KR20060083582A - 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 두 개의 단결정 실리콘 기판 상에 구현된다. 상부 기판에는 잉크 인렛이 관통 형성되고, 상부 기판의 저면에는 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와 매니폴드의 적어도 일측에 배열되는 다수의 압력 챔버가 형성된다. 하부 기판의 상면에는 매니폴드와 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터가 형성되고, 하부 기판에는 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에 다수의 노즐이 수직으로 관통 형성된다. 상부 기판 상에는 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터가 형성된다. 그리고, 상기 하부 기판 상에 상부 기판이 적층되어 서로 접합됨으로써, 잉크 인렛과 매니폴드로 이루어진 공통 유로와 리스트릭터, 압력 챔버 및 노즐로 이루어진 개별 유로가 형성된다. 이와 같은 구성에 의하면, 종래에 비해 사용되는 기판의 수가 감소하므로 제조 공정이 단순화되고 제조 원가가 감소할 뿐만 아니라 잉크 토출 성능이 향상되어 구동 주파수가 높아질 수 있다.

Description

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Piezo-electric type inkjet printhead and method of manufacturing the same}
도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 일 예를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 다른 예를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 6은 도 5에 표시된 B-B'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 7a와 도 7b는 도 5에 도시된 리스트릭터의 변형예들을 도시한 부분 수직 단면도들이다.
도 8a는 본 발명과 종래의 압전 방식 프린트헤드에 있어서 구동 주파수에 따른 잉크 토출 속도의 변화를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 8b는 본 발명과 종래의 압전 방식 프린트헤드에 있어서 구동 주파수에 따 른 잉크 액적의 부피 변화를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판의 상면에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10g는 상부 기판에 잉크 인렛, 매니폴드 및 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11j는 하부 기판에 리스트릭터와 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 하부 기판 위에 상부 기판을 적층하여 접합하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...상부 기판 101...제1 실리콘층
102...중간 산화막 103...제2 실리콘층
110...잉크 인렛 120...매니폴드
125...격벽 130...압력 챔버
180...실리콘 산화막 190...압전 액츄에이터
191...하부 전극 192...압전막
193...상부 전극 200...하부 기판
210...노즐 211...잉크 도입부
212...잉크 토출구 220,220',220"...리스트릭터
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 가공 기술을 이용하여 두 개의 실리콘 기판 상에 구현되는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 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 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 이루는 매니폴드(2), 리스트릭터(3), 압력 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 매니폴드(2)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 각 압력 챔버(4)로 공급하는 통로이며, 리스트릭 터(3)는 매니폴드(2)로부터 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 압력 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.
상기 유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 압력 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전막과 이 압전막에 전압을 인가하기 위한 전극이 적층된 형태를 가지고 있다. 이에 따라, 유로 형성판(1)의 압력 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(6)에 의해 변형되는 진동판(1a)의 역할을 하게 된다.
상기한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 변형되면 압력 챔버(4)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(4) 내의 잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(2)로부터 리스트릭터(3)를 통해 압력 챔버(4) 내로 유입된다.
이러한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 일 예로서, 도 2에는 미국특허 US 5,856,837호에 개시된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 다수의 얇은 플레이트(11 ~ 16)를 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 즉, 프린트헤드의 제일 아 래에는 잉크를 토출하기 위한 노즐(11a)이 형성된 제1 플레이트(11)가 배치되고, 그 위에 매니폴드(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 저장고(미도시)로부터 매니폴드(12a)로 잉크를 도입하기 위한 잉크 인렛(17)이 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 매니폴드(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 휨 변형에 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, 매니폴드(12a)가 형성된 제5 플레이트(12)는 얇은 플라스틱 재료나 필름 형태의 접 착제를 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 방식의 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 저하시키게 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 열팽창 계수의 차이로 인한 정렬 오차 또는 변형이 발생될 수 있는 문제점도 있다.
도 3에는 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 다른 예로서, 본 출원인의 한국특허공개공보 2003-0050477호에 개시된 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드는, 세 개의 실리콘 기판(30, 40, 50)이 적층되어 접합된 구조를 가진다. 세 개의 기판(30, 40, 50) 중 상부 기판(30)의 저면에는 소정 깊이의 압력 챔버(32)가 형성되어 있으며, 그 일측에는 도시되지 않은 잉크 저장고와 연결된 잉크 인렛(31)이 관통 형성되어 있다. 상기 압력 챔버(32)는 중간 기판(40)에 형성된 매니폴드(41)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그리고, 상부 기판(30)의 상면에는 압력 챔버(32)에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(60)가 형성되어 있다. 중간 기판(40)에는 잉크 인렛(31)과 연결되는 매니폴드(41)가 형성되어 있으며, 이 매니폴드(41)의 양측에 다수의 압력 챔버(32) 각각과 연결되는 리스트릭터(42)가 형성되어 있다. 또한, 중간 기판(40)에는 상부 기판(30)에 형성된 압력 챔버(32)에 대응하는 위치에 댐퍼(43)가 수직으로 관통 형성되어 있다. 그리고, 하부 기판(50)에는 상기 댐퍼(43)와 연결되는 노즐(51)이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드는 세 개의 실리콘 기판(30, 40, 50)이 적층된 형태로 구성됨으로써, 도 2에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드에 비해 기판의 수가 줄어 들어 그 제조 공정이 비교적 간단해지고 다수의 기판의 적층 공정에서 발생되는 오정렬의 문제점이 감소하게 된다.
그러나, 점차 높은 구동 주파수를 요구하는 최근의 추세와 점차 심해지고 있 는 가격 경쟁을 비추어 볼 때, 상기한 세 개의 기판을 사용하여 제조되는 잉크젯 프린트헤드도 이러한 요구들을 충분히 만족시키지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 보다 단순한 제조 공정과 보다 향상된 잉크 토출 성능을 위해 두 개의 실리콘 기판상에 구현되는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는,
잉크가 도입되는 잉크 인렛이 관통 형성되고, 그 저면에는 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와 상기 매니폴드의 적어도 일측에 배열되어 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 형성된 상부 기판;
그 상면에는 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터가 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에는 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 수직으로 관통 형성된 하부 기판; 및
상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,
상기 상부 기판과 하부 기판은 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 하부 기판 상에 상기 상부 기판이 적층되어 서로 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 기판은 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 실리콘층에 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버가 형성되며, 상기 제2 실리콘층이 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의해 휨변형 되는 진동판으로서의 역할을 하게 된다. 그리고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 깊이는 상기 제1 실리콘층의 두께와 실질적으로 동일하며, 상기 매니폴드의 깊이는 상기 다수의 압력 챔버 각각의 깊이보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 매니폴드는 일방향으로 길게 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 매니폴드의 내부에는 그 길이 방향으로 연장된 격벽이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 리스트릭터 각각은 그 일단이 상기 격벽에 인접하도록 연장된 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 다수의 리스트릭터 각각은 상호 이격된 두 개의 부분으로 나뉘어질 수 있으며, 상기 두 개의 부분은 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성된 연결홈을 통해 서로 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 압전 액츄에이터는; 상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 노즐 각각은; 상기 하부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 형성되는 잉크 도입부와, 상기 하부 기판의 저면으로부터 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성되는 잉크 토출구를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 잉크 도입부는 상기 하부 기판의 상면으로부터 상기 잉크 토출구 쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 실질적으로 피라미드 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법은,
단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판과 하부 기판을 준비하는 단계;
준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크가 도입되는 잉크 인렛과, 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버를 형성하는 상부 기판 가공 단계;
준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터와, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 형성하는 하부 기판 가공 단계;
상기 하부 기판 상에 상기 상부 기판을 적층하여 서로 접합하는 단계; 및
상기 상부 기판 상에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 기판 가공 단계와 상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 상부 기판과 하부 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용 되는 얼라인 마크를 형성할 수 있다.
상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 일방향으로 길게 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 격벽을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 기판 준비 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 준비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 압력 챔버와 상기 잉크 인렛은 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘층을 식각함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 상기 다수의 압력 챔버의 깊이보다 작은 깊이로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 상부 기판 가공 단계는; 상기 상부 기판의 상면과 저면 각각에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와, 상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 매니폴드를 형성하기 위한 제1 개구부를 형성하는 단계와, 상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 다수의 압력 챔버와 잉크 인렛을 형성하기 위한 제2 개구부를 형성하는 단계와, 상기 제2 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 1차 식각하는 단계와. 상기 제1 개구부와 제2 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 상기 중간 산화막이 노출될 때까지 2차 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 상기 다수의 압력 챔버의 깊이와 실질적으로 동일한 깊이로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 상부 기판 가공 단계는; 상기 상부 기판의 상면과 저면 각각에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와, 상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 매니폴드, 상기 다수의 압력 챔버 및 상기 잉크 인렛을 형성하기 위한 개구부를 형성하는 단계와, 상기 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 상기 중간 산화막이 노출될 때까지 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 리스트릭터 각각은 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이로 건식 또는 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 리스트릭터 각각은 상호 이격된 두 개의 부분으로 나뉘어져 형성될 수 있다.
상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 노즐 각각은 상기 하부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 형성되는 잉크 도입부와, 상기 하부 기판의 저면으로부터 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성되는 잉크 토출구를 포함할 수 있다.
상기 잉크 도입부는 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이로 이방성 습식 식각함으로써 상기 하부 기판의 상면으로부터 상기 잉크 토출구 쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 실질적으로 피라미드 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 잉크 토출구는 상기 하부 기판의 저면을 건식 식각하여 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 접합 단계에서, 상기 두 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접합 (SDB) 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 압전 액츄에이터 형성 단계는; 상기 상부 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극 상에 압전막을 형성하는 단계와, 상기 압전막 상에 상부 전극을 형성하는 단계와, 상기 압전막에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 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.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이며, 도 6은 도 5에 표시된 B-B'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 두 개의 기판, 즉 상부 기판(100)과 하부 기판(200)을 접합함으로써 이루어진다. 그리고, 상기 상부 기판(100)과 하부 기판(200)에는 잉크 유로가 형성되며, 상부 기판(100)의 상면에는 잉크의 토출을 위한 구동력을 발생시키는 압전 액츄에이터(190)가 마련된다.
상기 두 개의 기판(100), 200)은 모두 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이에 따라, 포토리소그라피(photolithography)와 식각(etching)과 같은 미세 가공(micromachining) 기술을 이용하여 두 개의 기판(100, 200)에 잉크 유로를 이루게 되는 구성요소들을 보다 미세한 크기로 정밀하고 용이하게 형성할 수 있다.
상기한 잉크 유로는, 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛(110)과, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 다수의 압력 챔버(130)와, 상기 잉크 인렛(110)을 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(130)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(120)와, 상기 매니폴드(120)로부터 각각의 압력 챔버(130)로 잉크를 공급하기 위한 개별 유로인 리스트릭터(220)와, 상기 압력 챔버(130)로부터 잉크가 토출되는 노즐(210)을 포함한다. 이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 상술한 바와 같이 두 개의 기판(100, 200)에 나뉘어져 배치된다.
구체적으로, 상부 기판(100)에는 상기 잉크 인렛(110), 매니폴드(120) 및 다수의 압력 챔버(130)가 형성된다. 상기 매니폴드(120)는 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이로 형성되며, 일방향으로 길게 연장된 형상을 가진다. 상기 잉크 인렛(110)은 상부 기판(100)을 수직으로 관통하여 형성되어 상기 매니폴드(120)의 일단부에 연결된다. 상기 다수의 압력 챔버(130)는 상기 매니폴드(120)의 양측에 2 열로 배열된다. 한편, 상기 다수의 압력 챔버(130)는 상기 매니폴드(120)의 일측에 1 열로만 배열될 수도 있다. 이러한 다수의 압력 챔버(130) 각각은 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이로 형성되며, 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 다수의 압력 챔버(130)가 매니폴드(120) 의 양측에 2 열로 배열되는 경우에는, 상기 매니폴드(120)를 좌우로 분리시키는 격벽(125)이 상기 매니폴드(120)의 내부에 그 길이방향으로 길게 형성될 수 있다. 이러한 격벽(125)에 의하면, 상기 매니폴드(120)의 양측에 배열된 압력 챔버(130) 상호간의 크로스 토크(cross-talk)가 효과적으로 방지될 수 있다.
상기 상부 기판(100)은 반도체 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 특히 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다. SOI 웨이퍼는 일반적으로 제1 실리콘층(101)과, 제1 실리콘층(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착되는 제2 실리콘층(103)의 적층 구조를 가지고 있다. 상기 제1 실리콘층(101)은 실리콘 단결정으로 이루어지고 대략 수백 ㎛의 두께, 예컨대 대략 210㎛ 정도의 두께를 가진다. 상기 중간 산화막(102)은 상기 제1 실리콘층(101)의 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있으며, 그 두께는 대략 2㎛ 정도이다. 상기 제2 실리콘층(103)도 실리콘 단결정으로 이루어지며, 대략 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 두께, 예컨대 대략 13㎛ 정도의 두께를 가진다. 이와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 이유는 상기 압력 챔버(130)의 깊이를 정확하게 조절할 수 있기 때문이다. 즉, 상기 압력 챔버(130)의 형성 과정에서 SOI 웨이퍼의 중간 층을 이루는 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 제1 실리콘층(101)의 두께가 정해지면 상기 압력 챔버(130)의 깊이도 따라서 정해진다. 또한, 상기 압력 챔버(130)의 상부벽을 이루는 제2 실리콘층(103)은 압전 액츄에이터(190)에 의해 휨 변형됨으로써 압력 챔버(130)의 부피를 변화시키는 진동판의 역할을 하게 되는데, 이 진동판의 두께도 제2 실리콘층(103)의 두께에 의해 정해진다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기 매니폴드(120)는 상기 압력 챔버(130)의 깊이보다 작은 깊이로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 매니폴드(120)의 상부에 위치하는 상부 기판(100)이 충분히 두꺼운 두께를 가지게 되므로, 일방향으로 길게 형성된 상기 매니폴드(120)에 의해 프린트헤드의 강도가 저하되는 단점을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 매니폴드(120)는 상기 압력 챔버(130)의 깊이와 동일한 깊이로 형성될 수도 있다. 이 경우, 후술하는 바와 같이, 상기 압력 챔버(130)와 매니폴드(120)의 제조 공정이 보다 단순화되는 장점이 있는 반면에, 상기 매니폴드(120)의 상부에 위치하는 상부 기판(100)의 두께가 얇아지게 되는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 보완하기 위해, 상기 상부 기판(100)의 제2 실리콘층(103)의 두께를 충분히 두껍게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 압력 챔버(130)의 상부에 위치하는 제2 실리콘층(103)에 그 상면으로부터 소정 깊이의 홈(미도시)을 형성하고, 그 홈 내부에 압전 액츄에이터(190)를 형성함으로써, 상기 압력 챔버(130) 상부의 진동판을 이루는 제2 실리콘층(103)의 두께를 적정한 두께로 맞추는 것이 더 바람직하다.
상기 상부 기판(100) 위에는 압전 액츄에이터(190)가 형성된다. 그리고, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이에는 실리콘 산화막(180)이 형성될 수 있다. 상기 실리콘 산화막(180)은 절연막으로서의 기능뿐만 아니라, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이의 확산을 억제하고 열적 스트레스를 조절하는 기능도 가진다. 상기 압전 액츄에이터(190)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(191)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(192)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(193)을 구비한다. 상기 하부 전극(191)은 상기한 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 형성되며, 하나의 도전 금속 물질층으로 이루어질 수도 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속박막층으로 구성된 것이 바람직하다. 이와 같은 하부 전극(191)은 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 위에 형성되는 압전막(192)과 그 아래의 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산방지층(diffusion barrier layer)의 역할도 하게 된다. 상기 압전막(192)은 하부 전극(191) 위에 형성되며, 상기 다수의 압력 챔버(130) 각각의 상부에 위치하도록 배치된다. 이러한 압전막(192)은 압전물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(192)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(130)의 상부벽을 이루는 상부 기판(100)의 제2 실리콘층(103), 즉 진동판을 휨 변형시키는 역할을 하게 된다. 상기 상부 전극(193)은 압전막(192) 위에 형성되며, 압전막(192)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기 하부 기판(200)에는, 상기 매니폴드(120)와 다수의 압력 챔버(130) 각각의 일단부를 연결하는 개별 유로인 다수의 리스트릭터(220)와, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(210)이 형성된다. 상기 하부 기판(200)은 반도체 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 수백 ㎛의 두께, 예컨대 대략 245㎛ 정도의 두께를 가진다.
상기 다수의 리스트릭터(220) 각각은 상기 하부 기판(200)의 상면에 소정 깊이, 예컨대 20㎛ ~ 40㎛ 정도의 깊이로 형성되며, 그 일단은 매니폴드(120)에 연결되고 그 타단은 압력 챔버(130)에 연결된다. 이러한 리스트릭터(220)는 매니폴드(120)로부터 압력 챔버(130)로 적정 량의 잉크를 공급하는 역할 뿐만 아니라, 잉크가 토출될 때 압력 챔버(130)로부터 매니폴드(120)쪽으로 잉크가 역류하는 것을 억제하는 역할도 하게 된다.
상기 다수의 노즐(210) 각각은 상기 다수의 압력 챔버(130) 각각의 타단부에 대응하는 위치에 상기 하부 기판(200)을 수직으로 관통하도록 형성된다. 상기 노즐(210)은, 하부 기판(200)의 윗 부분에 형성된 잉크 도입부(211)와, 하부 기판(200)의 아래 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 잉크 토출구(212)로 이루어질 수 있다. 상기 잉크 토출구(212)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상으로 형성될 수 있고, 상기 잉크 도입부(211)는 압력 챔버(130)로부터 잉크 토출구(212)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 피라미드 형상으로 형성될 수 있으며 대략 230㎛ ~ 235㎛ 정도의 깊이를 가질 수 있다.
상기한 바와 같이 형성된 두 개의 기판(100, 200)은 전술한 바와 같이 적층되어 서로 접합됨으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 구성하게 된다. 그리고, 두 개의 기판(100, 200) 내부에는 잉크 인렛(110), 매니폴드(120), 리스트릭터(220), 압력 챔버(130) 및 노즐(210)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다.
도 7a와 도 7b는 도 5에 도시된 리스트릭터의 변형예들을 도시한 부분 수직 단면도들이다.
먼저 도 7a를 참조하면, 하부 기판(200)의 상면에 소정 깊이로 형성되는 리스트릭터(220')는 상호 이격된 두 개의 부분(221, 222)으로 나뉘어질 수 있으며, 이 두 개의 부분(221, 222)은 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이로 형성된 연결홈(223)을 통해 서로 연결될 수 있다.
이와 같이 구성된 리스트릭터(220')는 잉크의 토출 시에 잉크의 역류를 보다 효과적으로 방지할 수 있는 장점을 가진다.
다음으로 도 7b를 참조하면, 리스트릭터(220")는 도 5에 도시된 리스트릭터(220)에 비해 깊고 길게 형성될 수 있다. 즉, 상기 리스트릭터(220")는 그 일단이 상기 격벽(125)에 인접하도록 연장된 형상을 가져서 상기 매니폴드(120)와 겹치게 되는 부분이 증가하게 된다.
이와 같이 구성된 리스트릭터(220")는 매니폴드(120)로부터 압력 챔버(130)로 공급되는 잉크의 유량을 충분히 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하기로 한다. 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 인렛(110)을 통해 매니폴드(120) 내부로 유입된 잉크는 다수의 리스트릭터(220, 220', 220")를 통해 다수의 압력 챔버(130) 각각의 내부로 공급된다. 상기 압력 챔버(130) 내부에 잉크가 채워진 상태에서, 압전 액츄에이터(190)의 상부 전극(193)을 통해 압전막(192)에 전압이 인가되면 압전막(192)은 변형되며, 이에 따라 진동판 역할을 하는 상부 기판(100)의 제2 실리콘층(103)이 아래쪽으로 휘어지게 된다. 상 기 제2 실리콘층(103)의 휨변형에 의해 압력 챔버(130)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(130) 내의 압력 상승에 의해 압력 챔버(130) 내의 잉크는 노즐(210)을 통해 외부로 토출된다.
이어서, 압전 액츄에이터(190)의 압전막(192)에 인가되던 전압이 차단되면 압전막(192)은 원상 복원되고, 이에 따라 진동판 역할을 하는 제2 실리콘층(103)이 원상으로 복원되면서 압력 챔버(130)의 부피가 증가하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(130) 내의 압력 감소와 노즐(210) 내에 형성된 잉크의 메니스커스에 의한 표면장력에 의해 매니폴드(120)로부터 리스트릭터(220, 220', 220")를 통해 압력 챔버(130) 내부로 잉크가 유입된다.
도 8a는 본 발명과 종래의 압전 방식 프린트헤드에 있어서 구동 주파수에 따른 잉크 토출 속도의 변화를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 8b는 본 발명과 종래의 압전 방식 프린트헤드에 있어서 구동 주파수에 따른 잉크 액적의 부피 변화를 비교하여 보여주는 그래프이다.
먼저 도 8a를 참조하면, 구동 주파수의 변화에 따른 잉크 액적의 토출 속도에 있어서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드와 도 3에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드 사이의 차이는 거의 없는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적의 토출 속도는 평균적으로 대략 7.32m/s이고, 도 3에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적의 토출 속도는 평균적으로 대략 7.29m/s이다.
다음으로 도 8b를 참조하면, 도 3에 도시된 종래의 잉크젯 프린트헤드에 있 어서는, 구동 주파수가 대략 17kHz를 넘어서게 되면 잉크 액적의 부피가 급격히 감소하여 하한선을 벗어난다는 것을 알 수 있다. 반면에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 구동 주파수가 대략 20kHz인 경우에도 잉크 액적의 부피는 각각 5%의 상한선과 하한선 사이의 범위 내에 유지되는 것을 알 수 있다. 실제로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 구동 주파수가 23.02kHz일 때 잉크 액적의 부피가 하한선을 벗어나게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 높은 구동 주파수에서도 안정된 잉크 토출 성능을 가지는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 보다 빠른 인쇄 속도를 가진 프린터를 구현할 수 있다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 바람직한 제조 방법을 개괄적으로 설명하면, 먼저 잉크 유로를 이루는 구성요소들이 형성된 상부 기판과 하부 기판을 각각 제조하고, 이어서 제조된 두 개의 기판을 적층하여 접합한 뒤, 마지막으로 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성함으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 상부 기판과 하부 기판을 제조하는 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 하부 기판이 먼저 제조될 수도 있으며, 두 개의 기판이 동시에 제조될 수도 있다. 다만, 설명의 편의상 아래에서는 상부 기판과 하부 기판의 순서로 그 각각의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 9a 내지 도 9c는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린 트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판의 상면에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a을 참조하면, 본 실시예에서 상부 기판(100)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어진다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 그리고, 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 것이 압력 챔버(도 4의 130)의 높이를 정확하게 형성할 수 있으므로 바람직하다. SOI 웨이퍼는 전술한 바와 같이 제1 실리콘층(101)과, 제1 실리콘층(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착된 제2 실리콘층(103)의 적층 구조를 가지고 있다.
먼저, 대략 650㎛ 두께의 제1 실리콘 층(101)과, 대략 2㎛ 정도의 두께를 가진 중간 산화막(102)과, 대략 13㎛ 정도의 두께를 가진 제2 실리콘층(103)으로 이루어진 상부 기판(100)을 준비한다. 이어서, 상부 기판(100)의 제1 실리콘층(101)을 화학적-기계적 연마(CMP: Chemical-Mechanical Polishing)에 의해 그 두께를 감소시킨 후, 상부 기판(100) 전체를 크리닝한다. 이 때, 상기 제1 실리콘층(101)은 압력 챔버(도 5의 120)의 깊이에 따라 적절한 두께, 예컨대 대략 210㎛ 정도의 두께로 감소될 수 있다. 그리고, 상부 기판(100)의 크리닝에는 아세톤과 이소프로필 알콜(IPA) 등을 사용한 유기 크리닝 방법과, 황산과 BOE(Buffered Oxide Etchant) 등을 사용한 산 크리닝 방법과, SC1 크리닝 방법이 사용될 수 있다.
이와 같이 크리닝된 상부 기판(100)을 습식 및 건식 산화시키면, 상부 기판(100)의 상면과 저면에는 대략 5,000Å ~ 15,000Å 정도의 두께를 가진 실리콘 산 화막(151a, 151b)이 형성된다.
다음에, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(151a)의 상면에 포토레지스트(PR1)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR1)를 패터닝함으로써 상부 기판(100)의 상면 가장자리 부근에 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(148)를 형성한다. 이 때, 포토레지스트(PR1)의 패터닝은 노광과 현상을 포함하는 잘 알려진 포토리소그라피(photolithography) 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 이하에서 설명되는 다른 포토레지스트들의 패터닝도 이와 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(PR1)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부(148)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151a)을 식각하고, 이어서 상부 기판(100)을 소정 깊이로 식각함으로써 얼라인 마크(141)를 형성한다. 이 때, 상기 실리콘 산화막(151a)에 대한 식각은 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각 방법 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용한 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 상부 기판(100)에 대한 식각은 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법이나, 실리콘용 에칭액(etchant)으로서, 예컨대 테트라메틸 수산화 암모늄(TMAH: Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화 칼륨(KOH)을 사용한 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
그리고, 상기한 유기 크리닝 방법 및/또는 산 크리닝 방법에 의해 상기 포토 레지스트(PR1)를 제거한다. 이 때, 상기 포토레지스트(PR1)는 에슁(ashing)에 의해 제거될 수도 있다. 이와 같은 포토레지스트(PR1)의 제거 방법은 이하에서 설명되는 다른 포토레지스트들의 제거에도 이용될 수 있다.
한편, 위에서는 실리콘 산화막(151a)과 상부 기판(100)을 식각한 후에 포토레지스트(PR1)를 제거하는 것으로 설명하였으나, 포토레지스트(PR1)를 식각 마스크로 하여 실리콘 산화막(151a)을 식각한 후, 포토레지스트(PR1)를 제거한 다음에 실리콘 산화막(151a)을 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 식각할 수도 있다.
이로써, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상면 가장자리 부근에 얼라인 마크(141)가 형성된 상태의 상부 기판(100)이 준비된다.
도 10a 내지 도 10g는 상부 기판에 잉크 인렛, 매니폴드 및 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100) 저면의 실리콘 산화막(151b) 표면에 포토레지스트(PR2)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR2)를 패터닝함으로써 상부 기판(100)의 저면에 매니폴드(도 4의 120)를 형성하기 위한 개구부(129)를 형성한다. 이 때, 상부 기판(100)의 저면 가장자리 부근에 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(149)도 함께 형성될 수 있다. 그리고, 매니폴드의 내부에 격벽(도 4의 125)을 형성할 경우에는, 격벽이 형성될 부위에 포토레지스트(PR2)를 잔존시킨다.
다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(129, 149)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151b)을 포토레지스트(PR2)를 식각 마스크로 하여 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각 방법 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용한 습식 식각 방법에 식각함으로써, 상부 기판(100)의 저면을 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트(PR2)를 전술한 방법에 의해 제거한다.
다음에는, 도 10c에 도시된 바와 같이, 노출된 상부 기판(100)의 저면과 실리콘 산화막(151a)의 표면에 다시 포토레지스트(PR3)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR3)를 패터닝함으로써 상부 기판(100)의 저면에 압력 챔버(도 4의 130)를 형성하기 위한 개구부(139)와 잉크 인렛(도 4의 110)을 형성하기 위한 개구부(미도시)를 형성한다.
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(139)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151b)을 포토레지스트(PR3)를 식각 마스크로 하여 상기한 건식 식각 방법 또는 습식 식각 방법에 식각함으로써, 상부 기판(100)의 저면을 부분적으로 노출시킨다.
다음으로, 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(PR3)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부(139)를 통해 노출된 부위의 상부 기판(100)을 소정 깊이로 1차 식각하여 압력 챔버(130)의 일부를 형성한다. 이 때, 잉크 인렛(도 4의 110)의 일부도 함께 형성된다. 그리고, 상부 기판(100)에 대한 1차 식각은 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한, 1차 식각 깊이는 압력 챔버(도 4의 130)와 매니폴드(도 4의 120)의 깊이 차이에 따라 정해진다. 예컨대, 압력 챔버(130)의 최종 깊이가 210㎛이고, 매니폴드(도 4의 120)의 깊이가 160㎛인 경우에, 1차 식각 깊이는 대략 50㎛가 된다.
이어서, 도 10f에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(PR3)를 전술한 방법에 의해 제거한다. 그러면, 매니폴드를 형성하기 위한 개구부(129)와 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(149)를 통해 상부 기판(100)의 저면이 노출된다.
다음으로, 도 10g를 참조하면, 노출된 부위의 상부 기판(100)의 저면을 실리콘 산화막(151b)을 식각 마스크로 하여 2차 식각함으로써, 압력 챔버(130)와 매니폴드(120)를 형성한다. 이 때, 잉크 인렛(도 4의 110)도 압력 챔버(130)와 동일한 깊이로 형성되고, 얼라인 마크(142)는 매니폴드(120)와 동일한 깊이로 형성된다. 그리고, 매니폴드(120) 내부에는 이를 좌우로 분리시키는 격벽(125)이 형성된다.
상기 상부 기판(100)에 대한 2차 식각도 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한, 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, 2차 식각 단계에서는 제1 실리콘층(101)만 식각된 다. 따라서, 제1 실리콘층(101)의 두께를 조절하게 되면 압력 챔버(130)를 원하는 깊이로 정확하게 맞출 수 있게 된다.
이로써, 그 저면에 잉크 인렛(110), 매니폴드(120) 및 압력 챔버(130)가 형성된 상부 기판(100)이 완성된다. 한편, 상기 잉크 인렛(110)은 후술하는 바와 같이 마지막 공정에서 상부 기판(100)을 수직으로 관통하도록 후가공된다.
한편, 위에서는 상기 매니폴드(120)가 압력 챔버(130)의 깊이보다 작은 깊이로 형성되는 경우를 설명하였지만, 전술한 바와 같이 상기 매니폴드(120)는 상기 압력 챔버(130)의 깊이와 동일한 깊이로 형성될 수도 있다. 이 경우에는, 상기 압력 챔버(130)와 매니폴드(120)를 함께 형성할 수 있으므로, 제조 공정이 보다 단순화된다. 구체적으로 설명하면, 도 10a와 도 10b에 도시된 단계에서, 매니폴드(120)를 형성하기 위한 개구부(129)와 함께 압력 챔버(130)를 형성하기 위한 개구부(139)와 잉크 인렛(110)을 형성하기 위한 개구부도 형성한다. 이어서, 상기 개구부들(129, 139)을 통해 상부 기판(100)의 저면을 중간 산화막(102)이 노출될 때까지 건식 식각한다. 그러면, 한 번의 식각 공정에 의해 동일한 깊이를 가진 잉크 인렛(110), 매니폴드(120) 및 압력 챔버(130)가 형성될 수 있다.
도 11a 내지 도 11j는 하부 기판에 리스트릭터와 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a을 참조하면, 본 실시예에서 하부 기판(200)도 단결정 실리콘 기판으로 이루어진다. 먼저, 대략 650㎛ 두께의 하부 기판(200)을 준비한다. 이어서, 하부 기판(200)을 화학적-기계적 연마(CMP: Chemical-Mechanical Polishing)에 의해 그 두께를 대략 245㎛ 정도로 감소시킨 후, 하부 기판(200) 전체를 크리닝한다. 이 때, 하부 기판(200)의 크리닝에는 전술한 유기 크리닝 방법과, 산 크리닝 방법과, SC1 크리닝 방법이 사용될 수 있다.
이와 같이 크리닝된 하부 기판(200)을 습식 및 건식 산화시키면, 하부 기판(200)의 상면과 저면에는 대략 5,000Å ~ 15,000Å 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막(251a, 251b)이 형성된다.
다음으로, 도 11b를 참조하면, 하부 기판(200)의 저면 가장자리 부근에 얼라인 마크(242)를 형성할 수 있다. 상기 얼라인 마크(242)는 전술한 도 9a 내지 도 9c에 도시된 방법과 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 하부 기판(200) 상면의 실리콘 산화막(251a) 표면에 포토레지스트(PR4)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR4)를 패터닝함으로써 하부 기판(200)의 상면에 리스트릭터(도 4의 220)를 형성하기 위한 개구부(228)를 형성한다. 이 때, 하부 기판(200)의 상면 가장자리 부근에 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(248)도 함께 형성될 수 있다.
한편, 도 7a에 도시된 리스트릭터(220')를 형성할 경우에는, 상기 리스트릭터(220')의 형상에 일치되게 상기 개구부(228)를 상호 이격된 두 개의 부분으로 형성한다. 이 경우, 상부 기판(100)의 저면에 연결홈(도 7a의 223)을 형성하며, 상기 연결홈의 형성은 도 10a에 도시된 단계 전에 이루어질 수 있다.
그리고, 도 7b에 도시된 리스트릭터(220")를 형성할 경우에는, 상기 개구부 (228)를 상부 기판(100)에 형성된 격벽(125)에 대응되는 부분에 인접하도록 연장된 형상으로 형성한다.
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(228, 248)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 포토레지스트(PR4)를 식각 마스크로 하여 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각 방법 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용한 습식 식각 방법에 식각함으로써, 하부 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트(PR4)를 전술한 방법에 의해 제거한다.
다음으로, 도 11d에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(251a)을 식각 마스크로 하여 노출된 부위의 하부 기판(200)의 상면을 대략 20㎛ ~ 40㎛ 깊이로 식각함으로써, 리스트릭터(220)와 얼라인 마크(241)를 형성한다. 이 때, 하부 기판(200)에 대한 식각은 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법이나, 실리콘용 에칭액(etchant)으로서, 예컨대 테트라메틸 수산화 암모늄(TMAH: Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화 칼륨(KOH)을 사용한 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 하부 기판(200)의 상면을 건식 식각할 경우에는, 상기 리스트릭터(220)의 측면은 수직으로 형성되고, 하부 기판(200)의 상면을 습식 식각할 경우에는, 상기 리스트릭터(220)의 측면은 경사지게 형성된다.
다음으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(200)을 전술한 크리 닝 방법을 사용하여 크리닝한 후, 크리닝된 하부 기판(200)을 습식 및 건식 산화시켜 하부 기판(200)의 상면과 저면에 대략 5,000Å ~ 6,000Å 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막(251a, 251b)을 다시 형성한다. 그러면, 도 11e에 도시된 바와 같이, 리스트릭터(220)의 내면과 얼라인 마크(241, 242)의 내면에도 실리콘 산화막(251a, 251b)이 형성된다.
이어서, 하부 기판(200) 상면의 실리콘 산화막(251a) 표면에 다시 포토레지스트(PR5)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR5)를 패터닝함으로써 하부 기판(200)의 상면에 노즐(도 4의 210)의 잉크 도입부(도 4의 211)를 형성하기 위한 개구부(218)를 형성한다.
다음으로, 도 11f에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(PR5)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부(218)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 식각함으로써 하부 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이 때, 실리콘 산화막(251a)에 대한 식각은 전술한 바와 같은 건식 식각 방법이나 습식 식각 방법에 의해 이루어질 수 있다.
이어서, 포토레지스트(PR5)를 제거한 뒤, 하부 기판(200)을 황산과 BOE 등을 사용한 산 크리닝 방법을 크리닝한다.
다음으로, 도 11g에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 하부 기판(200)을 실리콘 산화막(251a)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이, 예컨대 230㎛ ~ 235㎛ 정도의 깊이로 식각함으로써, 노즐의 잉크 도입부(211)를 형성한다. 이 때, 하부 기판 (200)의 식각은 실리콘용 에칭액(etchant)으로서, 예컨대 테트라메틸 수산화 암모늄(TMAH: Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화 칼륨(KOH)을 사용한 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 그러면, 하부 기판(200) 내부의 결정면에 따른 이방성 습식 식각 특성에 의해 피라미드 형태의 잉크 도입부(211)가 형성될 수 있다.
다음에는, 도 11h에 도시된 바와 같이, 하부 기판(200)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(251b) 표면에 포토레지스트(PR6)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR6)를 패터닝하여 하부 기판(200)의 저면에 노즐의 잉크 토출구(도 4의 212)를 형성하기 위한 개구부(219)를 형성한다.
다음으로, 도 11i에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(219)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251b)을 포토레지스트(PR6)를 식각 마스크로 하여 습식 식각 또는 건식 식각하여 제거함으로써 하부 기판(200)의 저면을 부분적으로 노출시킨 후, 상기 포토레지스트(PR5)를 제거한다.
다음에는, 도 11j에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(251b)을 식각 마스크로 하여 노출된 부위의 하부 기판(200)을 관통되도록 식각함으로써, 잉크 도입부(211)와 연통되는 잉크 토출구(212)를 형성한다. 이 때, 하부 기판(200)의 식각은 ICP RIE 방법을 이용한 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.
이로써, 잉크 도입부(211)와 잉크 토출구(212)로 이루어진 노즐(210)이 관통 형성되고 리스트릭터(220)가 그 상면에 형성된 하부 기판(200)이 완성된다.
도 12는 하부 기판 위에 상부 기판을 적층하여 접합하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 전술한 단계들을 거쳐 준비된 하부 기판(200) 위에 상부 기판(100)을 적층하고, 이들을 서로 접합시킨다. 이 때, 두 개의 기판(100, 200) 각각에 형성된 얼라인 마크(141, 142, 241, 242)를 이용하면 정렬 정밀도가 높아질 수 있다. 그리고, 두 개의 기판(100, 200) 사이의 접합은 잘 알려져 있는 실리콘 직접 접합(SDB: Silicon Direct Bonding) 방법에 의해 수행될 수 있다.
이상과 같이 두 개의 기판(100, 200, 300)을 적층하여 접합하면 잉크젯 프린트헤드에 있어서 잉크 유동을 위한 잉크 유로가 모두 연결된다.
도 13은 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 하부 기판(100)과 중간 기판(200)을 적층하여 접합한 상태에서, 상부 기판(100)의 상면에 절연막으로서 실리콘 산화막(180)을 형성한다. 그러나, 이 실리콘 산화막(180)을 형성하는 단계는 전술한 상부 기판(100)의 제조 단계에서 상부 기판(100)의 상면에 이미 실리콘 산화막(151a)이 형성되어 있으므로 생략될 수 있다.
이어서, 실리콘 산화막(180) 위에 압전 액츄에이터의 하부 전극(191)을 형성한다. 상기 하부 전극(191)은 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속박막층으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 하부 전극(191)은 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 티타늄(Ti)과 백금(Pt)을 각각 소정 두께로 스퍼터링(sputtering)함으로 써 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 하부 전극(191) 위에 압전막(192)과 상부 전극(193)을 형성한다. 구체적으로, 페이스트 상태의 압전재료를 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 압력 챔버(130)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(192) 위에 전극 재료, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 프린팅하여 상부 전극(193)을 형성한다. 다음으로, 압전막(192)과 상부 전극(193)을 소정 온도, 예컨대 900 ~ 1,000℃에서 소결시킨다. 이어서, 상기 압전막(192)에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링(polling) 공정을 거치면, 상부 기판(100) 위에 하부 전극(191)과, 압전막(192)과, 상부 전극(193)으로 이루어진 압전 액츄에이터(190)가 형성된다.
마지막으로, 전술한 바와 같이 도 10g에 도시된 단계에서 상부 기판(100)의 저면에 압력 챔버(130)와 함께 소정 깊이로 형성된 잉크 인렛(도 4의 110)을 후가공에 의해 관통시킨다. 예컨대, 접착 테잎을 이용하여 잉크 인렛(110)의 상부에 잔존된 상부 기판(100)의 얇은 부분을 떼어 내면 상부 기판(100)을 수직으로 관통하는 잉크 인렛(110)이 형성된다.
이로써, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
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 프린트헤 드의 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 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 두 개의 실리콘 기판에 구성되므로, 그 제조 공정이 보다 단순화된다. 이에 따라, 수율이 증가하여 제조 원가가 저감될 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 의하면, 높은 구동 주파수에서도 안정된 잉크 토출 성능을 가진다. 따라서, 보다 빠른 인쇄 속도를 가진 프린터를 구현할 수 있다.

Claims (34)

  1. 잉크가 도입되는 잉크 인렛이 관통 형성되고, 그 저면에는 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와 상기 매니폴드의 적어도 일측에 배열되어 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 형성된 상부 기판;
    그 상면에는 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터가 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응 되는 위치에는 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 수직으로 관통 형성된 하부 기판; 및
    상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,
    상기 상부 기판과 하부 기판은 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 하부 기판 상에 상기 상부 기판이 적층되어 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 기판은 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 실리콘층에 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버가 형성되며, 상기 제2 실리콘층이 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의해 휨변형되는 진동판으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 다수의 압력 챔버 각각의 깊이는 상기 제1 실리콘층의 두께와 실질적으 로 동일하며, 상기 매니폴드의 깊이는 상기 다수의 압력 챔버 각각의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매니폴드는 일방향으로 길게 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 매니폴드의 내부에는 그 길이 방향으로 연장된 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다수의 리스트릭터 각각은 그 일단이 상기 격벽에 인접하도록 연장된 형상을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 리스트릭터 각각은 상호 이격된 두 개의 부분으로 나뉘어지며, 상기 두 개의 부분은 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성된 연결홈을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터는;
    상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 하부 전극은 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속박막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 기판과 상기 하부 전극 사이에는 절연막으로서 실리콘 산화막이 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  12. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 노즐 각각은;
    상기 하부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 형성되는 잉크 도입부와, 상기 하부 기판의 저면으로부터 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성되는 잉크 토출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 잉크 도입부는 상기 하부 기판의 상면으로부터 상기 잉크 토출구 쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 실질적으로 피라미드 형상을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  14. 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판과 하부 기판을 준비하는 단계;
    준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크가 도입되는 잉크 인렛과, 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버를 형성하는 상부 기판 가공 단계;
    준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터와, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 형성하는 하부 기판 가공 단계;
    상기 하부 기판 상에 상기 상부 기판을 적층하여 서로 접합하는 단계; 및
    상기 상부 기판 상에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계와 상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 상부 기판과 하부 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 일방향으로 길게 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 격벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  18. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 준비 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 준비하는 것을 특징을 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 압력 챔버와 상기 잉크 인렛은 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘층을 식각함으로써 형성 되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 상기 다수의 압력 챔버의 깊이보다 작은 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 상부 기판 가공 단계는;
    상기 상부 기판의 상면과 저면 각각에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 매니폴드를 형성하기 위한 제1 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 다수의 압력 챔버와 잉크 인렛을 형성하기 위한 제2 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 제2 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 1차 식각하는 단계와.
    상기 제1 개구부와 제2 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 상기 중간 산화막이 노출될 때까지 2차 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 매니폴드는 상기 다수의 압력 챔버의 깊이와 실질적으로 동일한 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 상부 기판 가공 단계는;
    상기 상부 기판의 상면과 저면 각각에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 상부 기판의 저면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 매니폴드, 상기 다수의 압력 챔버 및 상기 잉크 인렛을 형성하기 위한 개구부를 형성하는 단계와,
    상기 개구부를 통해 상기 상부 기판의 저면을 상기 중간 산화막이 노출될 때까지 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  24. 제 21항 또는 제 23항에 있어서,
    상기 상부 기판에 대한 식각은 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  25. 제 19항에 있어서,
    상기 상부 기판의 저면에 형성된 상기 잉크 인렛은 상기 압전 액츄에이터 형 성 단계 후에 관통되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  26. 제 14항에 있어서,
    상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 리스트릭터 각각은 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이로 건식 또는 습식 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 다수의 리스트릭터 각각은 상호 이격된 두 개의 부분으로 나뉘어져 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  28. 제 14항에 있어서,
    상기 하부 기판 가공 단계에서, 상기 다수의 노즐 각각은 상기 하부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 형성되는 잉크 도입부와, 상기 하부 기판의 저면으로부터 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성되는 잉크 토출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 잉크 도입부는 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이로 이방성 습식 식각 함으로써 상기 하부 기판의 상면으로부터 상기 잉크 토출구 쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 실질적으로 피라미드 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 잉크 토출구는 상기 하부 기판의 저면을 건식 식각하여 상기 잉크 도입부와 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  31. 제 14항에 있어서,
    상기 접합 단계에서, 상기 두 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접합(SDB) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  32. 제 14항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터 형성 단계는;
    상기 상부 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계와,
    상기 하부 전극 상에 압전막을 형성하는 단계와,
    상기 압전막 상에 상부 전극을 형성하는 단계와,
    상기 압전막에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 상부 기판 상에 티타늄(Ti)과 백금(Pt)을 각각 소정 두께로 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  34. 제 32항에 있어서,
    상기 압전막은 상기 하부 전극 상의 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 페이스트 상태의 압전재료를 도포한 뒤 이를 소결시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법.
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