 형성되는 섹터단위 상부히터셀로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히터형성단계는, 상기 절연층 위에 제 1히터셀물질을 증착시키는 제 1히터셀물질증착단계; 상기 제 1히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 제 1식각마스크를 형성하는 제 1시각마스크 형성단계; 상기 제 1식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 1식각마스크를 제거하여 잉여공간이 형성된 모자이크 형태로 제 1단위 히터셀을 형성하는 제 1단위 히터셀형성단계; 상기 제 1단위 히터셀과 상기 절연층의 표면에 제 2히터셀물질을 증착시키는 제 2히터셀물질증착단계; 상기 제 2히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 상기 제 1단위 히터셀의 잉여공간에 제 2식각마스크를 형성하는 제 2식각마스크형성단계; 상기 제 2식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 2식각마스크를 제거하여 상기 제 1단위 히터셀이 형성된 잉여공간에 제 2단위 히터셀을 형성하여 히터를 형성하는 제 2단위 히터셀형성단계; 상기 하부히터의 상면에 상부 히터셀물질을 증착시키는 상부 히터셀물질증착단계; 상기 상부 히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 제 3식각마스크를 형성하는 제 3시각마스크 형성단계; 상기 제 3식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 3식각마스크를 제거하여 잉여공간이 형성된 상부 히터셀을 형성하는 상부 히터셀형성단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있으며, 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.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성의 나타낸 단면도이이고, 도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 히터를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 히터를 나타낸 사시도이다.
여기서, 도면에는 잉크젯 프린트헤드의 단위 구조만 도시되어 있지만, 칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트헤드에서는 다수의 잉크 챔버와 다수의 노즐이 일렬 또는 2열로 배열되며, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배열될 수도 있다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법에 의한 잉크젯 프린트 헤드는, 베이스 플레이트(100)와 유로 플레이트(200)와 노즐 플레이트(300)가 순차 적층된 구조를 가진다.
여기서, 유로 플레이트(200)는 잉크가 그 내부에 채워지는 잉크 챔버(220)와 잉크를 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 잉크 챔버(220) 내부로 공급하는 잉크 유로(240)를 한정한다. 즉, 유로 플레이트(200)는 잉크 챔버(220)와 잉크 유로(240)를 둘러싸는 측벽을 이루게 된다. 노즐 플레이트(300)에는 잉크 챔버(220)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(320)이 형성된다.
베이스 플레이트(100)는 기판(110) 상에 다수의 절연층(120), 히터(130), 전극(140), 보호층(150), 캐비네이션 방지층(160) 등이 적층되어 형성되는 것으로, 기판(110)으로는 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼가 사용된다.
여기서, 절연층(120)은 기판(110)과 히터(130) 사이의 절연뿐만 아니라 히터(130)에서 발생된 열에너지가 기판(110)쪽으로 빠져나가는 것을 억제하기 위한 단열층으로서의 기능도 하게 된다. 절연층(120)은 기판(110)의 표면을 고온에서 산화시켜서 형성된 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진다.
그리고, 절연층(120)의 상면에 형성되는 히터(130)는, 각기 다른 재질로 형성되 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)에 의해 조합된 모자이크(mosaic)형태로 형성되는 하부히터(132)와, 하부히터(132)의 상측에 형성된 다수의 상부히터셀(130c)로 구성된 것으로, 각 단위 히터셀(130a, 130b) 및 상부히터셀(130c)은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)에서 선택되지는 다수의 히터셀물질(130a', 130b', 130c')에 의해 형성된다.
이에 따라, 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)에 의해 조합된 모자이크형태로 형성되는 하부히터(132)는 각 단위 히터셀(130a, 130b)을 형성하는 히터셀물질(130a', 130b')을 다르게 형성하고, 하부히터(132)의 상면에 형성된 다수의 상부히터셀(130c)을 형성하는 상부히터셀물질(130c')을 각기 다른 물질로 형성함으로써, 히터(130)에서 발생돼는 열분포를 제어할 수 있어 히터(130)에 의해 형성되는 버블의 형상의 제어가 가능하다.
여기서, 상술한 히터(130)는 도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이 사각형 또는 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 사각형 형태의 히터(130)의 경우에는 상술한 바와 같이 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)이 격자형태로 배치된 하부히터(132)가 형성되고, 하부히터(132)의 상면에 소정간격으로 이격되는 격자형태로 배치되는 다수의 상부히터셀(130c)이 형성된다.
또한, 원형 형태의 히터(130)의 경우에는 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)에 의해 구획되는 트랙과 섹터 형태로 배치되는 하부히터(132)가 형성되고, 하부히터(132)의 상면에 소정간격으로 이격되는 원호형상으로 배치되는 다수의 상부히터셀(130c)이 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명에서는 2종의 단위 히터셀과, 1종의 상부히터셀을 예시하였으나, 2종 이상의 물질에 의하여 형성되는 2종이상의 단위 히터셀과, 1종 이상의 물질에 의하여 형성되는 1종이상의 상부히터셀로 마련될 수 있다.
또한, 히터(130)의 상면 외측에는 잉크 챔버(220) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위하여 히터(130)에 전류를 인가하기 위한 전극(140)이 마련되며, 전극(140)은 하나의 금속층으로 이루어질 수도 있으나, 2종 이상의 금속층이 적층되어 이루어질 수도 있으며, 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 또는 탄탈륨 질화물(TaN)로 이루어진다.
그리고, 히터(130)와 전극(140) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer)(150)이 형성된다. 보호층(150)은 히터(130)와 전극(140)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 실리콘 질화막(SiN)이나 폴리실리콘 막으로 이루어진다.
또한, 보호층(150) 상면에는 잉크 챔버(220)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)(160)이 형성된다. 캐비테이션 방지층(160)은 그 상면이 잉크 챔버(220)의 바닥면을 형성하여 잉크챔버(220) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 압력에 의해 히터(130)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 탄탈륨(Ta) 박막 또는 텅스텐(W) 박막으로 형성된다.
이하, 상술한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명한다.
도 6a 내지 도 6x는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 300 ~ 500㎛ 정도의 두께로 가공하여 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다. 한편, 도 6a에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
그리고, 준비된 실리콘 기판(110)의 상면에 절연층(120)을 형성한다. 절연층(120)은 기판(110)의 표면을 고온에서 산화시킬 때 그 표면에 형성되는 대략 1 ~ 3㎛ 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어질 수 있다.
이후, 도 6b 내지 도 6m에 도시한 바와 같이 절연층(120)의 상부에 하부히터(132) 및 상부히터셀(130c)로 형성된 히터(130)를 형성한다.
여기서, 절연층(120)의 상면에 형성되는 히터(130)는, 각기 다른 재질로 형성되 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)에 의해 조합된 모자이크(mosaic)형태로 형성되는 하부히터(132)와, 하부히터(132)의 상측에 형성된 다수의 상부히터셀(130c)로 구성된 것으로, 본 발명에서는 2종의 단위 히터셀과, 1종의 상부히터셀을 예시하였으나, 2종 이상의 물질에 의하여 형성되는 2종이상의 단위 히터셀과, 1종 이상의 물질에 의하여 형성되는 1종이상의 상부히터셀로 마련될 수 있다.
도 6b 내지 6e는 절연층(120) 위에 하부히터(132)를 형성하는 단계를 도시한 도면들이다.
구체적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 절연층(120) 위에 제 1히터셀물질(130a')을 증착시킨다. 여기서, 제 1히터셀물질(130a')은 예컨대, 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 중 선택되며, 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)에 의해 수행될 수 있다.
이후, 도 6c 내지 6d에 도시한 바와 같이 증착된 제 1히터셀물질(130a')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피(photolithography)(PR1)에 의해 패터닝하여 제 1식각마스크(M1)를 형성한다.
이어서, 제 1히터셀물질(130a') 중 제 1식각마스크(M1)에 의해 노출된 부분을 건식 또는 습식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트 립에 의해 제 1식각마스크(M1)를 제거하며, 도 6e에 도시된 바와 같이 소정의 형상으로 패터닝된 제 1단위 히터셀(130a)이 형성된다.
이후, 도 6f에 도시된 바와 같이 소정형상으로 형성된 제 1단위 히터셀(130a)과 절연층(120)의 표면에 제 2히터셀물질(130b')을 증착시킨다. 여기서, 제 2히터셀물질(130b')은 예컨대, 제 1히터셀물질(130a')이 선택된 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 중에서 제 1히터셀물질(130a')로 선택된 물질을 제외한 나머지 물질중에 선택되며, 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)에 의해 수행될 수 있다.
이후, 도 6g 내지 6h에 도시한 바와 같이 제 1단위 히터셀(130a)의 상면에 증착된 제 2히터셀물질(130b')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피(photolithography)(PR2)에 의해 패터닝하여 제 2식각마스크(M2)를 형성하며, 이때, 제 2히터셀물질(130b')에 형성되는 제 2시각마스크(M2)는 제 2히터셀물질 (130b')의 하면에 형성된 제 1단위 히터셀(130a)의 잉여부분에 형성된다.
이어서, 제 2히터셀물질(130b') 중 제 2식각마스크(M2)에 의해 노출된 부분을 건식 또는 습식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트 립에 의해 제 2식각마스크(M2)를 제거하면, 도 6i에 도시된 바와 같이 제 1단위 히터셀(130a)이 형성된 나머지 부분의 잉여공간에 제 2단위 히터셀(130b)이 형성된 하부히터(132)가 형성된다.
이러한, 제 1, 2단위 히터셀(130a, 130b)로 형성된 하부히터(132)는 상술한 바와 같은 공정을 반복적으로 수행함으로, 2종 이상으로 선택되어지는 히터셀물질에 의해 형성될 수 있으며, 하부히터(132)를 형성하는 각 단위 히터셀(130a, 130b)의 히터셀물질과 배열을 변경하여 하부히터(132)의 온도분포를 조절할 수 있다.
즉, 하부히터(132)를 형성하는 제 1, 2단위 히터셀(130a, 130b)의 히터셀물질을 각기 다른 발열량을 갖는 이종(異種)의 히터셀물질을 선택하여 형성시키며, 각 단위 히터셀(130a, 130b)의 배열을 다르게 형성함으로써, 하부히터(132)에서 발생돼는 열분포를 제어할 수 있어 히터(130)에 의해 형성되는 버블의 형상을 제어할 수 있다.
여기서, 상술한 하부히터(132)는 사각형 또는 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 사각형 형태의 하부히터(132)의 경우에는 X축 및 Y축의 방향으로 각각 2종 이상으로 구성된 다수의 단위 히터셀(130a, 130b)이 격자형태로 형성되며, 원형 형태의 하부히터(132)의 경우에는 트랙 및 섹터으로 구분되어 각 트랙 및 섹터가 각각 2종 이상으로 구성된 다수의 각 단위 히터셀(130a, 130b)에 의해 형성될 수 있다.
이후, 도 6j 내지 6m에 도시한 바와 같이 하부히터(132)의 상측에 상부히터셀을 형성시킨다.
먼저, 도 6j에 도시한 바와 같이 하부히터(132)의 표면에 상부히터셀물질(130c')을 증착시킨다. 여기서, 상부히터셀물질(130c')은 예컨대, 제 1히터셀물질(130a') 및 제 2히터셀물질(130b')이 선택된 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 중에서 제 1히터셀물질(130a') 및 제 2히터셀물질(130b')로 선택된 물질을 제외한 나머지 물질중에 선택되며, 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)에 의해 수행될 수 있다.
그리고, 도 6k 내지 도 6l에 도시한 바와 같이 하부히터(132)의 상면에 증착된 상부히터셀물질(130c')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피(photolithography)(PR3)에 의해 패터닝하여 제 3식각마스크(M3)를 형성한다.
이어서, 상부히터셀물질(130c') 중 제 3식각마스크(M3)에 의해 노출된 부분을 건식 또는 습식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트 립에 의해 제 3식각마스크(M3)를 제거하며, 도 6m에 도시된 바와 같이 하부히터(132)의 상측에 소정의 형상으로 패터닝된 단위 히터셀(130c)이 형성된다.
이러한, 상부히터셀(130c)은 상술한 바와 같은 공정을 반복적으로 수행함으로, 1종 이상으로 선택되어지는 상부히터셀물질(130c')에 의해 형성될 수 있으며, 상부히터셀(130c)을 형성하는 상부히터셀물질(130c')과 상부히터셀(130c)의 배열을 변경하여 히터(130)의 온도분포를 조절할 수 있다.
즉, 상부히터셀(130c)을 형성하는 상부히터셀(130c)과, 상부히터셀(130c)을 형성하는 상부히터셀물질(130c')을 각기 다른 발열량을 갖는 이종(異種)의 물질을 선택하여 형성시키며, 또한, 다수의 상부히터셀(130c)의 배열을 다르게 형성함으로써, 상부히터셀(130c)에서 발생돼는 열분포를 제어할 수 있어 히터(130)에 의해 형성되는 버블의 형상을 제어할 수 있다.
여기서, 상술한 상부히터셀(130c)은 사각형 또는 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 사각형 형태의 경우에는 하부히터(132)의 상측에 소정의 간격을 유지한 격자형태로 다수의 상부히터셀(130c)이 형성되며, 원형 형태의 경우에는 하부히터(132)의 상측에 하부히터(132)의 중심을 축으로 하여 소정의 간격을 유지하는 원호형상의 다수의 상부히터셀(130c)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 공정에 의해 도 6m에 도시한 바와 같은 하부히터(132)와 상부히터셀(130c)로 구성된 히터(130)가 형성된다.
이후, 도 6n 내지 6q에 도시된 바와 같이, 하부히터(132) 및 상부히터셀(130c)에 의해 형성된 히터(130)의 상측에 전극(140)을 형성하기 위한 전극층(140')을 형성한다. 여기서, 전극층(140')은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 또는 탄탈륨 질화물(TaN)과 같은 도전성이 양호한 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)에 의해 대략 5,000Å ~ 2㎛ 정도의 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 이와 같이 형성된 전극층(140')의 표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 포토리소그라피(photolithography)(PR4)에 의해 패터닝하여 제 4식각마스크(M4)를 형성한다. 이어서, 전극층(140') 중 제 4식각마스크(M4)에 의해 노출된 부분을 건식 또는 습식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트립에 의해 제 4식각마스크(M4)를 제거하면, 도 6q에 도시된 바와 같이 히터(130)의 상면 외측에 전극(140)이 형성된다.
한편, 전극(140)은 전술한 바와 같이 두 개 이상의 금속층으로 이루어 질 수 있으며, 전극(140)이 두 개의 금속층으로 이루어지는 경우에는, 서로 다른 금속 물질로 이루어진 두 개의 금속층을 증착한 후, 식각 마스크를 이용하여 두 개의 금속층을 함께 식각하여 전극(140)을 형성한다.
다음으로, 도 6r에 도시된 바와 같이, 히터(130)과 전극(140)의 표면에 보호층(150)을 형성한다. 보호층(150)은 히터(130)와 전극(140)을 보호하기 위한 것으로, PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 실리콘 질화막(SiN)을 대략 1 ~ 3㎛ 두께로 증착하거나 폴리실리콘을 증착함으로써 형성한다.
이후, 보호층(150)의 위에 캐비테이션 방지층(160)을 형성한다. 도 6s 내지 도 6v는 보호층(150) 위에 캐비테이션 방지층(160)을 형성하는 단계를 도시한 도면들이다.
구체적으로, 도 6s에 도시된 바와 같이, 스퍼터링(sputtering)에 의해 보호 층(150) 위에 예컨대 탄탈륨 박막(160')을 대략 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께로 증착한다. 이 때, 탄탈륨 박막(160')은 텅스텐 박막으로 대체될 수 있다.
그리고, 이와 같이 형성된 탄탈륨 박막(160')의 표면에 포토레지스트를 도포 한 후 이를 포토리소그라피(photolithography)(PR5)에 의해 패터닝하여 제 5식각마스크(M5)를 형성한다. 이어서, 탄탈륨 박막(160') 중 제 5식각마스크(M5)에 의해 노출된 부분을 건식 또는 습식식각에 의해 제거하고, 통상의 포토레지스트 제거공정인 애슁 및 스트립에 의해 제 5식각마스크(M5)를 제거한다.
그러면, 도 6v에 도시된 바와 같이 캐비테이션 방지층(160)이 형성되고, 기판(110), 절연층(120), 히터(130), 전극(140), 보호층(150) 및 캐비테이션 방지층(160)으로 이루어진 베이스 플레이트(100)가 완성된다.
다음으로, 도 6w에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(100) 위에 잉크 챔버(220)와 잉크 유로(240)를 한정하는 유로 플레이트(200)를 적층한다.
유로 플레이트(200)는 감광성 폴리머(photosensitive polymer), 예컨대 폴리이미드(polyimide)를 베이스 플레이트(100) 상에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
여기서, 감광성 폴리머의 도포 두께는 대략 25 ~ 35㎛ 정도이며, 이는 토출되는 잉크 액적의 부피에 따라 요구되는 잉크 챔버(220)의 높이에 의해 적정하게 정해지며, 예시된 높이와는 다른 범위의 높이를 가질 수도 있다.
구체적으로, 감광성 폴리머로는 건조되어 필름화된 것이거나 액상의 것이 사 용될 수 있다. 감광성 폴리머가 건조된 필름(dry film)인 경우에는, 이를 베이스 플레이트(100) 상에 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination) 방법에 의해 도포되며, 감광성 폴리머가 액상인 경우에는, 이를 베이스 플레이트(100) 상에 스핀 코팅 방법에 의해 도포하게 된다.
이와 같이 베이스 플레이트(100) 상에 도포된 감광성 폴리머를 잉크 챔버(220)와 잉크 유로(240)가 형성될 부위를 보호하는 포토마스크를 사용하여 선택적으로 노광시키면, 노광된 부위는 경화됨으로써 내화학성 및 높은 기계적강도를 갖게 된다.
이어서, 감광성 폴리머의 경화되지 않은 부위를 용매를 사용하여 용해시켜 제거하면, 잉크 챔버(220)와 잉크 유로(240)가 형성됨과 동시에 노광에 의해 경화된 부위는 이들을 둘러싸는 유로 플레이트(200)를 형성하게 된다.
마지막으로, 도 6x에 도시된 바와 같이, 유로 플레이트(200) 위에는 노즐(320)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(300)가 적층된다. 노즐 플레이트(300)는 폴리이미드(polyimide) 또는 니켈로 이루어져 있으며, 유로 플레이트(200)를 이루는 감광성 폴리머의 접착성을 이용하여 유로 플레이트(200) 위에 가열, 가압하여 접착하게 된다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 6x에 도시된 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명 에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 그리고, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법이 적용될 수 있다.
특히, 본 발명은 베이스 플레이트의 히터 형성방법에 주된 특징이 있는 것이므로, 그 위에 적층되는 유로 플레이트와 노즐 플레이트 는 상기한 방법과는 달리 알려진 여러가지 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 노즐 플레이트는 유로 플레이트와 동일한 물질을 이용하여 일체로 형성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법에 따르면, 다수의 히터셀로 형성된 히터를 마련함으로써, 히터에 의해 형성되는 버블의 형상을 제어할 수 있어, 노즐로 토출되는 잉크 토출특성을 개선할 수 있으며, 이에 따라 잉크젯 프틴트 헤드의 인쇄 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 버블에 의해 발생되는 케비테이션이 히터의 일부분에 집중적으로 발생하는 것을 방지하여 히터의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 잉크젯 헤드의 챔버 형상과 관계없이 히터에 의해 형성되는 버블의 형 상을 제어하여 토출방식에 따른 적합한 버블을 형성시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 기판의 상면에 절연층을 형성하는 절연층형성단계;
    상기 절연층 상에 각기 다른 재질로 형성된 다수의 단위 히터셀을 단층의 조합된 모자이크형태로 패터닝하여 형성되는 하부히터와, 상기 하부히터의 상면에 소정 간격으로 이격되는 상부히터셀이 마련되는 히터를 형성하는 히터형성단계;
    상기 히터의 상측에 전극을 형성하는 전극형성단계;
    상기 히터 및 상기 전극의 상측에 보호층을 형성하는 보호층형성단계;
    상기 보호층의 상측에 잉크 챔버와 잉크 유로를 형성하는 유로플레이트를 형성하는 유로플레이트형성단계;
    상기 유로플레이트의 상측에 상기 잉크 챔버에 대응되는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 형성하는 노즐플레이트형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  2. 잉여공간이 형성된 모자이크 형상으로 형성되는 다수의 제 1단위 히터셀을 증착 형성시키고, 상기 제 1단위 히터셀의 잉여공간에 상기 제 1단위 히터셀의 재질과 다른 재질로 형성되는 제 2단위 히터셀을 식각에 의해 형성하여 단층으로 조합된 모자이크형상의 하부히터를 형성하는 하부히터형성단계;
    상기 하부히터의 상면에 상기 하부히터의 상기 제 1단위 히터셀 및 상기 제 2단위 히터셀과 다른 재질로 형성되며, 소정의 간격으로 이격되는 다수의 상부히터셀을 형성하는 상부히터셀형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 각 단위 히터셀은, 상기 히터의 X축의 방향으로 두개 이상으로 구획되는 형성되는 X축 단위 히터셀과; 상기 히터의 Y축의 방향으로 두개 이상 구획되는 형성되는 Y축 단위 히터셀로 형성되며,
    상기 상부히터셀은, 상기 하부히터의 상측에 X축의 방향으로 두개 이상 이격 형성되는 X축 상부히터셀과; 상기 상부히터의 상측에 Y축의 방향으로 두개 이상 이격 형성되는 Y축 상부히터셀로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 각 단위 히터셀은, 상기 하부히터의 중심에서 동심원상으로 확장되는 두개 이상의 구획되는 트랙단위 히터셀과; 상기 하부히터의 중심에서 상기 트랙단위 히터셀을 두 개 이상 구획되는 섹터단위 히터셀로 형성되며,
    상기 상부히터셀은, 상기 하부히터의 상측 중심에서 동심원상으로 확장되고, 두개 이상의 이격 형성되는 트랙단위 상부히터셀과; 상기 하부히터의 상측 중심에서 상기 트랙단위 상부히터셀을 두 개 이상 나누어 형성되는 섹터단위 상부히터셀로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 히터형성단계는,
    상기 절연층 위에 제 1히터셀물질을 증착시키는 제 1히터셀물질증착단계;
    상기 제 1히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 제 1식각마스크를 형성하는 제 1시각마스크 형성단계;
    상기 제 1식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 1식각마스크를 제거하여 잉여공간이 형성된 모자이크 형태로 제 1단위 히터셀을 형성하는 제 1단위 히터셀형성단계;
    상기 제 1단위 히터셀과 상기 절연층의 표면에 제 2히터셀물질을 증착시키는 제 2히터셀물질증착단계;
    상기 제 2히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 상기 제 1단위 히터셀의 잉여공간에 제 2식각마스크를 형성하는 제 2식각마스크형성단계;
    상기 제 2식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 2식각마스크를 제거하여 상기 제 1단위 히터셀이 형성된 잉여공간에 제 2단위 히터셀을 형성하여 히터를 형성하는 제 2단위 히터셀형성단계;
    상기 하부히터의 상면에 상부 히터셀물질을 증착시키는 상부 히터셀물질증착단계;
    상기 상부 히터셀물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 제 3식각마스크를 형성하는 제 3시각마스크 형성단계;
    상기 제 3식각마스크에 의해 노출된 부분을 식각공정을 통해 제거하고, 상기 제 3식각마스크를 제거하여 잉여공간이 형성된 상부 히터셀을 형성하는 상부 히터셀형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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