KR20060092397A - 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20060092397A
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임승모
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Abstract

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조 방법이 개시된다. 개시된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 서로 접합되는 세 개의 단결정 실리콘 기판 상에 구현된다. 상부 기판에는 잉크 인렛과 다수의 압력 챔버가 형성된다. 중간 기판에는 잉크 인렛에 연결되는 매니폴드와, 다수의 리스트릭터와, 다수의 댐퍼가 형성된다. 하부 기판에는 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 관통 형성된다. 상부 기판 상에는 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터가 형성된다. 그리고, 중간 기판에는 매니폴드의 하부에 형성되어 매니폴드 내부의 압력 변화를 완화시키는 댐핑 멤브레인이 마련되고, 중간 기판의 저면과 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에는 댐핑 멤브레인의 하부에 위치하도록 캐비티가 형성된다. 이와 같은 구성에 의하면, 댐핑 멤브레인에 의해 매니폴드 내부의 급격한 압력 변화가 완화됨으로써 잉크 토출 시 크로스 토크가 효과적으로 억제될 수 있으며, 캐비티를 통해 기판들의 접합 공정에서 발생하는 가스가 원활하게 외부로 배출됨으로써 보이드가 발생되는 것이 억제될 수 있다.

Description

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Piezoelectric ink-jet printhead and method for 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 도 2에 도시된 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 단일 노즐 구동 시의 잉크 토출 속도와 복수 노즐 동시 구동 시의 잉크 토출 속도 사이의 편차를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 7은 도 6에 표시된 B-B'선을 따른 프린트헤드의 부분 수직 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시된 캐비티의 변형예들을 도시한 부분 수직 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린 트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판의 상면과 저면에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10d는 상부 기판에 압력 챔버와 잉크 인렛을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11j는 중간 기판에 리스트릭터, 매니폴드 및 댐퍼를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 중간 기판에 댐핑 멤브레인과 캐비티를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13은 도 12a 내지 도 12c의 단계에서 중간 기판의 저면에 형성된 캐비티를 보여주는 사시도이다.
도 14a 내지 도 14g는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15는 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 16은 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...압력 챔버
180...실리콘 산화막 200...중간 기판
210...매니폴드 212...격벽
214...댐핑 멤브레인 216...캐비티
217...지지벽 220...리스트릭터
230...댐퍼 300...하부 기판
310...노즐 311...잉크 도입부
312...잉크 토출구
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 토출 시 크로스 토크를 억제할 수 있는 구조를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조 방법에 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, 리스트릭터(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. 그리고, 압력 챔버(4)의 상부벽은 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.
그런데, 종래의 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 상기 유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료로 이루어진 다수의 박판을 각각 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층하여 접합함 으로써 이루어진다. 이와 같이 프린트헤드를 구성하는 박판들의 수가 많은 경우에는, 프린트헤드의 제조 과정에서 박판들을 정렬시키는 공정이 많아지게 되고, 이에 따라 박판들 사이의 정렬 오차도 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 박판들이 서로 다른 재료로써 서로 다른 방법에 의해 제조되므로, 그 제조 공정의 복잡성과 이종 재료간의 접합에 따른 어려움은 제품 수율을 저하시키게 된다. 또한, 다수의 박판들이 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.
본 출원인은 상기한 바와 같은 문제점을 해소할 수 있는 구조를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제안한 바 있다. 도 2와 도 3은 본 출원인의 한국특허공개공보 2003-0050477호에 개시된 잉크젯 프린트헤드를 도시한 것이다.
도 2와 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. 매니폴드(41)의 내부에는 매니폴드(41) 양측에 배열된 압력 챔버(32) 상호간의 크로스 토크(cross-talk)를 방지하기 위한 격벽(44)이 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 2와 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드는 세 개의 실리콘 기판(30, 40, 50)이 적층된 형태로 구성됨으로써, 종래의 잉크젯 프린트헤드에 비해 기판의 수가 줄어 들어 그 제조 공정이 비교적 간단해지고 다수의 기판의 적층 공정에서 발생되는 오정렬의 문제점이 감소하는 장점이 있다.
그런데, 압전 액츄에이터(60)의 구동에 의해 압력 챔버(32) 상부의 진동판(33)이 변형되면, 노즐(51)을 통해 잉크가 토출되고, 이와 동시에 리스트릭터(42)를 통해 매니폴드(41) 쪽으로의 잉크의 역류도 발생하게 된다. 이러한 잉크의 역류에 의해 매니폴드(41) 내부의 압력이 불균일하게 증가하게 된다. 한편, 진동판(33)이 원상태로 복원되면, 매니폴드(41)로부터 리스트릭터(42)를 통한 압력 챔버(32)로의 잉크의 급격한 유동이 발생하여 매니폴드(41) 내부의 압력이 불균일하게 감소 하게 된다. 이와 같은 매니폴드(41) 내부 압력의 급격하고 불균일한 증가와 감소는 인접한 압력 챔버들(32)에도 영향을 미치게 되고, 이에 따라 압력 챔버들(32) 사이의 크로스 토크를 발생시키게 된다. 한편, 매니폴드(41) 내부에 형성된 격벽(44)은 매니폴드(41) 양측에 배열된 압력 챔버(32) 상호 간의 크로스 토크는 방지할 수 있으나, 매니폴드(41)의 일측에 1 열로 배열된 압력 챔버(32) 상호간의 크로스 토크는 방지하지 못한다.
상기한 바와 같이, 잉크 토출 시에 크로스 토크가 발생할 경우에는, 잉크의 토출 속도나 토출되는 액적의 부피에 있어서 편차가 발생하게 되는 문제점이 있다.
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 단일 노즐 구동 시의 잉크 토출 속도와 복수 노즐 동시 구동 시의 잉크 토출 속도 사이의 편차를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 하나의 노즐을 통해 잉크가 토출될 때에는 인접한 노즐들과의 사이에 크로스 토크가 거의 발생하지 않아서, 도 4의 왼쪽에 도시된 바와 같이, 토출되는 잉크 액적은 실선으로 표시된 원하는 위치에 도달된다. 그러나, 잉크가 복수의 노즐을 통해 동시에 토출될 때에는, 상기한 바와 같이 크로스 토크가 발생하여, 도 4의 오른쪽에 도시된 바와 같이, 잉크 액적들이 실선으로 표시된 원하는 위치로부터 벗어나게 된다. 이는, 단일 노즐 구동 시의 잉크 토출 속도와 복수 노즐 동시 구동 시의 잉크 토출 속도 사이에 편차가 발생하였기 때문이다.
상기한 바와 같이, 잉크 토출 시 크로스 토크가 발생하는 경우에는, 균일한 잉크 토출 성능을 얻을 수 없으므로 인쇄 품질이 저하되는 문제점이 발생하게 된 다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 매니폴드의 하부에 매니폴드 내부의 급격한 압력 변화를 완화시키는 댐핑 멤브레인이 마련됨으로써 잉크 토출 시 크로스 토크를 억제할 수 있는 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 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 형성된 상부 기판; 상기 상부 기판의 저면에 접합되는 것으로, 그 상면에는 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터가 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에 다수의 댐퍼가 관통 형성된 중간 기판; 상기 중간 기판의 저면에 접합되는 것으로, 상기 다수의 댐퍼에 대응되는 위치에 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 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 중간 기판에는 상기 매니폴드의 하부에 형성되어 상기 매니폴드 내부의 압력 변화를 완화시키는 댐핑 멤브레인이 마련되고, 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에는 상기 댐핑 멤브레인의 하부에 위치하도록 캐비티가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 댐핑 멤브레인은 실질적으로 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가진 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 캐비티는 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면의 가장자리까지 연장되어 외부와 연통되도록 형성된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭과 실질적으로 동일하거나 상기 매니폴드의 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
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 형성될 수 있으며, 상기 캐비티의 내부에는 그 길이 방향으로 연장된 지지벽이 상기 격벽에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법은,
(가) 실리콘 웨이퍼로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계; (나) 준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크가 도입되는 잉크 인렛과, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버를 형성하는 단계; (다) 준비된 상기 중간 기판을 미세 가공하여, 그 상면에 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리 스트릭터를 형성하고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에 다수의 댐퍼를 관통 형성하는 단계; (라) 준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 형성하는 단계; (마) 상기 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 서로 접합하는 단계; 및 (바) 상기 상부 기판 상에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하며,
상기 (다) 단계와 (라) 단계 중 적어도 하나의 단계에서, 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에 소정 깊이의 캐비티를 형성하면서 상기 매니폴드와 상기 캐비티 사이에 상기 매니폴드 내부의 압력 변화를 완화시키는 소정 두께의 댐핑 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 댐핑 멤브레인은 실질적으로 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 캐비티는 상기 중간 기판과 하부 기판을 이루는 실리콘 웨이퍼들 중 적어도 하나의 가장자리까지 연장되어 외부와 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가지도록 형성되거나 상기 매니폴드의 폭보다 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 중간 기판과 하부 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 중간 기판과 하부 기판 중 적어도 하나에 형성되는 상기 얼라인 마크와 함께 동시에 형성 되는 것이 바람직하다.
상기 (가) 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 준비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 (나) 단계에서, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘층을 식각함으로써 형성될 수 있다.
상기 (라) 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 (마) 단계에서, 상기 세 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접합(SDB) 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 (바) 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 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이고, 도 6은 도 5에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이며, 도 7은 도 6에 표시된 B-B'선을 따른 프린트헤드의 부분 수직 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 세 개의 기판, 즉 상부 기판(100), 중간 기판(200) 및 하부 기판(300)을 접합함으로써 이루어진다. 그리고, 상기 세 개의 기판(100, 200, 300)에는 잉크 유로가 형성되며, 상부 기판(100)의 상면에는 잉크의 토출을 위한 구동력을 발생시키는 압전 액츄에이터(190)가 마련된다.
상기 세 개의 기판(100, 200, 300)은 모두 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 따라서, 포토리소그라피(photolithography)와 식각(etching)과 같은 미세 가공(micromachining) 기술을 이용하여 세 개의 기판(100, 200, 300)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(120)와, 상기 잉크 인렛(110)을 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(120)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(210)와, 상기 매니폴드(210)로부터 각각의 압력 챔버(120)로 잉크를 공급하기 위한 개별 유로인 리스트릭터(220)와, 상기 압력 챔버(120)로부터 잉크가 토출되는 노즐(310)을 포함한다. 그리고, 압력 챔버(120)와 노즐(310) 사이에는 압전 액츄에이터(190)에 의해 압력 챔버(120)에서 발생된 에너지를 노즐(310)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완 충하기 위한 댐퍼(230)가 형성될 수 있다. 이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 상술한 바와 같이 세 개의 기판(100, 200, 300)에 나뉘어져 배치된다.
구체적으로, 상부 기판(100)에는 상기 잉크 인렛(110)과 다수의 압력 챔버(120)가 형성된다. 상기 잉크 인렛(110)은 상부 기판(100)을 수직으로 관통하도록 형성되어 후술하는 중간 기판(200)에 형성되는 매니폴드(210)의 일단부에 연결된다. 한편, 상기 잉크 인렛(110)은 상기 매니폴드(210)의 양단부에 연결되도록 두 개가 형성될 수 있다. 상기 다수의 압력 챔버(120)는 상부 기판(100)의 저면에 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상으로 형성되며, 중간 기판(200)에 형성되는 매니폴드(210)의 양측에 2 열로 배열된다. 한편, 상기 다수의 압력 챔버(120)는 상기 매니폴드(210)의 일측에 1 열로만 배열될 수도 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 100㎛ ~ 250㎛ 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 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가진다. 이와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 이유는 상기 압력 챔버(120)의 깊이를 정확하게 조절할 수 있기 때문이 다. 즉, 상기 압력 챔버(120)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(120)의 깊이도 따라서 정해진다. 또한, 상기 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 제2 실리콘층(103)은 압전 액츄에이터(190)에 의해 휨 변형됨으로써 압력 챔버(120)의 부피를 변화시키는 진동판의 역할을 하게 되는데, 이 진동판의 두께도 제2 실리콘층(103)의 두께에 의해 정해진다.
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(120)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 중간 기판(200)도 반도체 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 대략 200㎛ ~ 300㎛ 정도의 두께를 가진다. 상기 중간 기판(200)에는 상기 잉크 도입구(110)와 연결되는 매니폴드(210)와, 상기 매니폴드(210)와 다수의 압력 챔버(120) 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터(220)가 형성된다. 그리고, 중간 기판(200)에는 다수의 압력 챔버(120) 각가과 후술하는 하부 기판(300)에 형성되는 다수의 노즐(310) 각각을 연결하는 댐퍼(230)가 형성될 수 있다. 또한, 중간 기판(200)에는 상기 매니폴드(210)의 하부에 댐핑 멤브레인(216)이 형성되고, 이 댐핑 멤브레인(216)의 하부에는 캐비티(216)가 형성된다.
구체적으로, 상기 매니폴드(210)는 중간 기판(200)의 상면에 소정 깊이로 형성되며, 일방향으로 길게 연장된 형상을 가진다. 그리고, 상술한 바와 같이, 다수의 압력 챔버(120)가 매니폴드(210)의 양측에 2 열로 배열되는 경우에는, 상기 매니폴드(210)를 좌우로 분리시키는 격벽(212)이 상기 매니폴드(210)의 내부에 그 길이방향으로 길게 형성될 수 있다. 이러한 격벽(212)에 의하면, 상기 매니폴드(210)의 양측에 배열된 압력 챔버(120) 상호간의 크로스 토크(cross-talk)가 효과적으로 방지될 수 있다.
상기 댐핑 멤브레인(214)은 상기 매니폴드(210)의 하부에 형성되어 매니폴드(210) 내부의 급격한 압력 변화를 완화시키는 역할을 한다. 상기 댐핑 멤브레인(214)의 두께는 대략 10㎛ ~ 20㎛ 정도가 바람직하다. 댐핑 멤브레인(214)의 두께가 너무 두꺼우면 쉽게 변형이 되지 못하며, 너무 얇으면 내구성이 떨어지게 된다.
상기 캐비티(216)는 상기 댐핑 멤브레인(216)의 하부에 형성되어 상기 댐핑 멤브레인(214)의 자유로운 변형이 가능하도록 한다. 상기 캐비티(216)는 댐핑 멤브레인(216)의 상부에 형성된 상기 매니폴드(210)의 폭과 실질적으로 동일한 폭으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 캐비티(2160의 내부에는 상기 격벽(212)에 대응되는 지지벽(217)이 형성될 수 있다. 이러한 지지벽(217)은 댐핑 멤브레인(214)을 지지함으로써 댐핑 멤브레인(214)의 과도한 변형으로 인한 파손을 방지한다.
그리고, 상기 댐핑 멤브레인(214)은 중간 기판(200)의 저면에 접합되는 하부 기판(300)에 의해 보호되므로 외부로 노출되지 않는다. 따라서, 상기 댐핑 멤브레인(214)이 외부와 접촉됨으로써 파손되는 문제점이 방지될 수 있다.
또한, 상기 캐비티(216)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 중간 기판(200)의 가장자리까지 연장되어 외부와 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 캐비티(216)가 밀폐되는 경우에는, 그 내부 압력에 의해 댐핑 멤브레인(214)의 자유로운 변형이 방해받을 수 있기 때문이다. 그리고, 상기한 바와 같이 캐비티(216)가 외부와 연통되도록 형성되면, 상기 캐비티(216)를 통해 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합 공정에서 발생하는 가스가 원활하게 외부로 배출될 수 있으므로, 이러한 가스에 의해 중간 기판(200)과 하부 기판(300) 사이의 접합부에 보이 드가 발생되는 것이 억제될 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 제조 방법에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 매니폴드(210)의 하부에 형성된 댐핑 멤브레인(214)이 매니폴드(210) 내부의 급격한 압력 변화를 완화시키게 되고, 이에 따라 잉크 토출 시 매니폴드(210)의 일측에 1 열로 배열된 다수의 압력 챔버(120) 상호간의 크로스 토크를 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 따라서, 다수의 노즐(310)을 통해 균일한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있어서, 인쇄 품질이 향상되는 장점이 있다.
상기 다수의 리스트릭터(220) 각각은 상기 중간 기판(200)의 상면에 소정 깊이, 예컨대 20㎛ ~ 40㎛ 정도의 깊이로 형성되며, 그 일단은 매니폴드(210)에 연결되고 그 타단은 압력 챔버(120)의 일단부에 연결된다. 이러한 리스트릭터(220)는 매니폴드(210)로부터 압력 챔버(120)로 적정 량의 잉크를 공급하는 역할 뿐만 아니라, 잉크가 토출될 때 압력 챔버(120)로부터 매니폴드(210)쪽으로 잉크가 역류하는 것을 억제하는 역할도 하게 된다. 한편, 상기 다수의 리스트릭터(220)는 상기 매니폴드(210)의 깊이와 동일한 깊이로 형성될 수도 있다. 상기 댐퍼(230)는 상기 다수의 압력 챔버(120) 각각의 타단부에 대응되는 위치에서 상기 중간 기판(200)을 수직으로 관통하도록 형성된다.
상기 하부 기판(300)에는 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(310)이 형성된다. 상기 하부 기판(300)도 반도체 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 대략 100㎛ ~ 200㎛ 정도의 두께를 가진다.
상기 다수의 노즐(310) 각각은 상기 댐퍼(230)에 대응하는 위치에 상기 하부 기판(300)을 수직으로 관통하도록 형성된다. 상기 노즐(310)은, 하부 기판(300)의 윗 부분에 형성된 잉크 도입부(311)와, 하부 기판(300)의 아래 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 잉크 토출구(312)로 이루어질 수 있다. 상기 잉크 토출구(312)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상으로 형성될 수 있고, 상기 잉크 도입부(311)는 댐퍼(230)로부터 잉크 토출구(312)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 피라미드 형상으로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 형성된 세 개의 기판(100, 200, 300)은 전술한 바와 같이 적층되어 서로 접합됨으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 구성하게 된다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 내부에는 잉크 인렛(110), 매니폴드(210), 리스트릭터(220), 압력 챔버(120), 댐퍼(230) 및 노즐(310)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시된 캐비티의 변형예들을 도시한 부분 수직 단면도들이다.
먼저 도 8a를 참조하면, 상기 캐비티(216)는 상기 매니폴드(210)의 폭보다 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 캐비티(216)는, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합 공정에서 발생되는 가스를 보다 용이하게 포집하여 배출할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 도 8b를 참조하면, 상기 캐비티(216)는 중간 기판(200)의 저면이 아니라 하부 기판(300)의 상면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 지지 벽(217)도 하부 기판(300)의 상면에 형성된다. 이러한 캐비티(216)는 중간 기판(200)에 매니폴드(210)가 비교적 깊게 형성되고 하부 기판(300)의 두께가 비교적 두꺼운 경우에 바람직하다.
다음으로, 도 8c를 참조하면, 상기 캐비티(216)는 중간 기판(200)의 저면뿐만 아니라 하부 기판(300)의 상면에도 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 지지벽(217)도 중간 기판(200)의 저면과 하부 기판(300)의 상면에 형성된다. 이러한 캐비티(216)는 중간 기판(200)의 저면에 충분한 깊이로 형성될 수 없는 경우에 바람직하다.
상기한 바와 같이, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 두께 및 매니폴드(210)의 깊이에 따라, 중간 기판(200)의 저면과 하부 기판(300)의 상면 중 적어도 일 면에 상기 캐비티(216)가 형성될 수 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(210) 내부로 유입된 잉크는 다수의 리스트릭터(220)를 통해 다수의 압력 챔버(120) 각각의 내부로 공급된다. 상기 압력 챔버(120) 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. 상기 제2 실리콘층(103)의 휨변형에 의해 압력 챔버(120)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(120) 내의 압력 상승에 의해 압력 챔버(120) 내의 잉크는 댐퍼(230)와 노즐(310)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(120)의 부피가 증가하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(120) 내의 압력 감소에 의해 매니폴드(210)로부터 리스트릭터(220)를 통해 압력 챔버(120) 내부로 잉크가 유입된다.
이러한 과정에서, 상기 매니폴드(210) 내부의 압력은 전술한 바와 같이 급격하게 변하게 된다. 그러나, 본 발명에 의하면, 매니폴드(210)의 하부에 댐핑 멤브레인(214)이 마련되고, 이 댐핑 멤브레인(214)이 매니폴드(210) 내부의 급격한 압력 변화를 완화시키는 역할을 하게 된다. 따라서, 잉크 토출 시 크로스 토크가 효과적으로 억제되어 다수의 노즐(310)을 통해 균일한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있으므로, 인쇄 품질이 향상된다.
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 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 각각 제조하고, 이어서 제조된 세 개의 기판을 적층하여 접합한 뒤, 마지막으로 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성함으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 제조하는 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 하부 기판이나 중간 기판이 먼저 제조될 수 도 있으며, 두 개 또는 세 개의 기판이 동시에 제조될 수도 있다. 다만, 설명의 편의상 아래에서는 상부 기판, 중간 기판, 하부 기판의 순서로 그 각각의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 9a 내지 도 9d는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판의 상면과 저면에 얼라인 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a을 참조하면, 본 실시예에서 상부 기판(100)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 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 5의 120)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 실리콘층(101)과, 대략 2㎛ 정도의 두께를 가진 중간 산화막(102)과, 대략 10㎛ ~ 20㎛ 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, 제1 실리콘층(101)은 압력 챔버(120)의 깊이에 따라 적절한 두께, 예컨대 대략 100㎛ ~ 250㎛ 정도의 두께로 감소될 수 있다. 그리고, 상부 기판(100)의 크리닝에는 아세톤과 이소프로 필 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 산화막(151a, 151b)이 형성된다.
다음에, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(151a)의 표면에 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 BOE를 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 포토레지스트(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.
다음으로, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같은 방법으로 상부 기판(100)의 저면 가장자리 부근에도 얼라인 마크(142)를 형성한다.
이로써, 상면과 저면 가장자리 부근에 얼라인 마크(141, 142)가 형성된 상태의 상부 기판(100)이 준비된다.
한편, 상부 기판(100)의 저면에 얼라인 마크(142)를 형성하는 공정은 후술하는 압력 챔버 형성 공정과 동시에 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 얼라인 마크(142)는 압력 챔버(120)의 깊이와 동일한 깊이로 형성된다.
도 10a 내지 도 10d는 상부 기판에 압력 챔버와 잉크 인렛을 형성하는 단계 를 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 압력 챔버(120)를 형성하기 위한 개구부(128)와 잉크 인렛(도 5의 110)을 형성하기 위한 개구부(미도시)를 형성한다.
다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(128)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151b)을 포토레지스트(PR2)를 식각 마스크로 하여 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법 또는 BOE를 사용한 습식 식각 방법에 식각함으로써, 상부 기판(100)의 저면을 부분적으로 노출시킨다.
다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(PR2)를 식각 마스크로 하여 노출된 부위의 상부 기판(100)을 소정 깊이로 식각하여 압력 챔버(120)를 형성한다. 이 때, 잉크 인렛(110)의 일부도 함께 형성된다. 그리고, 상부 기판(100)에 대한 식각은 유도결합 플라즈마(ICP)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
그리고, 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, 이 단계에서는 제1 실리콘층(101)만 식각된다. 따라서, 제1 실리콘층(101)의 두께를 조절하게 되면 압력 챔버(120)를 원하는 깊이로 정확하게 맞출 수 있게 된다. 여기에서, 제1 실리콘층(101)의 두께는 전술한 바와 같이 상부 기판(100)에 대 한 화학적-기계적 연마 공정에서 쉽게 조절할 수 있다. 한편, 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 제2 실리콘층(103)은 전술한 바와 같이 진동판의 역할을 하게 되는데, 그 두께도 마찬가지로 화학적-기계적 연마 공정에서 쉽게 조절될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트(PR2)를 전술한 방법에 의해 제거하면, 도 10d에 도시된 바와 같이, 그 저면에 압력 챔버(120)와 잉크 인렛(110)이 형성된 상부 기판(100)이 완성된다. 상기 잉크 인렛(110)은 후술하는 바와 같이 마지막 공정에서 상부 기판(100)을 수직으로 관통하도록 후가공된다.
한편, 위에서는 포토레지스트(PR2)를 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 건식 식각한 후 포토레지스트(PR2)를 제거하는 것으로 도시되고 설명되었으나, 포토레지스트(PR2)를 먼저 제거한 다음에 실리콘 산화막(151b)을 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 식각할 수도 있다.
도 11a 내지 도 11j는 중간 기판에 리스트릭터, 매니폴드 및 댐퍼를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a을 참조하면, 중간 기판(200)도 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 먼저, 실리콘 웨이퍼를 화학적-기계적 연마함으로써 대략 200㎛ ~ 300㎛ 정도의 두께를 가진 중간 기판(200)을 준비한다. 상기 중간 기판(200)의 두께는 그 상면에 형성되는 매니폴드(도 5의 210)의 깊이에 따라 적절하게 정해질 수 있다.
준비된 중간 기판(200)을 습식 및 건식 산화시키면, 중간 기판(200)의 상면과 저면에는 대략 5,000Å ~ 15,000Å 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막(251a, 251b)이 형성된다.
다음에, 도11b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(251a)의 표면에 포토레지스트(PR3)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR3)를 패터닝함으로써 중간 기판(200)의 상면에 리스트릭터(도 5의 220)를 형성하기 위한 개구부(228)와 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(248)를 함께 형성한다. 한편, 얼라인 마크는 리스트릭터(220)를 형성하기 전에 미리 형성될 수도 있으나, 후술하는 바와 같이 얼라인 마크와 리스트릭터(220)를 동시에 형성하면, 제조 공정이 단축되는 장점이 있다.
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(PR3)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부들(228, 248)을 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 식각하고, 이어서 중간 기판(200)을 소정 깊이, 예컨대 대략 20㎛ ~ 40㎛ 깊이로 식각함으로써 리스트릭터(220)와 얼라인 마크(241)를 형성한다. 이 때, 상기 실리콘 산화막(251a)과 중간 기판(200)에 대한 식각은 전술한 바와 같은 건식 식각 방법이나 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트(PR3)를 전술한 방법에 의해 제거한다. 한편, 포토레지스트(PR3)는 실리콘 산화막(251a)을 식각한 후에 제거될 수도 있으며, 이 경우 실리콘 산화막(251a)을 식각 마스크로 하여 중간 기판(200)을 식각하게 된다.
다음으로, 도 11d에 도시된 바와 같이, 상기 중간 기판(200)을 전술한 크리 닝 방법을 사용하여 크리닝한 후, 크리닝된 중간 기판(200)을 습식 및 건식 산화시켜 중간 기판(200)의 상면과 저면에 실리콘 산화막(251a, 251b)을 다시 형성한다. 그러면, 리스트릭터(220)의 내면과 얼라인 마크(241)의 내면에도 실리콘 산화막(251a, 251b)이 형성된다.
다음으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200) 상면의 실리콘 산화막(251a) 표면에 다시 포토레지스트(PR4)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR4)를 패터닝함으로써 중간 기판(200)의 상면에 매니폴드(210)를 형성하기 위한 개구부(218)를 형성한다. 그리고, 매니폴드(210)의 내부에 격벽(도 5의 212)을 형성할 경우에는, 격벽(212)이 형성될 부위에 포토레지스트(PR4)를 잔존시킨다.
이어서, 도 11f에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(218)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 포토레지스트(PR4)를 식각 마스크로 하여 전술한 바와 같은 건식 식각 방법 또는 습식 식각 방법으로 식각함으로써, 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트(PR4)를 전술한 방법에 의해 제거한다.
다음으로, 도 11g에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200) 상면의 실리콘 산화막(251a) 표면에 다시 포토레지스트(PR5)를 도포한다. 이 때, 중간 기판(200)의 상면 중 노출된 부위도 포토레지스트(PR5)에 의해 덮여진다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR5)를 패터닝함으로써 중간 기판(200)의 상면에 댐퍼(도 5의 230)를 형성하기 위한 개구부(238)를 형성한다.
다음으로, 도 11h에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(238)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 포토레지스트(PR5)를 식각 마스크로 하여 전술한 바와 같은 건식 식각 방법 또는 습식 식각 방법으로 식각함으로써, 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 노출된 부위의 중간 기판(200)의 상면을 포토레지스트(PR5)를 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 식각하여 댐퍼(230)의 일부를 형성한다. 이 때, 식각 깊이는 중간 기판(200)의 두께와 매니폴드(210)의 깊이 차이에 따라 정해진다. 상기 중간 기판(200)에 대한 식각은 유도결합 플라즈마(ICP)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트(PR5)를 전술한 방법에 의해 제거하여, 도 11i에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면 중 매니폴드(210)가 형성될 부위를 다시 노출시킨다.
다음으로, 도 11j를 참조하면, 중간 기판(200)의 상면 중 노출된 부위와 댐퍼(230)의 저면을 실리콘 산화막(251a)을 식각 마스크로 하여 식각함으로써, 매니폴드(210)와 댐퍼(230)를 형성한다. 이 때, 댐퍼(230)는 중간 기판(200)을 수직으로 관통하여 형성되고, 매니폴드(210)는 중간 기판(200)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성되며, 매니폴드(210)의 내부에는 이를 좌우로 분리시키는 격벽(212)이 형성된다. 상기 중간 기판(200)에 대한 식각도 유도결합 플라즈마(ICP)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 중간 기판에 댐핑 멤브레인과 캐비티를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12a를 참조하면, 중간 기판(200)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(251b)의 표면에 포토레지스트(PR6)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR6)를 패터닝함으로써 중간 기판(200)의 저면에 캐비티(도 5의 216)를 형성하기 위한 개구부(229)와 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부(249)를 함께 형성한다. 이 때, 캐비티(216)의 내부에 지지벽(도 5의 217)을 형성할 경우에는, 지지벽(217)이 형성될 부위에 포토레지스트(PR6)를 잔존시킨다.
다음으로, 도 12b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(PR6)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부들(229, 249)을 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251b)을 식각하고, 이어서 중간 기판(200)의 저면을 소정 깊이로 식각함으로써 캐비티(216)와 얼라인 마크(242)를 형성한다. 그러면, 상기 매니폴드(210)와 캐비티(214) 사이에 댐핑 멤브레인(214)이 형성되고, 캐비티(216)의 내부에는 지지벽(217)이 형성된다. 이 때, 식각 깊이는 매니폴드(210)의 하부에 대략 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가진 댐핑 멤브레인(214)이 형성될 수 있는 정도로 한다. 상기 실리콘 산화막(251b)에 대한 식각은 전술한 바와 같은 건식 식각 방법이나 습식 식각 방법에 의해 수행될 수 있으며, 중간 기판(200)에 대한 식각은 전술한 바와 같은 건식 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트(PR6)를 전술한 방법에 의해 제거한다. 한편, 포 토레지스트(PR6)는 실리콘 산화막(251b)을 식각한 후에 제거될 수도 있으며, 이 경우 실리콘 산화막(251b)을 식각 마스크로 하여 중간 기판(200)을 식각하게 된다.
다음으로, 중간 기판(200)의 표면에 잔존된 실리콘 산화막(251a, 251b)을 습식 식각에 의해 제거하면, 도 12c에 도시된 바와 같이, 댐핑 멤브레인(214)과 캐비티(216)가 형성된 중간 기판(200)이 완성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 캐비티(216)와 댐핑 멤브레인(214)은 중간 기판(200)의 저면에 형성되는 얼라인 마크(242)와 함께 동시에 형성될 수 있으므로, 캐비티(216)와 댐핑 멤브레인(214)을 형성하기 위한 별도의 추가적인 공정이 필요 없는 장점이 있다.
한편, 상기한 중간 기판(200)의 저면에 댐핑 멤브레인(214)과 캐비티(216)를 형성하는 단계는, 중간 기판(200)의 상면에 리스트릭터(220), 매니폴드(210) 및 댐퍼(230)를 형성하는 단계 보다 먼저 실시될 수도 있다.
그리고, 상기 캐비티(216)는, 도 6에 도시된 바와 같이 매니폴드(210)의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가지도록 형성될 수 있으나, 도 8a에 도시된 바와 같이 매니폴드(210)의 폭보다 넓은 폭을 가지도록 형성될 수도 있다.
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 캐비티(216)는 하부 기판(300)의 상면에 소정 깊이로 형성될 수도 있다. 이 경우, 캐비티(216)는, 도 14a의 단계에서, 하부 기판(300)의 상면에 형성되는 얼라인 마크(341)와 함께 동시에 형성될 수 있다.
또한, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(216)는 중간 기판(200)의 저 면뿐만 아니라 하부 기판(300)의 상면에도 형성될 수 있다.
도 13은 도 12a 내지 도 12c의 단계에서 중간 기판의 저면에 형성된 캐비티를 보여주는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 실리콘 웨이퍼 상에 다수의 칩 상태로 제조된다. 이에 따라, 도 12a 내지 도 12c의 단계에서, 상기 캐비티(216)는 중간 기판(200)을 이루는 실리콘 웨이퍼의 가장자리까지 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합 공정에서 발생하는 가스가 상기 캐비티(216)를 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있기 때문이다. 이에 대해서는, 후술하는 접합 공정에서 상세하게 설명하기로 한다.
도 14a 내지 도 14g는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14a을 참조하면, 본 실시예에서 하부 기판(300)도 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 먼저, 실리콘 웨이퍼를 화학적-기계적 연마함으로써 대략 100㎛ ~ 200㎛ 정도의 두께를 가진 하부 기판(300)을 준비한다.
준비된 하부 기판(300)을 습식 및 건식 산화시키면, 하부 기판(300)의 상면과 저면에는 대략 5,000Å ~ 15,000Å 정도의 두께를 가진 실리콘 산화막(351a, 351b)이 형성된다. 그리고, 하부 기판(300)의 상면과 저면 각각의 가장자리 부근에 얼라인 마크(341, 342)를 형성할 수 있다. 상기 얼라인 마크(341, 342)는 전술한 도 9a 내지 도 9d에 도시된 방법과 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 14b에 도시된 바와 같이, 하부 기판(300) 상면의 실리콘 산화 막(351a) 표면에 포토레지스트(PR7)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR7)를 패터닝함으로써 하부 기판(300)의 상면에 노즐(도 5의 310)의 잉크 도입부(도 5의 311)를 형성하기 위한 개구부(318)를 형성한다.
다음으로, 도 14c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(PR7)를 식각 마스크로 하여 상기 개구부(318)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(351a)을 식각함으로써 하부 기판(300)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이 때, 실리콘 산화막(351a)에 대한 식각은 전술한 바와 같은 건식 식각 방법이나 습식 식각 방법에 의해 이루어질 수 있다. 이어서, 포토레지스트(PR7)를 제거한 뒤, 하부 기판(300)을 황산과 BOE 등을 사용하는 산 크리닝 방법으로 크리닝한다.
다음으로, 도 14d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 하부 기판(300)을 실리콘 산화막(351a)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 식각함으로써, 노즐의 잉크 도입부(311)를 형성한다. 이 때, 하부 기판(300)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(300) 내부의 결정면에 따른 이방성 습식 식각 특성에 의해 피라미드 형태의 잉크 도입부(311)가 형성될 수 있다.
다음에는, 도 14e에 도시된 바와 같이, 하부 기판(300)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(351b) 표면에 포토레지스트(PR8)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지 스트(PR8)를 패터닝하여 하부 기판(300)의 저면에 노즐의 잉크 토출구(도 5의 312)를 형성하기 위한 개구부(319)를 형성한다.
다음으로, 도 14f에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(319)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(351b)을 포토레지스트(PR8)를 식각 마스크로 하여 습식 식각 또는 건식 식각하여 제거함으로써 하부 기판(300)의 저면을 부분적으로 노출시킨 후, 상기 포토레지스트(PR8)를 제거한다.
다음에는, 도 14g에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(351b)을 식각 마스크로 하여 노출된 부위의 하부 기판(300)을 관통되도록 식각함으로써, 잉크 도입부(311)와 연통되는 잉크 토출구(312)를 형성한다. 이 때, 하부 기판(300)의 식각은 ICP RIE 방법을 이용한 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.
이로써, 잉크 도입부(311)와 잉크 토출구(312)로 이루어진 노즐(310)이 관통 형성된 하부 기판(300)이 완성된다.
도 15는 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 전술한 단계들을 거쳐 준비된 하부 기판(300), 중간 기판(200) 및 상부 기판(100)을 순차 적층하고, 이들을 서로 접합시킨다. 이 때, 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에 형성된 얼라인 마크(141, 142, 241, 242, 341, 342)를 이용하면 정렬 정밀도가 높아질 수 있다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 사이의 접합은 잘 알려져 있는 실리콘 직접 접합(SDB: Silicon Direct Bonding) 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 실리콘 직접 접합 방법은 일반적으로 다음의 단계들을 거치게 된다. 먼저, 접합될 실리콘 웨이퍼들을 클리닝한다. 그러면, 실리콘 웨이퍼들 각각의 접합면에는 OH-, H+, H2O, H2 및 O2 등과 같은 이온들과 분자들로 이루어진 얇은 막이 형성된다. 이어서, 실리콘 웨이퍼들을 서로 밀착시키면, 상기한 이온들과 분자들 사이의 반 데르 발스의 힘(Van der Waals's force)에 의해 실리콘 웨이퍼들은 가접합된다. 다음으로, 밀착된 상태의 실리콘 웨이퍼들을 열처리로에 넣고, 대략 1000℃ 정도로 가열하면, 실리콘 웨이퍼들의 원자들 사이의 상호 확산에 의해 실리콘 웨이퍼들이 서로 강하게 결합되는 것이다. 이 때, 상기한 열처리 단계에서는 실리콘 웨이퍼들 사이에 존재하는 상기 이온들과 분자들에 의해 가스가 생성된다.
그러나, 본 발명에 있어서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(216)가 중간 기판(200)을 이루는 실리콘 웨이퍼의 가장자리까지 연장되도록 형성되어 있으므로, 상기한 바와 같이 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합 공정에서 발생하는 가스가 상기 캐비티(216)를 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 이러한 가스에 의해 중간 기판(200)과 하부 기판(300)의 접합부에 보이드가 발생되는 것이 방지되거나 최소화될 수 있는 것이다.
도 16은 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16을 참조하면, 하부 기판(100), 중간 기판(200) 및 상부 기판(300)을 순 차 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)함으로써 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(120)의 상부에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 소정 시간 동안 건조시켜 압전막(192)을 형성한다. 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 10a 내지 도 10d에 도시된 단계에서 상부 기판(100)의 저면에 압력 챔버(120)와 함께 소정 깊이로 형성된 잉크 인렛(도 5의 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 프린트헤드의 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 의하면, 매니폴드의 하부에 매니폴드 내부의 급격한 압력 변화를 완화시키는 댐핑 멤브레인이 마련됨으로써 잉크 토출 시 크로스 토크를 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서, 다수의 노즐을 통해 균일한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있어서, 인쇄 품질이 향상되는 장점이 있다.
그리고, 상기 댐핑 멤브레인은 하부 기판에 의해 보호되어 외부로 노출되지 않으므로, 외부와의 접촉에 의한 댐핑 멤브레인의 파손이 방지될 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 댐핑 멤브레인의 하부에 형성된 캐비티를 통해 기판들의 접합 공정에서 발생하는 가스가 원활하게 외부로 배출될 수 있으므로, 이러한 가스에 의해 기판들 사이의 접합부에 보이드가 발생되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 이러한 보이드에 의한 불량율이 낮아져 수율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기 댐핑 멤브레인과 캐비티는 중간 기판의 저면에 형성되는 얼라인 마크와 함께 동시에 형성될 수 있으므로, 댐핑 멤브레인과 캐비티를 형성하기 위한 별도의 추가적인 공정이 필요 없는 장점이 있다.

Claims (27)

  1. 잉크가 도입되는 잉크 인렛이 관통 형성되고, 그 저면에는 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 형성된 상부 기판;
    상기 상부 기판의 저면에 접합되는 것으로, 그 상면에는 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터가 형성되고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에 다수의 댐퍼가 관통 형성된 중간 기판;
    상기 중간 기판의 저면에 접합되는 것으로, 상기 다수의 댐퍼에 대응되는 위치에 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 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 중간 기판에는 상기 매니폴드의 하부에 형성되어 상기 매니폴드 내부의 압력 변화를 완화시키는 댐핑 멤브레인이 마련되고,
    상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에는 상기 댐핑 멤브레인의 하부에 위치하도록 캐비티가 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 댐핑 멤브레인은 실질적으로 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면의 가장자리까지 연장되어 외부와 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭보다 넓은 폭을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 기판은 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 실리콘층에 상기 다수의 압력 챔버가 형성되며, 상기 제2 실리콘층이 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의해 휨변형되는 진동판으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 1항 내지 제 5항 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.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 격벽이 형성된 것을 특징 으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 캐비티의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 지지벽이 상기 격벽에 대응되도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 1항 내지 제 5항 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.
  12. 제 1항 내지 제 5항 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. (가) 실리콘 웨이퍼로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;
    (나) 준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크가 도입되는 잉크 인렛 과, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버를 형성하는 단계;
    (다) 준비된 상기 중간 기판을 미세 가공하여, 그 상면에 상기 잉크 인렛과 연결되는 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터를 형성하고, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 대응되는 위치에 다수의 댐퍼를 관통 형성하는 단계;
    (라) 준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 형성하는 단계;
    (마) 상기 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 서로 접합하는 단계; 및
    (바) 상기 상부 기판 상에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 (다) 단계와 (라) 단계 중 적어도 하나의 단계에서, 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에 소정 깊이의 캐비티를 형성하면서 상기 매니폴드와 상기 캐비티 사이에 상기 매니폴드 내부의 압력 변화를 완화시키는 소정 두께의 댐핑 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 댐핑 멤브레인은 실질적으로 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 중간 기판과 하부 기판을 이루는 실리콘 웨이퍼들 중 적어도 하나의 가장자리까지 연장되어 외부와 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 매니폴드의 폭보다 넓은 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  18. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 기판과 하부 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용되는 얼라인 마크가 형성되며,
    상기 캐비티는 상기 중간 기판과 하부 기판 중 적어도 하나에 형성되는 상기 얼라인 마크와 함께 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 실리콘 산화막 상에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 패터닝하여 상기 캐비티와 얼라인 마크를 형성하기 위한 개구부들을 형성하는 단계와,
    상기 개구부들을 통해 노출된 상기 실리콘 산화막을 식각하는 단계와,
    상기 식각에 의해 노출된 상기 적어도 일 면을 소정 깊이로 식각하여 상기 캐비티와 얼라인 마크를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  20. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (다) 단계에서, 상기 매니폴드는 일방향으로 길게 형성되고,
    상기 (나) 단계에서, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 (다) 단계에서, 상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 격벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 캐비티를 형성할 때, 상기 캐비티의 내부에 그 길이 방향으로 연장된 지지벽을 상기 격벽에 대응되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  23. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (가) 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘층과, 중간 산화막과, 제2 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 준비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘층을 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  25. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (라) 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 압 전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  26. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (마) 단계에서, 상기 세 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접합(SDB) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법.
  27. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (바) 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.
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