KR20100011652A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 잉크피드홀이 형성된 기판; 기판 상에 적층되는 것으로, 복수의 잉크챔버가 형성된 챔버층; 챔버층 상에 적층되는 것으로, 복수의 노즐이 형성된 노즐층; 및 기판 내에 마련되는 것으로, 상기 잉크 피드홀의 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔(support beam);을 구비한다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method of manufacturing the same}

열구동 방식 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다.

일반적으로, 잉크젯 프린터는 잉크젯 프린트헤드로부터 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터에는 잉크젯 프린트헤드가 인쇄매체의 이송방향과 직각방향으로 왕복이동하면서 인쇄작업을 수행하는 셔틀 방식의 잉크젯 프린터와, 최근 고속인쇄의 구현을 위하여 개발되고 있는 것으로 인쇄매체의 폭에 해당하는 크기의 어레이 프린트헤드(array printhead)를 구비한 라인 프린팅 방식의 잉크젯 프린터가 있다. 이러한 어레이 프린트헤드에는 복수의 잉크젯 프린트헤드가 소정 형태로 배열되어 있다. 라인프린팅 방식의 잉크젯 프린터는 어레이 프린트헤드가 고정된 상태에서 인쇄 매체만이 이송하면서 인쇄작업을 수행하게 되므로 고속 인쇄를 구현할 수 있다.

한편, 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생 시켜 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.

일반적으로, 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 다수의 물질층이 형성된 기판 상에 챔버층 및 노즐층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고 있다. 상기 챔버층에는 토출될 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성되어 있으며, 상기 노즐층에는 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판에는 잉크챔버들로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀이 관통되어 형성되어 있다. 이와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서는 기판에 잉크 공급을 위한 잉크피드홀이 관통되어 형성되어 있기 때문에 기판이 취약하여 변형될 가능성이 많다. 그리고, 이러한 잉크젯 프린트헤드의 취약성 문제는 잉크젯 프린트헤드의 길이가 증가함에 따라 커지게 되므로, 최근 고속 인쇄의 구현을 위하여 개발되고 있는 라인 프린팅 방식의 잉크젯 프린터에서는 이러한 잉크젯 프린트헤드의 취약성 문제가 더욱 심각 해 질 수 있다.

본 발명의 실시예는 강건한(robust) 구조의 열구동 방식 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면,

잉크공급을 위한 잉크피드홀이 형성된 기판;

상기 기판 상에 적층되는 것으로, 복수의 잉크챔버가 형성된 챔버층;

상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 복수의 노즐이 형성된 노즐층; 및

상기 기판 내에 마련되는 것으로, 상기 잉크 피드홀의 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔(support beam);을 구비하는 잉크젯 프린트헤드가 개시된다.

상기 지지빔은 상기 잉크피드홀의 서로 마주보는 양 내벽을 연결할 수 있다. 그리고, 이러한 지지빔은 상기 기판의 상면으로부터 소정 깊이, 예를 들면 기판의 상면으로부터 수십 ㎛의 깊이에 마련될 수 있다.

상기 지지빔은 기판과 일체로 형성될 수 있으며, 상기 기판은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상기 잉크피드홀은 상기 기판의 표면에 대하여 수직으로 기판을 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 잉크챔버들은 잉크피드홀의 양측에 잉크피드홀의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다.

상기 잉크젯 프린트헤드는, 상기 기판의 상면에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되는 복수의 히터; 및 상기 히터들 상에 형성되는 복수의 전극;을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 잉크젯 프린트헤드는 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 형성되는 보호층; 및 상기 보호층 상에 형성되는 캐비테이션 방지층(anti- cavitation layer);를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면,

기판 상에 복수의 잉크챔버를 가지는 챔버층을 형성하는 단계;

상기 챔버층 상에 복수의 노즐을 가지는 노즐층을 형성하는 단계; 및

상기 기판에 잉크공급을 위한 잉크피드홀 및 상기 잉크피드홀의 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔을 형성하는 단계;을 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법이 개시된다.

여기서, 상기 챔버층을 형성하기 전에, 상기 기판의 상면에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 복수의 히터 및 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 및 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 상기 절연층 상에 보호층을 형성하는 단계;가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 보호층 상에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계와 상기 보호층 상에 상기 보호층과 챔버층의 접착을 위한 접착층(glue layer)를 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 챔버층을 형성한 다음, 상기 보호층, 절연층 및 기판을 순차적으로 건식 식각하여 상기 기판의 상면으로부터 소정 깊이까지 트렌치를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 트렌치는 상기 기판의 상면으로부터 수십 ㎛의 깊이로 형성될 수 있다.

상기 노즐층을 형성하는 단계는, 상기 잉크챔버들 및 트렌치를 채우도록 상기 챔버층 상에 희생층을 형성하는 단계; 및 상기 희생층 및 챔버층의 상면을 평탄화하는 단계; 및 상기 희생층 및 챔버층의 상면에 상기 노즐층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 잉크피드홀 및 지지빔은 상기 기판의 저면 쪽을 상기 희생층의 노출될 때 까지 식각함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 잉크피드홀 및 지지빔을 형성하는 단계는, 상기 기판의 하면에 상기 잉크피드홀의 형성 영역을 노출시키는 제1 마스크를 마련하는 단계; 상기 기판의 하면에 상기 지지빔의 형성을 위한 적어도 하나의 제2 마스크를 마련하는 단계; 건식 식각에 의하여 상기 제2 마스크는 제거하고 상기 기판의 저면을 소정 깊이까지 식각하는 단계; 상기 제1 마스크를 통하여 상기 희생층이 노출될 때까지 상기 기판의 저면을 식각함으로써 상기 잉크피드홀 및 지지빔을 형성하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제2 마스크와 기판은 식각되는 속도가 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 마스크는 금속 또는 포토레지스트(photoresist)로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 마스크는 포토레지스트로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 마스크가 포토레지스트로 이루어지는 경우, 상기 제1 마스크는 상기 제2 마스크보다 두껍게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 내부에 잉크피드홀의 서로 마주보는 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔을 형성함으로써 기판을 지지할 수 있다. 따라서, 기판에 잉크피드홀이 관통되어 형성됨으로써 발생할 수 있는 기판의 취약성 문제를 해결할 수 있으며, 그 결과 강건하고 신뢰성 있는 구조의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 존재할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 잉크피드홀 및 지지빔들이 형성된 기판의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 다수의 물질층이 형성된 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 적층되는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 상에 적층되는 노즐층(30)을 구비한다. 상기 기판(10)은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 이러한 기판(10)에는 잉크 공급을 위한 잉크 피드홀(11)이 관통되어 형성되어 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 상기 기판(10) 내부에는 상기 잉크피드홀(11)의 내벽들을 서로 연결하는 적어도 하나의 지지빔(50)이 형성되어 있다. 상기 챔버층(20)에는 잉크피드홀(11)로부터 공급되는 잉크가 채워지는 복수의 잉크챔버(22)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 복수의 노즐(32)이 형성되어 있다.

상기 기판(10)의 상면에는 기판(10)과 후술하는 히터(14) 사이에 단열 및 절연을 위한 절연층(12)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 절연층(12)은 예를 들면 실 리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 절연층(12)의 상면에는 후술하는 잉크챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(14)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 히터는 잉크챔버(22)의 바닥면 상에 마련될 수 있다. 이러한 히터(14)는 예를 들면, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 히터(14)의 상면에는 전극(16)이 형성되어 있다. 상기 전극(16)은 히터(14)에 전류를 인가하기 위한 것으로, 전기전도성이 우수한 물질로 이루어진다. 상기 전극(16)은 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au), 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 히터(14) 및 전극(16)의 상면에는 보호층(passivation layer,18)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 보호층(18)은 상기 히터(14) 및 전극(16)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터(14)의 상부에 위치하는 보호층(18)의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,19)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(19)은 버블의 소멸 시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로 히터를 (14)보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 보호층(18) 상에는 후술하는 챔버층(20)이 보호층(18)에 잘 부착될 수 있도록 접착층(glue layer,21)이 더 형성될 수도 있다.

상기 보호층(18) 상에는 챔버층(20)이 적층되어 있다. 상기 챔버층(20)에는 잉크피드홀(11)로부터 공급된 잉크가 채워지는 복수의 잉크챔버(22)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 잉크챔버들(22)은 잉크피드홀(11)의 양쪽에 잉크피드홀(11)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 한편, 상기 챔버층(20)에는 잉크피드홀(11)과 잉크챔버들(22)을 연결하는 통로인 복수의 리스트릭터(restrictor,24)가 더 형성될 수도 있다. 이러한 챔버층(20)은 예를 들면, 폴리머 계열의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 챔버층(20) 상에는 노즐층(30)이 적층되어 있다. 상기 노즐층(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(32)이 형성되어 있다. 상기 노즐(32)은 상기 잉크챔버(22)의 상부에 위치할 수 있다. 이러한 노즐층(30)은 챔버층(20)과 마찬가지로 폴리머(polymer) 계열의 물질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크피드홀(11)이 관통되어 형성된 기판(10)의 내부에 적어도 하나의 지지빔(support beam,50)이 형성되어 있다. 상기 지지빔들(50)은 잉크피드홀(11)의 서로 마주보는 양 내벽을 연결하도록 형성되어 있다. 이러한 지지빔들(50)은 기판(10)과 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 지지빔들(50)은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 지지빔들(50)은 잉크피드홀(11)의 내벽들을 서로 연결하여 기판(10)을 지지하는 역할을 하게 된다.

상기 지지빔들(50)은 기판(10)의 상면으로부터 소정 깊이에 마련될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지빔들(50)은 기판(10)의 상면으로부터 대략 수십 ㎛ 정도의 깊이에 마련될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적으로 설명된 것으로, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 상기 지지빔들(50)은 기판(10)의 상면으로부터 다양한 깊이에 마련될 수 있다. 한편, 도 2에서는 잉크피드홀(11)의 내벽들을 연결하는 3개의 지지빔(50)이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 개수의 지지빔들(50)이 기판(10) 내에 마련될 수 있다. 그리고, 도 2에서는 상기 지지빔(50)이 사각형의 단면 형상을 가지도록 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 지지빔(50)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는, 기판(10) 내부에 잉크피드홀(11)의 서로 마주보는 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔(50)을 형성함으로써 기판(10)을 지지할 수 있다. 이에 따라, 기판(10)에 잉크피드홀(11)이 관통되어 형성됨으로써 발생할 수 있는 기판(10)의 취약성 문제를 해결할 수 있으며, 그 결과 강건하고 신뢰성 있는 구조의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 지지빔들(50)이 기판(10)의 상면으로부터 소정 깊이에 마련됨으로써 잉크피드홀(11) 내의 잉크가 상기 지지빔(50)에 의한 유동 저항을 받지 않고 용이하게 잉크챔버(22)로 유입될 수 있다.

이하에서는, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

도 3 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 3을 참조하면, 먼저 기판(10)을 준비한 다음, 이 기판(10)의 상면에 절연층(12)을 형성한다. 상기 기판(10)으로는 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 상기 절연층(12)은 기판(10)과 후술하는 히터들(114) 사이의 절연을 위한 층으로, 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 절연층(12)의 상면에 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 복수의 히터(14)를 형성한다. 상기 히터들(14)은 절연층(12)의 상면에 예를 들면 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물 또는 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체를 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 히터들(14)의 상면에 상기 히터들(14)에 전류를 인가하기 위한 복수의 전극(16)을 형성한다. 상기 전극들(16)은 히터들(14)의 상면에 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은 등과 같은 전기전도성이 우수한 금속을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.

상기 절연층(12) 상에는 상기 히터들(14) 및 전극들(16)을 덮도록 보호층(passivation layer,18)을 형성할 수 있다. 상기 보호층(18)은 히터들(14) 및 전극들(16)이 잉크와 접촉하여 산화하거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터들(14)의 상부에 위치하는 보호층(18)의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,19)을 더 형성할 수 있다. 상기 캐비테이션 방지층(19)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)로부터 히터(14)을 보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨으로 이루어질 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 보호층(18) 상에 복수의 잉크챔버(22)가 형성된 챔버층(20)을 형성한다. 상기 챔버층(20)은 도 3에 도시된 구조물을 덮도록 소정 물질, 예를 들면 감광성 에폭시 수지(photosensitive epoxy resin)을 소정 두께로 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버층(20)에는 후술하는 잉크피드홀(도 13의 11)로부터 잉크가 채워지는 복수의 잉크챔버(22)가 형성 된다. 여기서, 상기 잉크챔버들(22)은 히터들(14)의 상부에 위치하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 잉크챔버들(22)은 후술하는 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(도 13의 111)의 양측에 배치될 수 있다. 한편, 상기 챔버층(20)에는 잉크피드홀(11)과 잉크챔버들(22)을 연결하는 통로인 복수의 리스트릭터(24)가 더 형성될 수도 있다. 또한, 상기 챔버층(20)을 형성하기 전에 챔버층(20)이 보호층(18)에 잘 부착될 수 있도록 상기 보호층(18) 상에 접착층(glue layer,21)를 형성하는 단계가 더 포함될 수도 있다. 이러한 접착층(21)은 챔버층(20)과 마찬가지로 예를 들면, 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 보호층(18), 절연층(12) 및 기판을 순차적으로 건식 식각하여 기판(10)의 상면을 소정 깊이의 트렌치(45)를 형성한다. 여기서, 상기 트렌치(45)는 후술하는 잉크피드홀(도 13의 11)의 상부를 구성하게 된다. 이러한 트렌치(45)는 기판(10)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 트렌치(45)는 상기 기판(10)의 상면으로부터 대략 수십㎛ 정도의 깊이로 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 트렌치(45)는 다양한 깊이로 형성될 수 있다. 이 과정에서 형성되는 트렌치(45)의 깊이를 조절하게 되면 후술하는 지지빔들(50)이 기판(10)의 상면으로부터 형성되는 깊이를 조절할 수 있게 된다.

도 6을 참조하면, 상기 트렌치(45), 잉크챔버들(22) 및 리스트릭터들(24)을 채우도록 챔버층(20) 상에 희생층(25)을 형성한다. 상기 희생층(25)은 기판(10), 챔버층(20) 및 후술하는 노즐층(도 13의 30)에 대하여 식각선택성(etch selectivity)을 가지는 물질, 예를 들면 포토레지스트로 이루어질 수 있다. 그리 고, 상기 희생층(25)을 형성한 다음, 상기 희생층(25) 및 챔버층(20)의 상면을 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 희생층(25) 및 챔버층(20)의 상면은 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통하여 평탄화될 수 있다.

도 7을 참조하면, 챔버층(20) 및 희생층(25)의 상면에 복수의 노즐(32)이 형성된 노즐층(30)을 형성한다. 상기 노즐층(30)은 챔버층(20) 및 희생층(25)의 상면에 소정 물질, 예를 들면 감광성 에폭시 수지를 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 노즐층(30)에는 상기 희생층(25)의 상면을 노출시키는 복수의 노즐(32)이 형성된다. 여기서, 상기 노즐들(32)은 잉크챔버들(22)의 상부에 형성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 기판(10)의 하면쪽을 식각하여 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(11)의 하부 및 적어도 하나의 지지빔(50)을 형성한다. 이러한 잉크피드홀(11)의 하부 및 지지빔(50)의 형성에 대해서는 도 9a 내지 도 12b를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 9a, 도 10a, 도 11a 및 도 12a는 도 2의 A-A'선을 따라 본 단면도들이며, 도 9b, 도 10b, 도 11b 및 도 12b는 기판의 저면도들이다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 기판(10)의 하면에 제1 및 제2 마스크(61,62)를 형성한다. 여기서, 상기 제1 마스크(61)는 기판(10)의 하면 중에서 잉크피드홀(11)의 형성영역을 노출시키도록 형성된다. 그리고, 상기 제2 마스크(62)는 도 13에 도시된 지지빔들(50)의 형성을 위한 것으로, 기판(10)의 하면 중에서 지지빔들(50)에 대응되는 영역에 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 마스크(61,62)를 통하여 식각될 기판(10)의 저면(10a)이 노출된다. 도 9a 및 도 9b에는 3개의 지지빔(50) 형성을 위하여 기판(10)의 저면(10a)에 3개의 제2 마스크(62)가 형성되는 경우가 예로 들어 도시되어 있다. 상기 제1 마스크(61)는 예를 들어, Al 등과 같은 금속 또는 포토레지스트로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제2 마스크(62)는 포토레지스트로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 마스크(61,62)가 포토레지스트로 이루어지는 경우에는 상기 제1 마스크(61)는 상기 제2 마스크(62)보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 마스크(61)는 대략 5~10㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제2 마스크(62)는 대략 1~3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시예에서는 상기 제2 마스크(62)는 기판(10)과는 다른 식각 선택비를 가진다. 즉, 상기 제2 마스크(62)와 기판(10)은 식각되는 속도가 서로 다른 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 제2 마스크(62) 및 기판(10)이 각각 포토레지스트와 실리콘으로 이루어진 경우, 건식 식각에 의하여 포토레지스트가 대략 1.2㎛ 정도의 두께 만큼 제거되는 동안에 실리콘은 대략 80㎛ 정도의 두께 만큼 제거될 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이, 제2 마스크(62)가 대략 1.2㎛ 두께의 포토레지스트로 이루어져 있다면, 대략 80㎛ 두께의 지지빔(50)이 형성될 수 있다는 것을 의미한다.

다음으로, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 건식 식각에 의하여 기판(10)의 저면을 식각한다. 이러한 건식 과정에서, 제2 마스크(62')는 식각에 의하여 두께가 얇아지게 되고, 기판(10)의 저면은 식각에 의하여 제거된 제2 마스크(62)의 두께에 대응되는 깊이까지 식각된다. 한편, 상기 제1 마스크(61)는 금속이나 두꺼운 포토레지스트로 이루어져 있으므로, 이 과정에서 상기 제1 마스크(61)는 두께 변화가 거의 없게 된다. 이어서, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 건식 식각 공정이 계속 진행됨에 따라 상기 제2 마스크(62')는 기판(10)의 저면(10a)으로부터 완전히 제거되고, 상기 기판(10)은 소정 깊이(d)까지 식각이 더 진행된다. 이렇게 식각된 깊이(d)는 후술하는 공정에서 형성되는 지지빔(50)의 두께가 될 수 있다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 기판(10)의 저면(10a)에 남아 있는 제1 마스크(61)를 이용하여 트렌치(45)에 채워진 희생층(25)이 노출될 때까지 기판(10)의 하부를 건식 식각하면, 잉크피드홀(11)의 하부 및 지지빔들(50)이 형성된다. 이 과정에서 형성되는 지지빔들(50)은 전술한 공정에서 기판(10)의 식각 깊이(d)에 해당하는 두께를 가지게 된다. 따라서, 제2 마스크(62)의 두께를 조절하게 되면 제2 마스크(62)의 제거 공정에서 기판(10)이 식각되는 깊이를 조절할 수 있고, 이에 따라, 지지빔들(50)의 두께를 조절할 수 있다. 한편, 이상에서는 잉크피드홀(11) 및 지지빔들(50)을 건식 식각 공정을 사용하여 형성하는 경우를 예로 들어 설명되었으나, 습식 식각 공정을 이용하여 상기한 잉크피드홀(11) 및 지지빔들(50)을 형성하는 것도 당업자에게는 얼마든지 가능하다.

마지막으로, 도 13을 참조하면, 상기 트렌치(45), 잉크챔버들(22) 및 리스트릭터(24) 내에 채워진 희생층(25)을 제거하게 되면 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 구체적으로, 상기 희생층(25)은 노즐들(32) 및 잉크피드홀(11)을 통하여 소정 식각액을 주입하게 되면 희생층(25)만 선택적으로 식각되어 제거된다. 이에 따라, 상기 트렌치(45)는 잉크피드홀(11)의 하부와 연통하게 됨으로써 잉크피드홀(11)이 완성된다.

이상에서 본 발명의 실시예가 상세히 설명되었지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이로부터 당업자에 의하여 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 잉크피드홀 및 지지빔들이 형성된 기판의 사시도이다.

도 3 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10... 기판 11... 잉크피드홀

12... 절연층 14... 히터

16... 전극 18... 보호층

19... 캐비테이션 방지층 20... 챔버층

21... 접착층(glue layer) 22... 잉크챔버

24... 리스트릭터 25... 희생층

30... 노즐층 32... 노즐

45... 트렌치(trench) 50...지지빔(support beam)

61... 제1 마스크 62... 제2 마스크

Claims (24)

1. 잉크공급을 위한 잉크피드홀이 형성된 기판;

   상기 기판 상에 적층되는 것으로, 복수의 잉크챔버가 형성된 챔버층;

   상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 복수의 노즐이 형성된 노즐층; 및

   상기 기판 내에 마련되는 것으로, 상기 잉크 피드홀의 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔(support beam);을 구비하는 잉크젯 프린트헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지빔은 상기 잉크피드홀의 서로 마주보는 양 내벽을 연결하는 잉크젯 프린트헤드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지빔은 상기 기판의 상면으로부터 소정 깊이에 마련되는 잉크젯 프린트헤드.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 지지빔은 상기 기판의 상면으로부터 수십 ㎛의 깊이에 마련되는 잉크젯 프린트헤드.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지빔은 상기 기판과 일체로 형성되는 잉크젯 프린트헤드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 기판은 실리콘으로 이루어지는 잉크젯 프린트헤드.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 잉크피드홀은 상기 기판의 표면에 대하여 수직으로 상기 기판을 관통하여 형성되는 잉크젯 프린트헤드.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 잉크챔버들은 상기 잉크피드홀의 양측에 잉크피드홀의 길이 방향을 따라 배치되는 잉크젯 프린트헤드.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 상면에 형성되는 절연층;

   상기 절연층 상에 형성되는 복수의 히터; 및

   상기 히터들 상에 형성되는 복수의 전극;을 포함하는 잉크젯 프린트헤드.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 히터들 및 전극들을 덮도록 형성되는 보호층; 및

    상기 보호층 상에 형성되는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer);를 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드.
11. 기판 상에 복수의 잉크챔버를 가지는 챔버층을 형성하는 단계;

    상기 챔버층 상에 복수의 노즐을 가지는 노즐층을 형성하는 단계; 및

    상기 기판에 잉크공급을 위한 잉크피드홀 및 상기 잉크피드홀의 내벽들을 연결하는 적어도 하나의 지지빔을 형성하는 단계;을 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 지지빔은 상기 잉크피드홀의 서로 마주보는 양 내벽을 연결하도록 형성되는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 챔버층을 형성하기 전에.

    상기 기판의 상면에 절연층을 형성하는 단계;

    상기 절연층 상에 복수의 히터 및 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 및

    상기 히터들 및 전극들을 덮도록 상기 절연층 상에 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 보호층 상에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 보호층 상에 상기 보호층과 챔버층의 접착을 위한 접착층(glue layer)를 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 챔버층을 형성한 다음, 상기 보호층, 절연층 및 기판을 순차적으로 건식 식각하여 상기 기판의 상면으로부터 소정 깊이까지 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 트렌치는 상기 기판의 상면으로부터 수십 ㎛의 깊이로 형성되는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 노즐층을 형성하는 단계는,

    상기 잉크챔버들 및 트렌치를 채우도록 상기 챔버층 상에 희생층을 형성하는 단계; 및

    상기 희생층 및 챔버층의 상면을 평탄화하는 단계; 및

    상기 희생층 및 챔버층의 상면에 상기 노즐층을 형성하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 잉크피드홀 및 지지빔은 상기 기판의 저면 쪽을 상기 희생층의 노출될 때 까지 식각함으로써 형성되는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 잉크피드홀 및 지지빔을 형성하는 단계는,

    상기 기판의 하면에 상기 잉크피드홀의 형성 영역을 노출시키는 제1 마스크를 마련하는 단계;

    상기 기판의 하면에 상기 지지빔의 형성을 위한 적어도 하나의 제2 마스크를 마련하는 단계;

    건식 식각에 의하여 상기 제2 마스크는 제거하고 상기 기판의 저면을 소정 깊이까지 식각하는 단계;

    상기 제1 마스크를 통하여 상기 희생층이 노출될 때까지 상기 기판의 저면을 식각함으로써 상기 잉크피드홀 및 지지빔을 형성하는 단계; 및

    상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 제2 마스크와 기판은 식각되는 속도가 서로 다른 물질로 이루어지는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 제1 마스크는 금속 또는 포토레지스트(photoresist)로 이루어지며, 상기 제2 마스크는 포토레지스트로 이루어지는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 마스크가 포토레지스트로 이루어지고, 상기 제1 마스크는 상기 제2 마스크보다 두껍게 형성되는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
24. 제 20 항에 있어서,

    상기 기판은 실리콘으로 이루어지는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.

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