KR20080107670A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20080107670A
KR20080107670A KR1020070055718A KR20070055718A KR20080107670A KR 20080107670 A KR20080107670 A KR 20080107670A KR 1020070055718 A KR1020070055718 A KR 1020070055718A KR 20070055718 A KR20070055718 A KR 20070055718A KR 20080107670 A KR20080107670 A KR 20080107670A
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윤용섭
이문철
정용원
최형
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삼성전자주식회사
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Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 복수의 물질층이 형성된 기판; 기판 상에 적층되는 것으로, 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및 챔버층 상에 적층되는 것으로, 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하고, 복수의 물질층 내에는 비아홀 및 이 비아홀과 연통하는 캐비티가 형성되며, 챔버층은 비아홀 및 캐비티를 채우도록 형성된다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 비아홀 및 캐비티의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서, 비아홀 및 캐비티의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서, 비아홀 및 캐비티의 다른 변형예를 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 9 내지 도 16은 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 기판 111... 잉크피드홀
112... 절연층 113... 트렌치
114... 히터 116... 전극
118... 보호층 119... 캐비테이션 방지층
120... 챔버층 122... 잉크챔버
124... 리스트릭터 125... 희생층
130... 노즐층 132... 노즐
151,151',151"... 비아홀 152,152',152"... 캐비티
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 견고하고 신뢰성있는 구조를 가지는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린트헤드는 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
도 1에는 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적인 단면이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래 잉크젯 프린트헤드는 복수의 물질층이 형성된 기판(10)과, 상기 기판(10) 위에 적층되는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 위에 적층되는 노즐층(30)을 포함한다. 상기 챔버층(20)에는 토출될 잉크가 채워지는 복수의 잉크챔버(22)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 복수의 노즐(32)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(10)에는 상기 잉크챔버들(22)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(11)이 관통되어 형성되어 있다. 또한, 상기 챔버층(20)에는 상기 잉크챔버들(22)과 잉크피드홀(11)을 연결하는 복수의 리스트릭터(24)가 형성되어 있다.
상기 기판(10)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판(10) 상에는 히터(14)와 기판(10) 사이의 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 절연층(12) 상에는 잉크챔버들(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터들(14)이 형성되어 있으며, 상기 히터들(14) 상에는 히터들(14)에 전류를 인가하기 위한 전극들(16)이 형성되어 있다. 상기 히터들(14)과 전극들(16)의 표면에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 18)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(18) 상에는 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압 력(cavitation force)으로부터 히터들(14)을 보호하기 위한 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer, 19)이 형성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서는 복수의 물질층이 형성된 기판(10)과 챔버층(20) 사이의 접착력이 약하기 때문에 외부의 힘에 의하여 상기 챔버층(20)이 기판(10)으로부터 쉽게 떨어질 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기판과 챔버층 사이의 결합력을 증대시킴으로써 견고하고(robust) 신뢰성있는(reliable) 구조를 가지는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
복수의 물질층이 형성된 기판;
상기 기판 상에 적층되는 것으로, 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및
상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하고,
상기 복수의 물질층 내에는 비아홀(via hole) 및 상기 비아홀과 연통하는 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 챔버층은 상기 비아홀 및 캐비티를 채우도록 형성된다.
상기 캐비티는 상기 비아홀의 하부에 상기 비아홀보다 큰 사이즈를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 비아홀 및 캐비티는 각각 복수개로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 비아홀들 및 캐비티들이 일대일 대응하도록 형성될 수 있다.
상기 캐비티는 복수개의 비아홀에 대응하여 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 캐비티는 상기 복수개의 비아홀 하부를 서로 연통시킴으로써 형성된다.
상기 복수의 물질층은, 상기 기판 상에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되는 것으로, 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터; 상기 히터 상에 형성되는 것으로, 상기 히터에 전류를 인가하기 위한 전극; 상기 히터 및 전극을 덮도록 상기 절연층 상에 형성되는 보호층(passivation layer); 및 상기 보호층 상에 형성되는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer);를 포함할 수 있다.
상기 비아홀은 상기 캐비테이션 방지층 및 보호층에 형성되며, 상기 캐비티는 상기 비아홀 하부의 전극에 형성될 수 있다. 또한, 상기 비아홀은 상기 보호층에 형성되며, 상기 캐비티는 상기 비아홀 하부의 전극에 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
기판 상에 복수의 물질층을 형성하는 단계;
상기 복수의 물질층에 비아홀(via hole) 및 상기 비아홀과 연통하는 캐비티(cavity)를 형성하는 단계;
상기 복수의 물질층 상에 상기 비아홀 및 캐비티를 채우도록 챔버층을 형성하는 단계;
상기 챔버층 상에 노즐층을 형성하는 단계; 및
상기 기판에 잉크피드홀을 형성하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 잉크젯 프린트헤드의 각 구성요소는 예시된 물질과 다른 물질이 사용될 수도 있으며, 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서 각 단계의 순서는 경우에 따라서 예시된 바와 달리 할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시된 비아홀 및 캐비티의 평면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 복수의 물질층이 형성된 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 적층되는 챔버층(120)과, 상기 챔버층(120) 상에 적층되는 노즐층(130)을 구비한다. 상기 기판(110)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판(110)에는 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(111)이 관통되어 형성되어 있다. 그리고, 상기 챔버층(120)에는 상기 잉크피드홀(111)로부터 공급되는 잉크가 채워지는 복수의 잉크챔버(122)가 형성 되어 있으며, 상기 노즐층(130)에는 잉크의 토출이 이루어지는 복수의 노즐(132)이 형성되어 있다. 한편, 상기 챔버층(120)에는 잉크피드홀(111)과 잉크챔버들(122)을 연결하는 통로인 복수의 리스트릭터(restrictor,124)가 더 형성될 수 있다.
상기 기판(110) 상에 형성되는 복수의 물질층은 상기 기판(110) 상에 순차적으로 형성되는 절연층(112), 히터들(114), 전극들(116), 보호층(passivation layer,118) 및 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,119)을 포함한다. 구체적으로, 상기 기판(110)의 상면에는 히터들(114)과 기판(110) 사이의 절연을 위한 절연층(112)이 형성되어있다. 이러한 절연층(112)은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 절연층(112)의 상면에는 잉크챔버들(122) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터들(114)이 형성되어 있다. 이러한 히터(114)는 예를 들면, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터들(114)의 상면에는 상기 히터들(114)에 전류를 인가하기 위한 전극들(116)이 형성되어 있다. 상기 전극(116)은 전기전도성이 우수한 물질 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au), 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(112) 상에는 상기 히터들(114) 및 전극들(116)을 덮도록 보호층(118)이 형성되어 있다. 이러한 보호층(118)은 히터들(114) 및 전극들(116)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 잉크챔버들(122)의 바닥을 이루는 보호층(118), 즉, 상기 히터들(114)의 발열부분 상부에 위치하는 보호 층(118)의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layers,119)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(119)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)로부터 히터(114)를 보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
상기 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에는 비아홀(via hole,151)이 관통되어 형성되어 있다. 그리고, 상기 비아홀(151) 하부의 전극(116)에는 상기 비아홀(151)과 연통하는 캐비티(cavity,152)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 캐비티(152)는 비아홀(151) 보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐비티(152)는 비아홀(151) 보다 큰 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 비아홀(151)과 캐비티(152)의 단면이 원형인 경우에는 상기 캐비티(152)는 상기 비아홀(151) 보다 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 이와 같은 캐비티(152)는 후술하는 바와 같이 비아홀(151)을 통하여 노출된 전극(116)을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다.
한편, 도 5에는 히터(114) 상부에 하나의 비아홀(151) 및 캐비티(152)가 형성된 경우가 도시 되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이로부터 다양한 변형이 가능하다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서, 비아홀 및 캐비티의 변형예를 도시한 평면도이다. 도 6을 참조하면, 히터(114) 상부의 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 복수개의 비아홀(151')이 형성되어 있으며, 이 비아홀들(151') 하부의 전극(116)에 상기 비아홀들(151')에 대응하는 복수개의 캐비티(152')가 형성되어 있다. 그리고, 도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 실시예에 따 른 잉크젯 프린트헤드에서, 비아홀 및 캐비티의 다른 변형예를 도시한 단면도 및 평면도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 히터(114) 상부의 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 복수개의 비아홀들(151")이 형성되어 있으며, 이 비아홀들(151") 하부의 전극(116)에는 상기 비아홀들(151")에 대응하는 하나의 캐비티(152")가 형성되어 있다. 이러한 캐비티(152")는 상기 비아홀들(151") 하부의 공간이 서로 연통하도록 상기 비아홀들(151")을 통하여 전극(116)을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다.
한편, 이상에서는 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 비아홀(151,151',151")이 형성되고, 이 비아홀(151,151',151") 하부의 전극(116)에 캐비티(152,152',152")가 형성되는 경우가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 비아홀(151,151',151") 및 캐비티(152,152',152")는 복수의 물질층 내에서 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 비아홀(151,151',151")은 상기 보호층(118)에만 형성되고, 상기 비아홀(151,151',151") 하부의 전극(116)에 상기 비아홀(151,151',151")과 연통하는 캐비티(152,152',152")가 형성될 수 있다.
이와 같은 비아홀(151,151',151") 및 캐비티(152,152',152")가 형성된 복수의 물질층 상에는 잉크챔버들(122)이 형성된 챔버층(120)이 적층되어 있다. 여기서, 상기 챔버층(120)은 상기 비아홀(151,151',151") 및 캐비티(152,152',152")를 채우도록 상기 복수의 물질층 상에 소정 물질, 예를 들면 에폭시(epoxy)를 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버층(120)은 상기 비아홀(151,151',151") 및 캐비티(152,152',152") 내부에도 채워지게 된다. 그리 고, 상기 챔버층(120) 상에는 노즐층(130)이 적층되어 있으며, 이 노즐층(130)에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐들(132)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 노즐들(132)은 잉크챔버들(122)의 상부에 위치할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 챔버층(120)이 복수의 물질층에 형성된 비아홀(151,151',151") 및 캐비티(152,152',152")를 채우도록 형성된다. 여기서, 상기 캐비티(152,152',152")는 비아홀(151,151',151")의 하부에서 비아홀(151,151',151") 보다 큰 사이즈를 가지고 형성되므로, 기판(110)과 챔버층(120) 사이의 결합력은 크게 증대된다. 이에 따라, 외부의 힘에 의해서도 상기 챔버층(120)은 기판(110)으로부터 쉽게 떨어질 염려가 없으므로, 견고하고 신뢰성 있는 잉크젯 프린트헤드를 얻을 수 있다. 한편, 복수개의 비아홀(151")을 형성하고, 그 하부 공간들이 서로 연통하도록 캐비티(152")를 형성하는 경우에는 챔버층(120)과 기판(110) 사이의 결합력을 더욱 증대시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다. 도 9 내지 도 16은 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 기판(110)을 준비한 다음, 상기 기판(110) 상에 복수의 물질층을 형성한다. 상기 기판(110)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 물질층은 기판(110) 상에 순차적으로 형성되는 절연층(112), 히터들(114), 전극들(116), 보호층(118) 및 캐비테이션 방지층(119)으로 이루어질 수 있다. 먼저, 상기 기판(110)의 상면에 절연층(112)을 형성한다. 상기 절연층(112)은 히터들(114)과 기판(110) 사이의 절연을 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 절연층(112)의 상면에 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터들(114)을 형성한다. 상기 히터들(114)은 절연층(112)의 상면에 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체를 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 히터들(114)의 상면에 히터들(114)에 전류를 인가하기 위한 전극들(116)을 형성한다. 상기 전극들(116)은 히터들(114)의 상면에 전기 전도성이 우수한 금속, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 은 등을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 상기 히터(114) 및 전극(116)을 덮도록 절연층(112)의 상면에 보호층(passivation layer,118)를 형성한다. 상기 보호층(118)은 히터(114) 및 전극(116)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 것을 방지하기 위한 것으로, 일반적으로 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 보호층(118)의 상면에 캐비테이션 방지층(119)을 더 형성할 수 있다. 상기 캐비테이션 방지층(119)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로부터 히터들(114)를 보호하기 위한 것으로, 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
도 10을 참조하면, 먼저, 히터(114) 상부에만 캐비테이션 방지층(119)이 남도록 상기 캐비테이션 방지층(119)을 패터닝한다. 그리고, 이러한 패터닝 과정에서, 상기 캐비테이션 방지층(119)의 소정 위치에 상부 비아홀(미도시)을 형성한다. 그리고, 상기 상부 비아홀을 통하여 노출된 보호층(118)을 식각하게 되면, 상기 캐 비테이션 방지층(119)과 보호층(118)에는 전극(116)을 노출시키는 비아홀(151)이 관통되어 형성된다.
도 11을 참조하면, 상기 비아홀(151) 하부의 전극(116)에 상기 비아홀(151)과 연통하는 캐비티(152)를 형성한다. 여기서, 상기 캐비티(152)는 그 위에 형성된 비아홀(151) 보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 비아홀(151)과 캐비티(152)의 단면이 원형인 경우에는 상기 캐비티(152)는 상기 비아홀(151) 보다 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 이와 같은 캐비티(152)는 비아홀(151)을 통하여 노출된 전극(116)을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 비아홀(151) 및 캐비티(152)가 형성된 복수의 물질층 상에 잉크챔버들(122)이 형성된 챔버층(120)을 형성한다. 상기 챔버층(120)은 도 11에 도시된 구조물을 덮도록 챔버물질층(미도시)을 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 챔버물질층은 예를 들면, 에폭시로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버층(120)은 상기 비아홀(151) 및 캐비티(152) 내부를 채우도록 형성된다. 한편, 상기 챔버층(120)에는 후술하는 잉크피드홀(도 16의 111)과 잉크챔버들(122)을 연결하는 통로인 복수의 리스트릭터(124)가 더 형성될 수있다. 이어서, 상기 보호층(118) 및 절연층(112)을 순차적으로 식각하여 기판(110)의 상면을 노출시키는 트렌치(trench,113)을 형성한다. 여기서, 상기 트렌치(113)는 후술하는 잉크피드홀(111)의 상부에 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 잉크챔버들(122), 리스트릭터들(124) 및 트렌치(113)를 채우도록 희생층(125)을 형성한다. 이어서, 상기 희생층(125)은 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통하여 그 상면이 평탄화될 수 있다. 도 14를 참조하면, 상기 챔버층(120) 및 희생층(125)의 상면에 노즐들(132)이 형성된 노즐층(130)을 형성한다. 상기 노즐층(130)은 상기 챔버층(120) 및 희생층(125)의 상면에 노즐물질층(미도시)을 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 노즐물질층은 예를 들면 에폭시로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 노즐층(130)에는 상기 희생층(125)의 상면을 노출시키는 복수의 노즐(132)이 형성된다. 여기서, 상기 노즐들(132)은 잉크챔버들(122)의 상부에 위치할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상기 기판(110)에 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(111)을 형성한다. 상기 잉크피드홀(111)은 상기 트렌치(113)에 채워진 희생층(125)의 하면이 노출되도록 기판(110)의 하면 쪽을 식각함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 도 16을 참조하면, 잉크피드홀(111) 및 노즐들(132)을 통하여 잉크챔버들(122), 리스트릭터들(124) 및 트렌치(113) 내에 채워진 희생층(125)을 제거하게 되면 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
한편, 이상에서는 히터(114) 상부에 하나의 비아홀(151) 및 캐비티(152)가 형성된 경우가 설명되었으나, 전술한 바와 같이 본 발명은 이에 한정되지 않고 이로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 히터(114) 상부의 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 복수개의 비아홀(151')이 형성되어 있으며, 이 비아홀들(151') 하부의 전극(116)에 상기 비아홀들(151')에 대응하는 복수개의 캐비티(152')가 형성될 수 있다. 그리고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 히터(114) 상부의 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 복수개의 비아홀들(151")이 형성되어 있으며, 이 비아홀들(151") 하부의 전극(116)에는 상기 비아홀들(151")에 대응하는 하나의 캐비티(152")가 형성될 수 있다.
또한, 이상에서는 캐비테이션 방지층(119) 및 보호층(118)에 비아홀(151)이 형성되고, 이 비아홀(151) 하부의 전극(116)에 캐비티(152)가 형성되는 경우가 설명되었다. 그러나, 전술한 바와 같이 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 비아홀(151) 및 캐비티(152)는 복수의 물질층 내에서 다양하게 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되었지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 복수의 물질층에 형성된 비아홀 및 캐비티를 채우도록 챔버층을 형성함으로써 기판과 챔버층 사이의 결합력을 크게 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 외부의 힘에 의해서도 상기 챔버층은 기판으로부터 쉽게 떨어질 염려가 없으므로, 견고하고 신뢰성 있는 구조의 잉크젯 프린트헤드를 얻을 수 있다.

Claims (34)

  1. 복수의 물질층이 형성된 기판;
    상기 기판 상에 적층되는 것으로, 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및
    상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하고,
    상기 복수의 물질층 내에는 비아홀(via hole) 및 상기 비아홀과 연통하는 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 챔버층은 상기 비아홀 및 캐비티를 채우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 비아홀의 하부에 상기 비아홀보다 큰 사이즈를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비아홀 및 캐비티는 각각 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비아홀들 및 캐비티들은 일대일 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐비티는 복수개의 비아홀에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 복수개의 비아홀 하부를 서로 연통시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층은,
    상기 기판 상에 형성되는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 것으로, 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터;
    상기 히터 상에 형성되는 것으로, 상기 히터에 전류를 인가하기 위한 전극;
    상기 히터 및 전극을 덮도록 상기 절연층 상에 형성되는 보호층(passivation layer); 및
    상기 보호층 상에 형성되는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer);를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 캐비테이션 방지층 및 보호층에 형성되며, 상기 캐비티는 상기 비아홀 하부의 전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 보호층에 형성되며, 상기 캐비티는 상기 비아홀 하부의 전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터 및 전극은 각각 발열저항체 및 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀이 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  15. 기판 상에 복수의 물질층을 형성하는 단계;
    상기 복수의 물질층에 비아홀(via hole) 및 상기 비아홀과 연통하는 캐비티(cavity)를 형성하는 단계;
    상기 복수의 물질층 상에 상기 비아홀 및 캐비티를 채우도록 챔버층을 형성하는 단계;
    상기 챔버층 상에 노즐층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 잉크피드홀을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 비아홀의 하부에 상기 비아홀보다 큰 사이즈를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 비아홀 하부의 물질층을 상기 비아홀을 통하여 등방성 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 비아홀 및 캐비티는 각각 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비아홀들 및 캐비티들은 일대일 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 캐비티는 복수개의 비아홀에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 복수개의 비아홀 하부를 서로 연통시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 히터를 형성하는 단계;
    상기 히터 상에 전극을 형성하는 단계;
    상기 히터 및 전극을 덮도록 상기 절연층 상에 보호층(passivation layer)을 형성하는 단계; 및
    상기 보호층 상에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 히터 및 전극은 각각 발열저항체 및 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 비아홀 및 캐비티를 형성하는 단계는,
    상기 캐비테이션 방지층 및 보호층에 상기 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀을 통하여 노출된 상기 전극을 식각하여 상기 캐비티를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 비아홀 및 캐비티를 형성하는 단계는,
    상기 보호층에 상기 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀을 통하여 노출된 상기 전극을 식각하여 상기 캐비티를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 챔버층을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 물질층 상에 상기 비아홀 및 캐비티를 채우도록 챔버물질층을 도포하는 단계; 및
    상기 챔버물질층을 패터닝하여 잉크챔버를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 챔버층을 형성한 다음, 상기 복수의 물질층에 상기 기판을 노출시키는 트렌치(trench)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 노즐층을 형성하는 단계는,
    상기 잉크챔버 및 트렌치를 채우도록 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 및 챔버층의 상면에 노즐물질층을 도포하는 단계; 및
    상기 노즐물질층을 패터닝하여 상기 잉크챔버의 상부에 노즐을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 희생층을 형성한 다음, 상기 희생층의 상면을 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통하여 평탄화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 잉크피드홀을 형성하는 단계는 상기 기판의 하면쪽을 상기 트렌치에 채워지는 희생층이 노출될 때 까지 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 잉크피드홀을 형성한 다음, 상기 트렌치 및 잉크챔버에 채워진 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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