KR20070092145A

KR20070092145A - 잉크 제트 헤드용 규소 기판, 이 기판을 제조하는 방법,잉크 제트 헤드, 및 이 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20070092145A
Application number: KR1020070022312A
Authority: KR
Inventors: 도시야스 사까이; 슈우지 고야마; 겐지 오노; 쥰 야마무로
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2007-09-12
Also published as: US7824560B2; US20070212890A1; US20110102511A1; CN101032885B; US8057017B2; CN101032885A; KR100944283B1; USRE44945E1; TW200800622A; TWI318933B

Abstract

본 발명에 따르면, 규소 기판 내에 잉크 공급구를 형성하는 것을 포함하는 잉크 제트 헤드용 기판을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 기판의 일 측면 상에 잉크 공급구에 대응하는 위치에 개방구를 갖는 에칭 마스크층을 형성하는 단계와, 에칭 마스크층의 개방구를 관통하여 개방구의 길이 방향에 적어도 2열의 미관통 구멍을 형성하는 단계와, 개구부에서 기판을 결정 이방성 에칭함으로써 잉크 공급구를 형성하는 단계를 포함한다.

잉크 제트 헤드 칩, 헤드 기판, 기판의 제조 방법, 잉크 제트 헤드, 측면 슈터 헤드

Description

잉크 제트 헤드용 규소 기판, 이 기판을 제조하는 방법, 잉크 제트 헤드, 및 이 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법 {SILICON SUBSTRATE FOR INK JET HEAD, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME SUBSTRATE, INK JET HEAD, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME INK JET HEAD}

도1은 본 발명의 바람직한 실시예 중 하나에서 잉크 제트 기록 헤드 칩의 일부에 대한 사시도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에서 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법이 적용될 수 있는 통상적인 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서에 대한 단면도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에서 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법의 (a) 내지 (d) 단계를 도시하는 단면도.

도4는 공통 잉크 이송 채널의 길이 방향에 평행한 공통 잉크 이송 채널을 형성하기 위한 선단 구멍의 하나의 열만을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도.

도5a는 도3에 도시된 단계(a) 내지 단계(d)를 포함하는 제1 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법의 단계(a) 내지 단계(d)를 도시하는 단면도.

도5b는 도3에 도시된 단계(a) 내지 단계(d)를 포함하는 제1 실시예의 잉크 제트 기록 제조 방법의 단계(e) 내지 단계(h)를 도시하는 단면도.

도6은 도5에 도시된 단계(f)에서 선단 구멍의 형성 직후 기판의 후방 측면에 대한 평면도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에서 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도.

도8은 선단 구멍을 형성하지 않는 종래의 기술에 따른 제조 방법을 이용하여 형성된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도.

도9는 기판이 수직 단면에서 정점의 위치가 다른 다수의 공통 잉크 이송 채널을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도.

도10a는 도9에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩을 생산하기 위한 본 발명의 제2 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법에서 단계(a) 내지 단계(d)를 도시하는 개략도.

도10b는 도9에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩을 생산하기 위한 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법에서 단계(e) 내지 단계(h)를 도시하는 개략도.

도11은 도10a의 (b)에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서의 후방 측면에 대한 평면도.

도12는 도10b에 도시된 제조 방법 중 단계(f)에서 형성된 선단 구멍을 도시하는 도10b의 (f)에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서의 후방 측면에 대한 평면도.

도13은 선단 구멍을 형성하는 순서도.

도14는 선단 구멍의 다른 예시도.

도15는 선단 구멍의 추가 예시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 규소 기판

3: 에너지 발생 소자

4: 에칭 정지층

6: 이산화 규소 필름

8: 바닥면 마스크

14: 잉크 토출 구멍

16: 잉크 이송 채널

20: 파일럿 구멍

[문헌1] 미국 특허 제6,143,190호

[문헌2] 미국 특허 제6,107,209호

[문헌3] 미국 특허 제6,805,432호

본 발명은 잉크를 토출하여 기록 매체 상에 기록하는 잉크 제트 기록 헤드 칩에 대한 제조 방법과, 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에 관한 것이다.

잉크 토출 압력을 발생시키기 위한 소자의 상방으로 잉크를 토출하는 형식의 잉크 제트 헤드는 이미 공지된 바 있다(이하, 이러한 형태의 잉크 제트 헤드는 측면 슈터 헤드라 칭함). 이러한 형태의 잉크 제트 헤드는 기판과, 기판의 1차 표면 상에 있는 잉크 토출 에너지 발생부를 구비한다. 잉크 토출 에너지 발생부는 기판의 대향 표면인 후방 측면으로부터, 즉, 관통 구멍을 통해 잉크 토출 에너지 발생부를 가지는 표면으로부터 잉크가 공급된다.

이러한 형태의 잉크 제트 헤드의 한가지 제조 방법이 미국 특허 제6,143,190호에 개시되어 있다. 특히, 상기 특허는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 형성과, 직경이 균일하지 않은 전술된 관통 구멍(공통 잉크 이송 채널)의 형성을 방지하는 하기 단계로 구성되는 잉크 제트 헤드 제조 방법을 개시하는데, 상기 방법은

(a) 관통 구멍의 위치에 대응하는 기판의 표면의 영역 상에서 선택된 영역에 걸쳐 에칭될 수 있는 희생층을 형성하는 단계와,

(b) 희생층을 덮는 방식으로 형성되며 에칭에 저항성이 있는 패시베이션층을 형성하는 단계와,

(c) 기판의 후방면 상에서 제 위치에 희생층의 스트립에 대응하는 구멍을 갖는 에칭 마스크층을 형성하는 단계와,

(d) 희생층의 스트립이 노출될 때까지 개구를 통해 기판을 (결정 정점에 대해) 이방성 에칭하는 단계와,

(e) 기판을 에칭하는 단계를 통해 노출된 측면으로부터 희생층의 스트립을 에칭하는 단계와,

(f) 관통 구멍에 대응하는 패시베이션층의 부분을 제거하여 관통 구멍을 완성하는 단계를 포함한다.

미국 특허 제6,107,209호는 표면 방위 인덱스가 100인 규소(규소로 형성된 기판)를 이방성 에칭하기 위한 방법을 개시한다. 이러한 이방성 에칭 방법은 규소 기판을 에칭하기 전에, 에칭으로 인한 각각의 공동(공통 잉크 이송 채널)의 단면이 "< >"형상이 되도록 규소 기판을 열처리하는 것을 특징으로 한다.

미국 특허 제6,805,432호는 잉크 제트 기록 헤드의 다른 제조 방법을 개시한다. 이 방법에 따르면, 규소 기판은 기판의 후방면에 마스크가 놓인 상태에서 건식 에칭된 다음, 기판은 동일한 마스크를 이용하여 이방성 에칭된다. 이러한 제조 방법도 단면이 "< >"으로 형성된 공통 잉크 이송 채널에 영향을 줄 수 있다.

"< >"형상의 단면을 가지는 공동(공통 잉크 이송 채널)을 형성하는 이러한 방법은 종래의 기술에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법을 이용하여 제조된 잉크 제트 기록 헤드보다 기판이 실질적으로 작고, 더 상세히는 실질적으로 더 좁은 잉크 제트 기록 헤드를 제조할 수 있는 이점이 있다. 잉크 제트 기록 헤드 분야, 특히 기판이 컬러가 다른 다수의 잉크를 전달하기 위한 다수의 공통 잉크 이송 채널이 하나씩 구비된 다중 컬러 기록 헤드를 채용하는 잉크 제트 기록 장치 분야에서, 기판이 전술된 방법을 이용하여 제조된 잉크 제트 기록 헤드 칩보다 더 작은 잉크 제트 기록 헤드 칩을 제조하는 것이 바람직하다.

그러나, 미국 특허 제6,107,209호에 개시된 방법은 기판의 바닥면으로부터 공통 잉크 이송 채널의 "< >" 형상의 단면의 정점까지 거리에 대해서 제한적이다. 또한, 이러한 방법이 이용될 경우, 각각의 공통 잉크 이송 채널이 마무리될 단면 형상은 규소 기판의 산소 농도에 의해 영향을 받아, 잉크 제트 기록 헤드 칩을 안정적으로(정밀하게) 대량 생산하기 어려워진다.

반면에, 미국 특허 제6,805,432호에 개시된 방법에서, 건식 에칭에 사용되는 마스크도 습식 에칭에 이용된다. 그러므로, 이 방법이 사용되는 경우, 공통 잉크 이송 채널의 폭은 기판의 후방면 상의 마스크의 구멍의 개구의 폭과, 기판이 건식 에칭되는 깊이에 의해 결정된다. 그러므로, 개구가 좁은, 즉 소위 좁은 공통 잉크 이송 채널인 공통 잉크 이송 채널을 형성하기 위해, 기판이 건식 에칭되는 깊이를 증가시킬 필요가 있다. 그러므로, 이러한 방법은 습식 에칭보다 건식 에칭으로 규소 기판에 구멍을 만드는 시간이 더 소요되기 때문에 제조 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.

그러므로, 본 발명의 1차 목적은 종래 기술을 따른 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법보다 더 높은 정밀도로 잉크 제트 기록 헤드 칩을 더 안정적으로 대량 생산하기 위한 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법을 제공하는 것이다. 더 상세히는, 본 발명의 1차 목적은 종래의 방법과 비교하여 실질적으로 더 높은 정밀도와 더 짧은 시간에 종래의 잉크 제트 기록 헤드 팁 제조 방법을 이용하여 제조된 잉크 제트 기록 헤드 칩보다 실질적으로 더 좁은 공통 잉크 이송 채널을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩을 제조하는 것이다.

본 발명의 일 태양을 따라, 규소 기판에 잉크 공급구의 형성을 포함하여 잉크 제트 헤드를 위한 기판을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 기판의 일 측면에 잉크 공급구 대응 위치에서 개구를 갖는 에칭 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 개구의 길이 방향으로 적어도 두 개의 열로 상기 에칭 마스크층의 상기 개구를 통해 관통되지 않은 구멍을 형성하는 단계와, 상기 개구에서 상기 기판을 결정 이방성 에칭하여 상기 잉크 공급구를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 실질적으로 높은 효율로 잉크 제트 기록 헤드 칩을 안정적으로 대량 생산하는 것이 가능하다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴 볼 때 더욱 명백하다.

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고로 설명될 것이다.

잉크 제트 기록 헤드 칩용 기판을 처리하는 방법에 관한 본 발명의 특징은 공통 잉크 이송 채널(이하, 선단 구멍으로 칭함)을 형성하기 위한 블라인드 선단 구멍이 레이저에 의해 형성된 후에 기판이 이방성 에칭된다. 이러한 특징은 본 발명의 이하 바람직한 실시예에서 상세히 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 이러한 실시예의 잉크 제트 기록 헤드의 일부를 도시한다.

잉크 제트 기록 헤드(액체 토출 헤드)는 2열의 잉크 토출 에너지를 발생시키는 소자(3)(이하 에너지 발생 소자라 함)를 갖는 규소 기판(1)을 갖고 있다. 각각의 열에서 에너지 발생 소자는 소정의 피치로 정렬되어 있다. 규소 기판(1) 위에는 밀착층인 폴리에테르 아미드층(도시 생략)이 형성되어 있다. 잉크 토출 구멍(14; 액체 토출 구멍)이 형성된 층인 감광 수지층(9)이 규소 기판(1)(밀착층)에 위치되어 있다. 잉크 토출 구멍(14)은 에너지 발생 소자(3) 위에 하나씩 위치되어 있다. 이러한 감광층(9)은 공통 잉크 이송 채널(16; 액체 이송 구멍)에서부터 잉 크 토출 구멍(14)까지 이어진 각각의 잉크 통로의 상부벽 역할도 한다. 전술된 2열의 에너지 발생 소자(3)에 수직한 방향으로, 규소 기판(1)을 이방성 에칭하여 형성된 공통 잉크 이송 채널(16; 액체 이송 구멍)이 2열의 에너지 발생 소자(3) 사이에 있다. 선택된 발생 소자(3)에 의해 발생된 에너지가 공통 잉크 이송 채널(16)로부터 공급된 대응하는 잉크 통로에서 잉크의 본체에 인가됨에 따라, 잉크는 대응 잉크 토출 구멍(14)으로부터 액적(액적들)의 형태로 토출되어, 기록지에 부착되고, 기록 매체 상에 화상을 형성하게 된다.

이러한 잉크 제트 기록 헤드는 예를 들어 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖춘 팩시밀리, 인쇄부를 갖춘 워드 프로세서, 프린터 부분을 포함한 산업용 기록 장치 및 다양한 처리 장치 등 잉크 제트 기록 헤드(잉크 제트 기록 헤드들)를 채용하는 다양한 기록 장치에 사용 가능하다. 이러한 잉크 제트 기록 헤드는 종이, 실, 섬유, 피혁, 금속, 플라스틱, 유리, 나무, 세라믹 등 다양한 기록 매체에 기록을 할 수 있다. 본 발명의 설명에서 "기록(recording)"이란 문자나 특정 도형의 의미를 갖는 화상을 기록 매체에 부여하는 것 뿐만 아니라, 의미 없는 패턴을 기록 매체에 부여하는 것도 의미한다.

(파일럿 구멍을 이용하는 이방성 에칭 방법의 특징)

본 실시예의 제조 방법에 따라, 파일럿 구멍(20)이 레이저에 의해 소정 패턴 및 소정 피치로 형성된 후에 기판이 이방성 에칭된다. 따라서, 이러한 제조 방법은 단면이 "< >" 형상인 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하는 방법으로서 더 안정적이다. 이러한 방법으로 인해 단면이 "< >" 형상인 공통 잉크 이송 채널(16)을 더 쉽게 형성할 수 있다. 공통 잉크 이송 채널(16)이 "< >" 형상이라는 것은 기판의 폭 방향으로 기판(1)의 후면의 개구에서부터 기판(1)의 소정 깊이까지 점차로 증가하며, 그 깊이에서 최대가 되어 기판(1)의 전면의 개구를 향해 점차로 감소한다는 것을 의미한다. 즉, 공통 잉크 이송 채널(16)의 단면에 있어서, 전술된 소정의 깊이는 공통 잉크 이송 채널(16)의 단면의 정점(피크)에 대응한다.

도2는 본 실시예에서 제조 방법이 적용되는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 기판의 단면도이다. 도2는 도1의 A-A선의 평면과 동일하고 기판에 수직인 평면에서 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면을 도시한다. 도2에는 도면부호 2로 표시된 것은 희생층이며, 도면부호 4로 표시된 것은 에칭 정지층(패시베이션층)이다. 도면부호 1은 규소로 형성된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 기판 일부[이하, 이 일부는 기판(1)이라 칭함]이며, 도면 부호 8은 후방측으로부터 규소 기판(1)을 이방성 에칭하기 위해 규소 기판(1)의 후면 상에 형성된 마스크이다. 도면 부호 20은 파일럿 구멍이다. 희생층은 규소 기판 표면에서 잉크 이송 채널로 형성될 영역(100)이 구비된다. 희생층(2)은 잉크 이송 채널의 영역을 정밀하게 형성하는데 효과적이지만, 본 발명에서 필수적인 것은 아니다. 에칭 정지층(패시베이션층)은 이방성 에칭 재료에 대해서 내성이 있는 재료로 만들어진다. 에칭 정지층(4)은 규소 기판의 표면이 잉크 통로로 구성된 부분 등의 요소 및/또는 구조물로 형성되는 경우 격벽 등의 기능을 한다. 희생층(2) 및 에칭 정지층(4)이 단독으로 또는 조합하여 이용될 때, 에칭 전에 규소 기판 상에 형성되는 것으로 충분하다. 에칭 전 단계에서, 그 형성 순서 및 시간은 특정한 특성에 한정되지 않지만, 당업자라면 알 것이다. 본 실시 예에서, 도2에 명확히 도시된 바와 같이 잉크 제트 헤드 기판의 후방측에서 공통 잉크 이송 채널(16)의 폭 방향으로 공통 잉크 이송 채널(16) 당 적어도 2개 열의 파일럿 구멍(20)이 형성된다. 파일럿 구멍(20)은 공통 잉크 이송 채널(16)의 폭 방향(도1에 도시된 용지의 표면에 수직인 방향)으로 공통 잉크 이송 채널(16)의 중심선에 대해서 대칭으로(공통 잉크 이송 채널의 길이 방향에 평행하게) 위치된 두 개의 직선 열로 형성되는 것이 바람직하다(도5 참조). 또한, 개시된 실시예에서, 파일럿 구멍(20)은 두 개의 직선 열로 형성된다.

도3은 도2에 도시된 바와 같이 미리 형성된 파일럿 구멍(20)을 갖는 규소 기판(1)을 이방성 에칭하기 위한 공정에서 순차적인 단계를 도시한다. 다음 예시에서, 희생층(20)과 패시베이션층(4)이 사용된다.

우선, 기판(1)은 후방측(바닥측)으로부터 에칭된다. 그러므로, 에칭은 각각의 파일럿 구멍(20)의 가장 깊은 단부에서 시작하여 기판(1)의 상부면을 향해 진행할 뿐만 아니라, 에칭은 파일럿 구멍(20)의 내면의 전체에 걸쳐서 시작하여 기판(1)의 두께 방향에 수직인 방향(도면의 좌우 방향)으로 진행한다. 그 결과, 각각의 파일럿 구멍(20)은 [공통 잉크 이송 채널의 프리커서(precursor)인] 공동 내로 성장하고, 상부는 공동의 폭이 상측면을 향해 점진적으로 감소하도록 경사져 있는 <111>표면(21a, 21b)을 가지며, 바닥부는 공동의 폭이 상측면을 향해 점진적으로 증가하도록 경사져 있는 <111>표면(22)을 갖는다[도3의 (a)].

에칭이 더 진행됨에 따라 파일럿 구멍(20) 중 하나의 <111>표면(21b)은 다른 파일럿 구멍(20)의 <111>표면(21b)과 접촉하게 되어, 정점에 영향을 준 다음, 에칭 은 정점으로부터 기판(1)의 상측면을 향해 진행을 시작한다. 또한, 기판(1)의 중심을 참고로 <111>표면(21a) 또는 외향면은 기판(1)의 바닥면으로부터 연장된 <111>표면(22)과 교차한다. 그 결과, 기판(1)의 두께 방향에 수직인 방향으로 공동의 뚜렷한 성장이 정지한다[도3의 (d)]. 덧붙여, 에칭은 희생층 없이 마무리될 수 있다.

에칭이 더 진행됨에 따라, <100>표면(23)이 두 개의 파일럿 구멍(20) 사이에 형성된다[도3의 (c)]. 에칭 공정의 진행으로 인해 이러한 <100>표면(23)이 기판(1)의 상측면을 향해 이동하게 된다. 결국, <100>표면(23)은 이방성 에칭이 종료될 때 희생층(2)에 도달하게 된다[도3의 (d)].

공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하기 위한 전술된 것과 같은 방법에서, 공통 잉크 이송 채널(16)의 폭이 기판(1)의 상측면을 향해 점진적으로 감소되도록 경사진 <111>표면(21a)의 최종 위치는 선단 구멍(20)의 위치에 의해 결정된다. 또한, 기판(1)의 바닥면의 바닥면으로부터 성장하는 <111>표면(22)의 최종 위치는 기판(1)의 바닥면 상에 놓인 마스크(8)의 구멍의 위치에 의해 결정된다.

도4는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서의 단면도이며, 기판은 공통 잉크 이송 채널(16)의 길이 방향에 평행한 파일럿 구멍(20)의 1개 열만을 갖는다. 도4에 도시된 프리커서의 경우, 이방성 에칭 공정의 뚜렷한 진행이 제 위치에서 선단 구멍(20)의 내향 단부에 대응하고 2개의 <111>표면(61a, 61b)에 의해 형성된 정점에서 멈출 때가 있으므로, 기판(1)의 바닥측으로부터 희생층(2)을 노출시키는 것은 어렵다. 또한, 희생층(2)에 도달하기에 충분한 길이의 파일럿 구멍(20)을 형성하 려고 한다면, 레이저광 비임이 희생층(2)과 에칭 정지층(4)을 투과할 수 있다. 또한, 기판(1)의 상측면에 미리 형성된 배선층 등의 기능성 층이 있을 경우, 레이저광 비임은 이러한 2개 층(2, 4)을 투과한 후에 기능성 층에 손상을 줄 수 있다. 또한, 기판(1)의 상측면에 미리 형성된 잉크 통로가 있을 경우, 레이저광 비임이 잉크 통로를 손상시킬 가능성이 있다. 그러므로, 파일럿 구멍(20)을 1개 열로만 형성하여 원하는 형성 및 치수를 갖는 공통 잉크 이송 채널(16)을 정밀하게 형성하는 것은 어렵다.

도2를 다시 참고하면, 문자 L은 희생층(2)의 폭[규소 기판(1)의 바닥면에 대해서 희생층(2)의 가장 근접한 면의 2개 단부들 사이의 거리]을 의미하고, 문자 T는 규소 기판(1)의 두께를 의미한다. 문자 X는 희생층(2)의 중심으로부터 인접한 파일럿 구멍(20)의 중심까지의 거리를 의미하며, 문자 D는 파일럿 구멍(20)의 깊이를 의미한다. 또한, 문자 Y는 바닥면 마스크(8)에서 구멍의 개구의 폭을 의미한다. 희생층(2)을 이용한 예시에서, 희생층(2)은 규소 기판 표면에서 잉크 이송 채널에 대해서 구멍이 뚫릴 영역에 제공되므로, 희생층(2)과 이 영역의 중심 및 단부들이 서로 정렬된다.

잉크 제트 헤드 제조 공정의 전술된 진행 중에 기판(1)의 바닥층으로부터 기판(1)을 이방성 에칭하여 희생층(2)을 노출시키기 위해, 각각의 파일럿 구멍(20)의 깊이(D)는 다음 식을 만족시키는 범위 내에 들어오는 것이 바람직하다.

T - (X - L/2) × tan 54.7°≥ D ≥ T - X × tan 54.7° ... 식(1)

또한, 전술된 바와 같이 단면이 "< >"형상인 공통 잉크 이송 채널(16)을 형 성하기 위해, 바닥면 마스크(8)에서 구멍의 개구의 폭(Y)은 다음 식을 만족하는 것이 바람직하다.

(T/tan 54.7°) × 2 + L ≥ Y ... 식(2)

반면에, 바닥면 마스크(8)에서 구멍의 개구의 폭(Y)이 (T/tan 54.7°) × 2 + L 보다 클 경우, 2개의 <111>표면(측방향 표면)만을 가지며, 거리가 규소 기판(1)의 바닥에서 최대이며 기판(1)의 상측면을 향해 점진적으로 감소하는 공통 잉크 이송 채널이 형성된다.

상술한 바와 같이, 이 실시예에서 잉크 제트 기록 헤드 칩의 제조 방법은 단면의 형상이 다른 다양한 종류의 공통 잉크 이송 채널(16)을 파일럿 구멍(20)이 배열된 패턴, 각 파일럿 구멍의 깊이 및/또는 바닥면 마스크(8)의 구멍의 개방구 폭을 필요에 따라 변경하여 형성하는 것이 가능하다. 즉, 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법은 기판(1)의 바닥면에서 상대적으로 넓은 공통 잉크 이송 채널(16)과 기판(10)의 바닥면에 인접하게 위치된 각 측벽의 정점을 형성하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 기판(1)의 바닥면에서 상대적으로 좁은 공통 잉크 이송 채널(16)과 기판(1)의 두께 방향에 대해 기판(1)의 중심에 인접하게 위치된 각 측벽의 정점을 형성하는 것이 가능하다.

이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩의 제조 방법에서, "< >" 형상의 단면을 갖는 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하는 파일럿 구멍(20)은 레이저를 사용하여 형성된다. 레이저의 사용은 고속으로 기판(1)의 소정의 지점(부분)을 정밀하게 처리하는 것을 가능하게 한다. 또한, 레이저에 의해 처리되기 전에 기판이 처리될 필요가 없다[예컨대, 기판(1) 상에 마스크 등이 형성될 필요가 없다]. 따라서, 단면이 "< >" 형상인 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하기 위해 필요한 단계의 수를 감소시킬 수 있다.

또한, 액체 에칭액은 기판(1) 내의 파일럿 구멍(20)에 진입하여, 공통 잉크 이송 채널에 파일럿 구멍을 형성하지 않는 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법에 비해 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하는데 필요한 시간의 길이를 단축한다.

미리 측정된 규소 기판의 두께를 기초로 파일럿 구멍(20)이 이면에 형성되는 조건을 변경하는, 파일럿 구멍(20)을 형성하는 단계를 고려하는 것은 공통 잉크 이송 채널(16)을 더욱 확실하게 형성하는 것을 가능하게 한다.

일반적으로, 잉크 제트 기록 헤드 칩용 기판(1)을 위한 재료로 사용되는 규소 웨이퍼는 두께가 동일하지 않으며, 대략 30 ~ 50 ㎛의 범위 내에서 두께가 변경된다. 즉, 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께(T)[식(1)]는 30 ~ 50 ㎛의 범위 내에서 변경되고, 이는 D의 범위를 감소시켜, 본 단계에 대한 마진을 감소시킨다. 그러나 규소 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 미리 측정함으로써, 규소 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께(T)에 있어서의 편차의 명백한 효과(apparent effect)를 감소시킨다.

(기판(규소 웨이퍼)의 측정된 두께를 피드백하기 위한 방법)

도13은 파일럿 구멍을 형성하는 순서를 도시한다. 우선, 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께가 규소 기판(웨이퍼) 두께 측정 장치를 사용하여 측정된다. 그 후, 기판(1)(규소 웨이퍼)의 측정된 두께를 기초로, 레이저계 처리 장치를 사용하여 기판(1)(규소 웨이퍼)을 처리하기 위한 최적의 조건이 선택된다. 그 후, 파일럿 구 멍(20)이 선택된(최적의) 조건 하에서 레이저계 처리 장치로 형성된다.

노즐 형성층이 기판(1)(규소 웨이퍼)의 상부면 상에 형성될 때, 일반적인 두께 측정 장치, 즉 반사형 규소 웨이퍼(기판) 두께 측정 장치를 사용하여 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 직접 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 반사형 규소 기판(웨이퍼) 두께 측정 장치가 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 측정하기 위해 사용될 때, 노즐 형성층이 형성되기 전에 기판의 두께가 측정되어야만 한다[이 공정은 도5a의 (a)를 참조하여 후술될 것이다]. 기판(1)(규소 웨이퍼)과 파일럿 구멍(20)의 형성 사이에 다양한 제조 단계가 존재하며, 이는 상당 수의 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 측정하여 얻어진 값을 대응 기판(1)(규소 웨이퍼)과 일치시키는 것을 어렵게 한다. 따라서, 파일럿 구멍(20)의 형성을 위한 최적의 조건이 기판(1)(규소 웨이퍼)에 대해 선택되도록 상당 수의 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 측정하여 얻어진 많은 값들 중 특정한 값이 잉크 제트 기록 헤드 칩을 제조하기 위한 재료로 다음 사용 예정인 기판(1)(규소 웨이퍼)과 일치하는지를 확인한 후에 각 기판(1)(규소 웨이퍼)의 식별 번호를 식별(판독)하는 기능을 갖는 레이저계 처리 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

반면에, 근적외선(near infrared lay)을 사용하는 규소 기판(웨이퍼) 두께 측정 장치가 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 측정하기 위해 사용될 때, 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께는 기판(1)(규소 웨이퍼)의 상부면 상에 노즐 형성층이 존재하는 경우에도 직접 측정될 수 있다. 즉, 이 경우 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께는 노즐 형성층의 형성 후 측정될 수 있다[이 공정은 도5b의 (f)를 참조하여 후술된다]. 따라서, 근적외선을 사용하는 규소 웨이퍼 두께 측정 장치를 레이저계 처리 장치 내에 배치하여, 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께가 파일럿 구멍(20)의 형성 전에 즉시 측정될 수 있다.

(조건 변경 방법)

파일럿 구멍(20)을 형성하도록 레이저를 사용하여 기판(1)을 처리하는 조건은 필요에 따라 상술된 바와 같이 측정된 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께를 기초로 변경될 수 있다. 변경 가능한 조건은 이하 두 가지 조건이다.

첫 번째 조건은 각 파일럿 구멍(20)의 깊이 D[기판(1)의 두께를 기초로 변경됨]이다. 기판(1)의 두께가 통상의 두께보다 크다면, 파일럿 구멍(20)의 깊이 D는 증가하는 반면에, 기판(1)의 두께가 통상의 두께보다 작다면, 파일럿 구멍(20)의 깊이는 감소한다. 깊이 D는 레이저 출력 및/또는 레이저 발사 수를 조절하여 변경될 수 있다.

다른 조건은 거리 X, 또는 기판면[희생층이 제공되는 경우 희생층(2)] 내의 잉크 이송 채널을 위해 천공될 영역의 중심부와 파일럿 구멍(20)[기판(1)의 두께를 기초로 변경됨] 사이의 거리이다. 기판(1)의 두께가 통상의 두께보다 큰 경우, 거리(X)는 증가하는 반면에, 기판(1)의 두께가 통상의 두께보다 작은 경우, 거리(X)는 감소한다. 거리(X)를 변경함으로써, 규소 웨이퍼로 제조되는 잉크 제트 기록 헤드 칩은 공통 잉크 이송 채널(16)의 상부 개방구의 폭(공동이 희생층까지 성장되었을 때 공동의 상단부의 폭)이 다른 규소 웨이퍼로 제조된 잉크 제트 기록 헤드 칩과 동일하게 만들어질 수 있다.

도5a 및 도5b를 참조하여, 상술된 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법을 이용하여 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 공정이 설명될 것이다. 첨언하면, 상술되었으며, 후술될 본 발명의 양호한 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다. 즉, 본 발명은 본원의 청구범위에 기재된 본 발명의 요점과 호환 가능한 다른 기술에도 적용 가능하다.

도5a의 (a) 내지 도5a의 (d) 및 도5b의 (e) 내지 도5b의 (h)는 도1의 A-A선에서 다양한 단계 완성시 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도이다.

도5a의 (a)에 도시된 기판(1)의 상부면 상에는, 잉크를 분사하기 위한 에너지를 발생시키는 발열 저항체와 같은 다중 잉크 토출 에너지 발생 소자(3)가 제공된다. 기판(1)의 바닥면 전체는 이산화 규소 필름(6)으로 덮어진다. 또한, 희생층(2)은 기판(1)의 상부면에 제공된다. 희생층(2)은 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성할 때 알칼리 용매로 용해된다. 에너지 발생 소자(3)와 히터[에너지 발생 소자(3)]를 구동하는 반도체를 위한 배선은 도시되지 않았다. 희생층(2)은 알칼리 용매로 에칭될 수 있는 폴리실리콘, 알루미늄(빠르게 에칭될 수 있음), 알루미늄-구리 및 알루미늄-규소-구리와 같은 물질로 형성되지만, 이러한 선택은 이러한 예들에 제한될 필요는 없다. 즉, 알칼리 용매로 에칭될 수 있는 속도가 규소보다 큰 임의의 물질이 선택될 수 있다. 에칭 정지층(4)은 기판(1)의 이방성 에칭 중 희생층(2)이 노출되면, 기판(1)이 알칼리 용매에 의해 추가적으로 에칭되는 것을 방지할 수 있어야만 한다. 에칭 정지층(4)은 히터(3)의 하부측에 배치된 열 저장층을 위한 재료로도 사용되는 이산화 규소, 에너지 발생 소자(3) 상에 배치된 보호층을 위한 재료로도 사용되는 질화 규소 등으로 형성된다.

도5a의 (b)를 참조하면, 폴리에테르-아미드 수지(7, 8)가 기판(1)의 상부 및 바닥면에 각각 코팅되며, 베이킹에 의해 경화된다. 그 후, 폴리에테르-아미드 수지층(7)을 패터닝하기 위해, 포지티브 레지스트(positive resist)(미도시)가 수지층(7)의 상부면에 스핀 코팅되고, 소정의 패턴으로 노출되고, 현상된다. 그 후, 폴리에테르-아미드 수지층(7)은 건식 에칭 등의 방법에 의해 소정의 패턴으로 에칭된다. 그 후, 포지티브 레지스트는 제거된다. 유사하게, 폴리에테르-아미드 수지층(8)을 패터닝하기 위해, 포지티브 레지스트(미도시)가 기판(1)의 바닥면 상의 폴리에테르-아미드 수지층(8)에 코팅되고, 소정의 패턴으로 노출되고, 현상된다. 그 후, 폴리에테르-아미드 수지층(8)은 소정의 패턴으로 유사한 방법으로 에칭된다. 그 후, 포지티브 레지스트는 제거된다.

도5a의 (c)를 참조하면, 잉크 통로를 형성하도록 제거되는 포지티브 레지스트(10)가 잉크 통로의 패턴에 배치된다.

도5a의 (d)를 참조하면, 노즐을 형성하기 위한 재료와 같은 감광성 수지가 포지티브 레지스트(10)를 덮는 방식으로 기판(1)의 상부측에 스핀 코팅 등의 방법으로 코팅된다. 그 후, 방수 드라이 필름(water repellent dry film)(13)이 적층 등의 방법에 의해 감광성 수지층(12) 상에 배치된다. 그 후, 감광성 수지층(12)이 패터닝된다. 즉, 감광성 수지층은 자외선, 근자외선(deep ultraviolet) 등을 이용하여 소정의 패턴으로 노출되고 현상되어 감광성 수지층(12)을 통해 잉크 토출 구멍(14)을 형성한다.

도5b의 (e)를 참조하면, 포지티브 레지스트(10), 감광성 수지층(12) 등이 존재하는 기판(1)의 상부측과 기판(1)의 측면측은 스핀 코팅 등의 방법에 의해 보호층(15)으로 코팅된다.

도5b의 (f)를 참조하면, 파일럿 구멍(20)은 기판(1)의 하부측으로부터 상부측으로 레이저를 사용하여 형성된다. 이 단계에서, 파일럿 구멍(20)의 두 개의 직선열이 공통 잉크 이송 채널(16)마다 형성되어, 상기 두 개의 열은 희생층(2)의 중심과 관련하여 대칭으로 위치된다. 파일럿 구멍(20)을 형성하는 수단으로서, YAG 레이저에 의해 방사된 3배파 (THG : 파장이 355 ㎚) 레이저의 빔이 사용된다. 레이저의 파워 및 주파수는 최적 값으로 설정된다. 이 실시예에서, 파일럿 구멍(20)의 직경은 약 40 ㎛이다. 파일럿 구멍(20)의 직경은 약 5 ~ 100 ㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 파일럿 구멍의 직경이 너무 작으면, 기판(1)이 이방성 에칭되는 후속 단계 중, 에칭액이 파일럿 구멍(20)에 진입하는 것이 어렵다. 반면에, 파일럿 구멍(20)의 직경이 너무 크면, 소정의 깊이를 갖는 파일럿 구멍(20)을 형성하는 시간이 과도해지게 된다. 첨언하면, 파일럿 구멍(20)의 직경을 증가할 필요가 있으면, 인접한 두 개의 파일럿 구멍(20)이 중첩하지 않도록 파일럿 구멍(20)이 형성되는 피치를 설정해야 한다.

도6은 도5b의 (f)에 도시된 단계에서 파일럿 구멍(20)의 형성 후 기판(1)의 하부측의 평면도이다. 기판(1)의 바닥면 상에 폴리에테르-아미드 층(8)(바닥면 마스크)은 기판(1)의 상부면 상에 하나씩 희생층(2)의 스트립의 위치(도6에서 점선으로 도시)에 상응하는 위치에 구멍(28)을 갖는다. 이들 구멍(28)은 도5a의 (b)에 도시된 단계에서 형성되며, 폴리에테르-아미드 수지층(8)은 기판(1)을 이방성 에칭하는데 사용되는 마스크로서 기능한다. 측정 공정에서 이 지점에 대해, 근적외선을 사용하는 상술된 규소 웨이퍼 두께 측정 장치를 사용하여 측정된 기판(1)(규소 웨이퍼)의 두께는 600 ㎛이다. 폭 방향에 대한 희생층(2)의 치수는 150 ㎛이다. 다중 잉크 이송 채널(16)의 피치는 1,500 ㎛이다. 거리 X, 또는 기판(1)의 폭 방향에 대한 희생층(2)의 중심과 파일럿 구멍(20) 사이의 거리는 100 ㎛로 설정되었다. 그 후, 파일럿 구멍(20)은 레이저광의 펄스의 수가 이들 측정 및 식(1)에 따라 설정되도록 형성되어, 파일럿 구멍(20)의 깊이는 490 ~ 530 ㎛의 범위에 있게 된다. 파일럿 구멍(20)은 구멍(28)에 대한 위치에 상응하는 기판의 부분에 형성되었다. 기판(1)의 폭 방향에 대해, 구멍(28)의 피치는 200 ㎛로 설정되었고, 기판(1)의 길이 방향에 대해 구멍(28)의 피치는 100 ㎛로 설정되었다.

이 실시예에서, 기판(1)의 폭 방향으로의 구멍(28)의 치수는 400 ㎛이다. 기판(1)의 폭 방향으로의 희생층(2)의 폭은 150 ㎛이다. 레이저를 사용하여 파일럿 구멍(20)을 형성한 후 수직 단면에 대해 측정된 파일럿 구멍(20)의 깊이는 420 ~ 460 ㎛이다. 상기 제조 공정에서 이 지점에 대해 근적외선을 사용하는 상술된 규소 웨이퍼 두께 측정 장치를 사용하여 측정된 기판(1)의 두께는 600 ㎛이다. 따라서, 이러한 측정 및 식(1)로부터, 거리 X, 또는 희생층(2)의 중심 및 파일럿 구멍(20) 사이의 거리는 150 ㎛로 설정되었다. 그 후, 파일럿 구멍(20)이 형성되었다. 즉, 구멍(28)의 폭 방향에 대한 그들의 피치가 300 ㎛이 되도록 그리고 구멍(28)의 길이 방향에 대한 그들의 피치가 150 ㎛이 되도록 다중 파일럿 구멍(20) 이 형성되었다.

형성된 파일럿 구멍과 관련하여, 도14 및 도15에는 다른 예가 도시된다. 도14의 예에서, 마스킹 층의 개방구 중 하나의 파일럿 구멍의 간격은 다른 열에서보다 작다. 이러한 구조에서는, 넓은 간격 부분의 이방성 에칭은 좁은 간격 부분에서보다 조밀하게 된다. 그 결과, 파일럿 구멍의 수가 대체로 감소할 수 있어, 생산성이 향상된다. 도15의 예에서, 마스킹 층 내의 개방구의 길이 방향으로의 두 개의 열로 배열된 파일럿 구멍은 채널 형상으로 동일한 열 내의 파일럿 구멍과 부분적으로[도15의 (a)] 또는 전체적으로[도15의 (b)] 연결된다. 이 구조는 레이저 비임으로 연속적으로 스캐닝하여 제공될 수 있다. 이 예는 기판 후방 측면으로부터의 관통되지 않은 구멍의 깊이가 관통되지 않은 구멍들에 걸쳐 균일하다는 점에서 유리하다.

이 실시예에서, YAG 레이저에 의해 방사된 3배파(THG : 파장이 355 ㎚) 레이저광의 비임이 파일럿 구멍(20)을 형성하도록 기판(1)을 처리하는데 사용되었다. 그러나 기판(1)을 처리하는데 사용되는 레이저광의 빔은 레이저광의 파장이 규소 또는 기판(1)에 대한 재료를 통해 구멍을 형성하는데 적합하다면 전술한 것에 제한될 필요는 없다. 예컨대, 규소에 의한 흡수성이 THG만큼 높은 YAG 레이저에 의해 방사된 2배파(SHG : 파장이 532 ㎚) 레이저광의 비임이 파일럿 구멍(20)을 형성하는데 사용될 수 있다.

도5b의 (c)를 참조하면, 기판(1)의 하부측의 구멍(28) 내의 이산화 규소 필름(6)(도6)은 규소 기판(1)의 표면이 노출되도록 제거되고, 기판(1)의 이방성 에칭 이 개시된다. 그 후, 공통 잉크 이송 채널(16)의 형성이 개시된다. 특히, 구멍(28)을 통해 노출되는 기판(1)의 하부측 상의 이산화 규소 필름(6)의 부분들이 제거되고, 폴리에테르-아미드 수지층(8)이 마스크로 사용된다. 그 결과, 희생층(2)에 도달하는 공통 잉크 이송 채널(16)은 하나씩 이방성 에칭액인 THAH를 사용하여 하부측으로부터 규소 기판(1)을 에칭하여 형성된다. 이 에칭 단계에서, 에칭 전방부는 도3을 참조하여 설명된 단계를 통해 진행되고, 각이 54.7°인 결과로 얻은 <111>면은 희생층(2)에 도달한다. 그 후, 희생층(2)은 에칭액에 의해 이방성으로 에칭되어 희생층(2)의 형상을 반영한, 공통 잉크 이송 채널(16)의 상부 부분을 형성한다. <111>면에 의해 도시된 도1의 A-A선에서의 공통 잉크 채널(16)의 단면은 "< >" 형상이다.

마지막으로, 도5b의 (h)를 참조하면, 공통 잉크 이송 채널(16)의 상부 개방구를 덮는 에칭 정지층(4)의 부분이 건식 에칭에 의해 제거된다. 그 후, 폴리에테르-아미드층(8)과 보호층(15)이 제거된다. 또한, 포지티브 레지스트층(10)이 잉크 토출 구멍(14)과 공통 잉크 이송 채널(16)을 통해 용해되어, 잉크 통로 및 기포 발생 챔버를 형성한다.

각 잉크 제트 기록 헤드 칩 또는 노즐부를 갖는 기판(1)은 상술된 제조 단계를 통해 완성된다. 그 후, 규소 웨이퍼는 절단 톱(dicing saw) 등을 사용하여 개별의 잉크 제트 기록 헤드 칩으로 분리된다. 그 후, 잉크 토출 에너지 발생 소자(3)를 구동하는 배선이 각 칩에 부착되고 잉크 제트 기록 헤드 칩용 잉크 용기가 각 칩에 연결되어, 잉크 제트 기록 헤드를 완성한다.

또한, 이 실시예에서는, 두께가 600 ㎛인 규소 웨이퍼가 잉크 제트 기록 헤드 칩용 기판(1)을 위한 재료로 사용되었다. 하지만, 본 발명은 이 실시예에서 사용된 규소 웨이퍼보다 얇거나 두꺼운 규소 웨이퍼 등을 사용하는 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법에도 적용 가능하다. 이러한 재료가 기판으로 사용될 때, 파일럿 구멍(20)의 깊이 및 구멍(28)의 치수는 식(1)과 식(2)를 만족하는 값으로 변경되어야 한다.

또한, 공통 잉크 이송 채널(16)은 이 실시예의 공통 잉크 이송 채널 형성 방법을 사용하는 대신, 도5b의 (f) 내지 도5b의 (h)에 도시된 일련의 단계를 여러 번 수행하여 형성될 수 있다. 특히, 희생층에 도달하지 않은 파일럿 구멍(20)의 단일 열이 형성되고 기판(1)은 파일럿 구멍(20)의 상기 열을 사용하여 이방성 에칭된다. 그 후, 파일럿 구멍(20)의 다음 열은 파일럿 구멍의 제1 열을 사용하여 형성된 홈(공동)에 인접하여 형성되고, 그 후, 기판(1)은 공통 잉크 이송 채널(16)을 완성하도록 이방성 에칭된다. 이 경우, 파일럿 구멍(20)이 희생층에 도달하도록 형성되었을 때, 식(1)을 만족해야 한다.

(실시예 2)

도7은 본 발명의 제2 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도이다.

이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩은 상술된 제1 실시예의 제조 방법을 사용하여 병렬식으로 형성된 다중 공통 잉크 이송 채널을 구비한다. 따라서, 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩의 각 공통 잉크 이송 채널(16)도 "< >" 형상의 단면을 갖는다.

도8은 공통 잉크 이송 채널을 형성하는 파일럿 구멍을 사용하지 않는 종래 기술에 따른 잉크 제트 헤드를 사용하여 형성된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도이다. 도7과 도8의 비교로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 도7에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩을 형성하기 위해 사용된 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법은 하부측의 폭이 도8에 도시된 종래 기술에 따른 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법을 사용하여 형성된 공통 잉크 이송 채널(16)의 폭보다 좁도록 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법은 인접한 두 개의 공통 잉크 이송 채널(16) 사이의 거리가 종래 기술에 따른 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법을 사용하여 형성된 잉크 제트 기록 헤드 칩들 사이의 거리보다 좁은 잉크 제트 기록 헤드 칩을 생산할 수 있다. 그 결과, 종래 기술에 따른 잉크 제트 제조 방법을 사용하여 생산된 잉크 제트 기록 헤드 칩보다 작은 잉크 제트 기록 헤드 칩을 생산할 수 있다. 또한, 이 실시예의 공통 잉크 이송 채널(16)은 "< >" 형상의 단면을 가져서, 잉크의 컬러가 다른 인접한 두 개의 공통 잉크 이송 채널(16)을 분리하여 표면적(50)의 폭이 더 넓어진 잉크 제트 기록 헤드 칩을 생산하는 것이 가능하며, 그 결과 인접한 공통 잉크 이송 채널(16) 내의 잉크들이 섞이는 것을, 종래 기술에 따른 잉크 제트 헤드 제조 방법을 사용하여 생산된 잉크 제트 기록 헤드 칩에서보다 더 잘 방지할 수 있다.

또한, 이 실시예의 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법의 경우, 파일럿 구멍(20)이 형성되는 패턴, 각 파일럿 구멍(20)의 깊이 및 바닥면 마스크(8)의 각 구 멍의 폭이 "< >" 형상의 단면을 갖는 다양한 종류의 공통 잉크 이송 채널(16) 예컨대, 하부 개방구가 상부 개방구보다 크고 "< >" 형상의 단면의 정점이 기판(1)의 바닥면에 더욱 인접할 뿐만 아니라, 하부 개방구가 상부 개방구보다 크고 "< >" 형상의 단면의 정점이 기판(1)의 두께 방향에 대해 기판(1)의 중심부 부근에 있는 공통 잉크 이송 채널(16)을 형성하도록 변경될 수 있다.

전술한 바와 같이, 칩의 기판(1) 내에 있는 다중 공통 잉크 이송 채널(16)을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩의 경우에는, [기판(1)의 두께 방향에서의] 각각의 공통 잉크 이송 채널(16)의 "< >"형상의 단면의 정점의 위치가 부등식 Y1 > Y2 또는 Y1 < Y2를 만족시키면서 변경될 수 있는데, 여기서 Y1과 Y2는 바닥면 마스크(8)의 구멍의 폭들이며(도9 참조), 이들 구멍들은 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)의 바닥 개방구에 대응하며, 전술한 식(2) (T / tan 54.7°) × 2 + L ≥ Y에 의해 얻어질 수 있다. 병렬식으로 배열된 다중의 공통 잉크 이송 채널(16)을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩은 "< >"형상의 단면의 정점의 위치에서 인접하는 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)을 다르게 함으로써 더 소형화될 수 있다. 도9는 전술한 바와 같이 구성된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 단면도이다. 도9로부터 명확한 바와 같이, "< >"형상의 단면의 정점들의 위치에서의 인접하는 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)을 다르게 함으로써, 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)의 "< >"형상의 단면의 정점들이 실질적으로 중첩되도록 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)이 근접하게 위치될 수 있으며, 이것은 도7에 도시된 것처럼 구성된 잉크 제트 기록 헤드 칩과 비교하여 잉크 제트 기록 헤드 칩을 더 소형화 가능하게 한다. 도9에 도시된 구성의 경우에는, 인접하는 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)의 "< >"형상의 단면의 정점들 사이의 거리가 도7에 도시된 것에 비해 길다. 그러므로, 내부 잉크의 컬러가 다른 인접하는 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)을 분리하는 칩의 부분(50)이 강도면에서 증가될 수 있다.

그 다음, 도10a와 도10b를 참조하여, 도9에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩을 포함하는 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들은 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다. 즉, 기술이 본 특허 출원의 청구범위 부분에서 기술된 본 발명의 사상과 모순되지 않는 한, 본 발명은 바람직한 실시예 외의 기술에도 적용될 수 있다.

도10a의 (a)에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩에는 기판(1)의 상부면 상에 있는 발열 저항체 등의 잉크 토출 에너지 발생 소자(3)가 복수개 마련되어 있다. 기판(1)의 바닥면 전체가 이산화 규소 필름(6)으로 덮혀져 있다. 기판(1)의 상부면 상에도 희생층(2)으로 된 복수개의 스트립이 있다. 희생층(2)의 각 스트립은 공통의 잉크 이송 채널(16)을 형성할 때 알칼리 용매로 용해된다. 에너지 발생 소자(3)용 배선과 히터를 구동하는 반도체 소자들은 도시되지 않았다. 희생층(2)은 알칼리 용매로 에칭될 수 있는 폴리실리콘(polysilicon), (빠르게 에칭될 수 있는) 알루미늄, 알루미늄-규소, 알루미늄-구리 및 알루미늄-규소-구리 등의 물질로 형성된다. 에칭 정지층(4)은, 희생층(2)이 기판(1)의 이방성 에칭 동안 노광된 후, 기판(1)이 알칼리 용매에 의해 더 에칭되는 것을 반드시 방지할 수 있어야 한다. 에칭 정지층(4)은 히터의 배면측 상에 위치되는 열 저장층(3)용 재료로서도 사용되는 이산화 규소, 에너지 발생 소자(3) 상에 위치하는 보호층용 재료로서도 사용되는 질화 규소로 형성되는 것이 바람직하다.

그 다음, 도10a의 (b)를 참조하여, 폴리에테르-아미드 수지(7 및 8)가 기판(1)의 상부면과 바닥면에 각각 코팅되어 베이킹에 의해 경화된다. 그 다음, 폴리에테르-아미드 수지층(7)을 패터닝하기 위해, (도시하지 않은) 포지티브 레지스트가 폴리에테르-아미드 수지층(7)의 상부면 상에 스핀 코팅되고, 미리 설정된 패턴으로 노광되고, 현상된다. 그 다음, 폴리에테르-아미드 수지층(7)이 건식 에칭 등의 방법에 의해 미리 설정된 패턴으로 에칭된다. 그 다음, 포지티브 레지스트가 제거된다. 유사하게, 폴리에테르-아미드 수지층(8)을 패터닝하기 위해, (도시되지 않은) 포지티브 레지스트가 기판(1)의 바닥면 상의 폴리에테르-아미드 수지층(8) 상에 코팅되고, 미리 설정된 패턴으로 노광되어, 현상된다. 그 다음, 폴리에테르-아미드 수지층(8)이 건식 에칭 등의 방법에 의해 미리 설정된 패턴으로 에칭된다. 그 다음, 포지티브 레지스트가 제거된다.

기판(1)의 바닥면 상에 패터닝된 바닥면 마스크(8) 내의 구멍의 개방구의 폭은 공통 잉크 이송 채널(16)의 바닥 개방구의 폭과 동일하다. 그러므로, 바닥면 마스크(8) 내의 구멍의 개방구의 폭은 공통 잉크 이송 채널(16)의 바닥 개방구의 의도된 폭과 동일하도록 설정된다. 도11은 도10a의 (b)에 도시된 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서의 바닥 평면도이다. 본 실시예에서는, 기판(1)의 폭 방향의 관점에서 바닥면 마스크(8) 내의 더 큰 구멍의 개방구의 치수 Y1이 800 ㎛이며, 기판(1)의 폭 방향의 관점에서 바닥면 마스크(8) 내의 더 작은 구멍의 개방구의 치수 Y2가 400 ㎛이다.

다음에, 도10a의 (c)를 참조하여, 제거되어 잉크 통로를 형성하게 될 포지티브 레지스트(10)가 잉크 통로의 패턴 내에 위치된다.

도10a의 (d)를 참조하면, 노즐을 형성하는 재료로서의 감광 수지(12)가 스핀 코팅 등의 방법에 의해 포지티브 레지스트(10)를 덮는 방식으로 기판(1)의 상부측 상에 코팅된다. 그 다음, 방수 드라이 필름(13)이 적층 등의 방법에 의해 감광 수지층(12) 상에 위치된다. 그 다음, 감광 수지층(12)이 패터닝된다. 즉, 자외선, 근자외선 등을 사용하여 미리 설정된 패턴으로 노광되고, 형상되어, 감광 수지층(12)을 관통하는 잉크 토출 구멍(14)을 형성한다.

도10b의 (e)를 참조하면, 포지티브 레지스트(10), 감광 수지층(12) 등이 존재하는 기판의 상부 측면과, 기판(1)의 측면이 스핀 코팅 등의 방법에 의해 보호층(15)으로 코팅된다.

도10b의 (f)를 참조하면, 레이저를 사용하여 파일럿 구멍(20)이 기판(1)의 바닥 측면으로부터 상부 측면 쪽으로 형성된다. 이 단계에서, 파일럿 구멍(20)들로 된 직선형의 2개 열이 희생층(2)의 중심에 대해 대칭 위치되도록 공통 잉크 이송 채널(16) 마다 형성된다. 파일럿 구멍(20)을 형성하기 위한 수단으로서, YAG 레이저에 의해 방사되는 3배파(THG: 파장이 355 ㎚) 레이저광의 비임이 사용된다. 레이저의 파워 및 주파수는 최적값으로 설정된다. 본 실시예에서는 파일럿 구멍(20)의 직경이 약 40 ㎛이다. 파일럿 구멍(20)의 직경은 약 5 ~ 100 ㎛ 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 너무 지나치게 작으면, 기판(1)이 이방성 에칭되는 후 속 단계 동안 에칭액이 파일럿 구멍(20)으로 들어가는 것이 어렵다. 한편, 파일럿 구멍(20)의 직경이 지나치게 크면, 원하는 깊이로 파일럿 구멍(20)을 형성하는데 과도한 시간이 소요된다. 또한, 파일럿 구멍(20)의 직경을 증가시킬 필요가 있으면, 파일럿 구멍(20)들의 피치가 인접하는 2개의 파일럿 구멍(20)들이 중첩되지 않도록 설정되어야만 한다. 또한, 그 다중 공통 잉크 이송 채널(16)이 그 상부 개방구들의 폭과 동일한 잉크 제트 기록 헤드 칩이, 파일럿 구멍(20)들을 형성하도록 기판(1)이 처리되는 조건들을 일정하게 유지함으로써 생성될 수 있다.

도12는 도10b의 (f)에 도시된 단계에서 파일럿 구멍(20)들의 형성 후의 기판(1)의 바닥 측면의 평면도이다. 기판(1)의 바닥면 상의 폴리에테르-아미드층(바닥면 마스크)(8)은 구멍(28)들을 가지며, 이 구멍들의 위치는 기판(1)의 상부면 상의 잉크 개방 예정 위치[희생층이 있는 경우, 도12에서 점선으로 나타낸 희생층(2)]의 위치에 대응하는 위치이다. 이 구멍(28)들은 도10a의 (b)에 도시된 단계에서 형성되며, 폴리에테르-아미드층(8)이 기판(1)을 이방성 에칭하는데 사용되는 마스크로서 기능한다.

또한, 이 실시예에서는, 파일럿 구멍(20)이 YAG 레이저에 의해 방사되는 레이저광의 3배파(THG: 파장이 355 ㎚) 비임을 사용하여 형성되었다. 그러나, 파일럿 구멍(20)을 형성하도록 기판(1)을 처리하는데 사용되는 레이저광의 비임의 선택은, 선택된 레이저광이 규소 또는 기판(1)용 재료를 관통하여 구멍을 형성할 수 있는 한, 본 실시예에서 사용된 것에 제한될 필요는 없다. 예를 들어, THG와 같이 규소에 의한 흡수가 높은, YAG 레이저에 의해 방사되는 2배파(SHG: 파장이 532 ㎚) 레이저광의 비임이 파일럿 구멍(20)을 형성하는데 사용될 수 있다.

그 다음, 도10b의 (g)를 참조하면, 기판(1)의 바닥면 상의 구멍(28)들 내의 이산화 규소 필름(6)의 부분들(도12 참조)이 제거되어 규소 기판(1)의 표면을 노출시키는데, 이 부분에서 기판(1)의 이방성 에칭이 시작된다. 그 다음, 공통 잉크 이송 채널(16)의 형성이 시작된다. 더 구체적으로는, 기판(1)의 바닥면 상의 이산화 규소 필름(6)의 구멍(28)을 관통하여 노출되는 부분이, 마스크로서 사용되는 폴리에테르-아미드 수지층(8)과 함께 제거된다. 그 후, 공통 잉크 이송 채널(16)이 희생층(2)에 하나씩 도달하도록, THAH를 이방성 에칭액으로 사용하여 바닥 측면으로부터 규소 기판(10)을 에칭함으로써 공통 잉크 이송 채널(16)이 형성된다. 이 에칭 단계에서는, 각각의 파일럿 구멍(20)의 단부에서 기판(1)의 에칭이 시작되고, 에칭이 계속되어, 결과로서 생기는, 기판(1)의 바닥면에 대한 각도가 54.7˚인 <111>면이 희생층(2)에 도달한다. 그 다음, 각각의 희생층(2)은 에칭 유체에 의해 등방 에칭되어, 희생층(2)의 형상을 반영한 공통 잉크 이송 채널(16)의 상부 부분을 이룬다. 각각의 공통 잉크 이송 채널(16)이 <111>면에 의해 형성된 그 단면이 "< >"형상이 되도록 형성된다. 본 실시예에서, 인접하는 2개의 공통 잉크 이송 채널(16)의 "< >"형상의 단면의 정점의 위치들이 기판(1)의 두께 방향의 관점에서 약 140 ㎛만큼 분리된다.

마지막으로, 도10b의 (h)를 참조하여, 공통 잉크 이송 채널(16)의 상부 개방구를 덮는 에칭 정지층(4)의 부분이 건식 에칭에 의해 제거된다. 그 다음, 폴리에테르-아미드층(8)과 보호층(15)이 제거된다. 또한, 포지티브 레지스트층(10)이 잉 크 토출 구멍(14) 및 공통 잉크 이송 채널(16)을 통해 용해되어 배출되어, 잉크 통로 및 기포 발생 챔버를 형성한다.

전술한 제조 단계들에 의해, 잉크 제트 기록 헤드 칩의 프리커서 또는 노즐 부분을 갖는 기판(1)이 완성된다. 그 다음, 규소 웨이퍼가 절단 톱 등을 사용하여 분리되어, 개별 잉크 제트 기록 헤드 칩이 된다. 그 다음, 잉크 토출 에너지 발생 소자(3)를 구동시키기 위한 배선이 각각의 잉크 제트 기록 헤드 칩에 접합되며, 잉크 제트 기록 헤드 칩용 잉크 용기가 각 칩에 연결되어 잉크 제트 기록 헤드를 완성한다.

또한, 본 실시예에서, 두께가 600 ㎛인 규소 기판이 잉크 제트 기록 헤드 칩을 제조하는데 사용되었다. 그러나, 본 발명은, 본 실시예에서 사용된 규소 기판보다 얇거나 또는 두꺼운 규소 기판 등을 사용하는 잉크 제트 기록 헤드 칩 제조 방법에도 적용될 수 있다. 이러한 규소 기판 등이 사용되었을 때, 파일럿 구멍(20)의 깊이와 구멍(28)의 치수는 식(1) 및 식(2)를 만족시키는 값으로 변경되어야만 한다.

전술된 것은 공통 잉크 이송 채널 형성 방법의 예이며, 이 예에서는 (기판의 두께 방향에서의) 공통 잉크 이송 채널의 "< >"형상의 단면의 정점들의 위치가, (기판의 폭 방향에서의) 바닥면 마스크(8) 내의 구멍의 개방구의 치수를 변경함으로써 변경된다.

본 발명이 본 명세서에 개시된 구성들을 참조하여 설명되었으나, 기재되어 있는 세부 사항에 한정하려는 의도는 아니며, 본 출원은 이하 청구범위의 범주 또 는 개선의 목적 내에 있을 변형 또는 변경을 모두 포함하도록 의도된 것이다.

본 발명에 따르면, 잉크 제트 기록 헤드 칩을 더 높은 정밀도로 보다 안정적으로 양산할 수 있으며, 특히, 종래 제조 방법에 비해 높은 정밀도로 짧은 시간에 실질적으로 좁은 잉크 이송 채널을 갖는 잉크 제트 기록 헤드 칩을 제조할 수 있게 된다. 게다가, 잉크 제트 기록 헤드 칩을 안정적이면서도 고효율로 대량 생산할 수 있게 된다.

Claims

규소 기판 내에 잉크 공급구를 형성하는 것을 포함하는 잉크 제트 헤드용 기판을 제조하는 방법이며,

상기 기판의 일 측면 상에 잉크 공급구에 대응하는 위치에 개방구를 갖는 에칭 마스크층을 형성하는 단계와,

상기 에칭 마스크층의 상기 개방구를 관통하여 상기 개방구의 길이 방향에 적어도 2열의 미관통 구멍을 형성하는 단계와,

상기 개구부에서 상기 기판을 결정 이방성 에칭함으로써 상기 잉크 공급구를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 미관통 구멍은 상기 개방구의 길이 방향에서 연장하는 중심선에 대해 대칭으로 배열되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 미관통 구멍들은,

상기 기판의 타 측면 내의, 상기 잉크 공급구가 형성될 영역의 폭 방향에서 측정된 영역의 치수 L, 상기 기판의 두께 T, 상기 영역의 길이 방향으로 연장하는 상기 영역의 중심선으로부터 열에서의 상기 미관통 구멍의 중심들까지의 거리 X, 및 상기 미관통 구멍의 깊이 D가,

T - (X - L/2) × tan 54.7°≥ D ≥ T - X × tan 54.7°

를 만족시키도록 형성되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 마스크층은,

형성될 상기 개방구의 폭 방향에서 측정한 치수 Y, 상기 잉크 공급구가 상기 에칭 마스크층을 갖는 상기 기판의 후방 측면 상에 형성될 영역의 치수 L, 및 상기 기판의 두께 T가,

(T / tan 54.7°) × 2 + L ≥ Y

를 만족시키도록 형성되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 미관통 구멍의 형성 조건이 미리 측정된 상기 기판의 두께에 따라 변경되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 미관통 구멍의 깊이가 미리 측정된 상기 기판의 두께에 따라 변경되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 영역의 길이 방향으로 연장하는 상기 영역의 중심선으로부터 열에서의 상기 미관통 구멍의 중심들까지의 거리가 미리 측정된 상기 기판의 두께에 따라 변경되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 개방구의 폭 방향에서 서로 인접하게 형성된 복수의 개방구가 마련되며, 상기 개방구들 중 인접한 개방구들은 서로 다른 치수를 갖는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제8항에 있어서, 폭 방향에서 측정된 상기 인접한 개방구들 중 하나의 치수 Y1, 폭 방향에서 측정된 상기 인접한 개방구들 중 다른 하나의 치수 Y2가,

(T / tan 54.7°) × 2 + L ≥ Y1,

(T / tan 54.7°) × 2 + L ≥ Y2, 및

Y1 > Y2 또는 Y2 < Y1

를 만족시키는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 에칭 전에, 규소보다 에칭 속도가 빠른 재료로 된 희생층이 상기 잉크 공급구가 형성될 상기 기판의 타 측면 내의 영역 상에 형성되는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 희생층을 덮을 수 있도록 내-에칭성을 갖는 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 제트 헤드용 기판의 제조 방법.
잉크 공급구를 갖는, 잉크 제트 헤드용 규소 기판이며,

상기 기판의 일 측면 내에 상기 잉크 공급구이 형성되는 부분에 대응하는 개방구를 갖는 에칭 마스크층과,

상기 개방구의 길이 방향에 적어도 2열로 상기 개방구 내에 형성된 미관통 구멍을 포함하는 규소 기판.
제12항에 있어서, 상기 미관통 구멍은 상기 개방구의 길이 방향에서 연장하는 중심선에 대하여 대칭으로 배열되는 규소 기판.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 미관통 구멍은,

상기 기판의 타 측면 내의, 상기 잉크 공급구가 형성될 영역의 폭 방향에서 측정된 영역의 치수 L, 상기 기판의 두께 T, 상기 영역의 길이 방향으로 연장하는 상기 영역의 중심선으로부터 열에서의 상기 미관통 구멍의 중심들까지의 거리 X, 및 상기 미관통 구멍의 깊이 D가,

T - (X - L/2) × tan 54.7°≥ D ≥ T - X × tan 54.7°

를 만족시키도록 형성되는 규소 기판.
제12항에 있어서, 규소보다 에칭 속도가 빠른 재료로 된 희생층이 상기 잉크 공급구가 형성될 상기 기판의 타 측면 내의 영역 상에 형성되는 규소 기판.
제15항에 있어서, 내-에칭성을 갖는 패시베이션층이 상기 희생층을 덮을 수 있도록 형성되는 규소 기판.
규소 기판 내에 잉크 공급구를 형성하는 것을 포함하는 잉크 제트 헤드용 규소 기판의 제조 방법이며,

제12항에 따르는 규소 기판을 준비하는 단계와,

상기 개방구를 관통하여 결정 이방성 에칭함으로써 상기 잉크 공급구를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 헤드용 규소 기판의 제조 방법.
잉크를 토출하는 토출구와, 잉크를 토출하기 위한 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자와, 잉크를 공급하는 잉크 공급구와, 상기 잉크 공급구와 상기 토출구 사이에서 연통하는 유로를 갖는 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법이며,

제12항에 따르는 규소 기판을 준비하는 단계와,

상기 유로와 상기 토출구가 상기 에너지 발생 소자를 갖는 상기 규소 기판의 측면 상에 형성되는 부재를 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 헤드의 제조 방법.
잉크를 토출하기 위한 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 형성되며, 상기 에너지 발생 소자에 잉크를 공급하는 복수의 잉크 공급구가 배열되는 규소 기판과,

잉크 토출구와,

상기 잉크 토출구와 상기 잉크 공급구를 서로 연통시키는 잉크 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 포함하며,

상기 잉크 공급구는, 상기 잉크 공급구가 배열되는 방향에서 측정된 각각의 상기 잉크 공급구의 폭이, 상기 규소 기판의 후방 측면에서의 상기 잉크 공급구의 개방구로부터 미리 정해진 깊이의 위치까지 넓어지며, 깊이만큼을 최대폭으로 하여 상기 규소 기판의 전방 측면 쪽으로 좁아지는 단면 형상을 가지며,

상기 잉크 공급구 중 인접하는 잉크 공급구들의 깊이가 서로 상이한 잉크 제트 헤드.