KR20140073204A - 잉크젯 프린팅 장치 및 노즐 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 잉크젯 프린팅 장치는, 노즐을 통하여 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액추에이터를 포함한다. 노즐은, 테이퍼 형상의 제1노즐부와, 제1노즐부로부터 연장된 제2노즐부와, 제2노즐부로부터 연장된 테이퍼 형상의 제3노즐부를 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치 및 노즐 형성 방법{Inkjet printing device and nozzle forming method}
잉크젯 프린팅 장치 및 노즐 형성 방법, 특히 미세 노즐을 통하여 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 프린팅 장치 및 그 노즐 형성 방법이 개시된다.
잉크젯 프린팅 장치는 잉크의 미세한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정의 화상을 인쇄하는 장치이다.
잉크젯 프린팅 장치에는 그 토출 방식에 따라 압전체의 변형에 의하여 잉크를 토출시키는 압전 방식(piezoelectric)의 잉크젯 프린팅 장치와, 정전기력에 의하여 잉크를 토출시키는 정전 방식(electrostatic)의 잉크젯 프린팅 장치가 있다. 정전 방식의 잉크젯 프린팅 장치에는 정전 유도(electrostatic induction)에 의하여 잉크 액적을 토출하는 방식과, 대전 안료(charged pigments)를 정전기력에 의하여 축적시킨 다음, 잉크 액적을 토출하는 방식이 있다.
균일한 미세 액적을 토출할 수 있는 잉크젯 프린팅 장치 및 그 노즐 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
출구의 형상과 직경이 균일한 노즐을 구비하는 잉크젯 프린팅 장치 및 그 노즐 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에 따른 잉크젯 프린팅 장치는, 노즐; 잉크를 상기 노즐을 통하여 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액추에이터;를 포함하며, 상기 노즐은, 테이퍼 형상의 제1노즐부; 상기 제1노즐부로부터 연장된 제2노즐부; 상기 제2노즐부로부터 연장된 테이퍼 형상의 제3노즐부;를 포함한다.
상기 제2노즐부는 상기 노즐의 연장 방향에 대하여 예각으로 테이퍼진 형상일 수 있다.
상기 제2노즐부의 테이퍼 각도는 상기 제1노즐부와 상기 제3노즐부의 테이퍼 각도보다 작을 수 있다.
상기 제1노즐부와 상기 제3노즐부의 테이퍼 각도는 동일할 수 있다.
상기 장치는, 상기 노즐의 주위에 위치되는 트렌치;를 더 포함할 수 있다.
상기 트렌치는 상기 노즐의 주위에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 트렌치는 상기 노즐의 일 방향의 양측부에 상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 노즐의 출구는 상기 트렌치의 내부로 연장될 수 있다.
상기 노즐은 다각뿔 형상일 수 있다.
상기 노즐은 단결정 실리콘 기판에 형성될 수 있다.
상기 노즐은 사각뿔 형상일 수 있다.
상기 장치는, 압력 챔버;를 더 포함하며, 상기 액추에이터는, 상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터;를 포함할 수 있다.
상기 액추에이터는, 상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터;를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법은, 기판를 제1면으로부터 식각하여 테이퍼진 제1몰입부를 형성하는 단계; 상기 기판의 상기 제1면의 반대면인 제2면으로부터 식각하여 상기 제1몰입부의 꼭지와 연통된 관통부를 형성하는 단계; 상기 제1몰입부와 상기 관통부를 식각하여, 상기 제1몰입부와 상기 관통부의 경계에 상기 제1몰입부와 다른 테이퍼 각도를 가진 제2몰입부를 형성하고 상기 관통부에 상기 제2몰입부와 다른 테이퍼 각도를 가진 제3몰입부를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제1몰입부, 상기 제2몰입부, 및 제3몰입부는 습식 식각 공정에 의하여 형성할 수 있다.
상기 관통부는 건식 식각 공정에 의하여 형성할 수 있다.
상기 제2몰입부의 테이퍼 각도는 상기 제1, 제3몰입부의 테이퍼 각도보다 작을 수 있다.
상기 제1몰입부와 상기 제3몰입부의 테이퍼 각도는 동일할 수 있다.
상기 방법은, 상기 기판을 제2면으로부터 식각하여 상기 제3몰입부의 주위에 상기 제2면으로부터 상기 제1면을 향하여 몰입된 트렌치를 형성하는 단계;를 더 구비할 수 있다.
상기 트렌치는 상기 노즐의 주위에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 트렌치는 상기 노즐의 일 방향의 양측부에 상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 트렌치를 형성하는 단계는 습식 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다.
상기 트렌치를 형성하는 단계를 수행하기 전에, 상기 제1, 제2, 제3몰입부에 보호층을 형성하는 단계;를 더 구비할 수 있다.
상기 기판은 단결정 기판일 수 있다.
상기 기판은 단결정 실리콘 기판일 수 있다.
상기 습식 식각 공정은 이방성 습식 식각 공정일 수 있다.
상기 제1 내지 제3몰입부는 전체적으로 사각뿔 형상일 수 있다.
상기 방법은, 상기 관통부를 형성하기 전에 상기 기판를 상기 제2면으로부터 연마하여 상기 기판의 두께를 감소시키는 단계;를 더 구비할 수 있다.
개시된 잉크젯 프린팅 장치의 실시예들에 따르면, 균일한 크기의 미세한 잉크 액적을 토출할 수 있다. 또한, 개시된 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법의 실시예들에 따르면, 출구 쪽을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼진 형태의 균일한 미세 노즐을 형성할 수 있다.
도 1은 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 잉크젯 프린팅 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 잉크젯 프린팅 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4a는 도 1, 도 2, 도 3의 "A"부의 상세도이다.
도 4b는 노즐의 테이퍼부와 관통부에 정렬 오차가 발생된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 노즐에 의하여 정렬 오차에 의한 노즐의 비대칭성이 완화된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5a은 트렌치를 구비하는 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
도 5b는 노즐 출구 주변의 등전위선을 도시한 도면이다.
도 5c는 노즐의 주위에 트렌치가 형성된 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6n은 노즐을 형성하는 방법의 일 실시예를 보여주는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7f는 노즐을 형성하는 방법의 일 실시예를 보여주는 도면들이다.
도 8은 기판을 한 번의 공정에 의하여 관통하여 테이퍼 형상의 다수의 노즐을 형성하는 경우의 기판 상의 하나의 칩(chip)에 형성된 다수의 노즐의 직경을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 노즐 형성 방법에 의하여 기판의 하나의 칩(chip)에 형성된 다수의 노즐의 직경을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 기판을 한 번의 공정에 의하여 관통하여 테이퍼 형상의 다수의 노즐을 형성하는 경우 기판 상의 칩(chip)의 위치에 따른 노즐의 직경을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 노즐 형성 방법에 의하여 기판 상의 칩(chip)의 위치에 따른 노즐의 직경을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 잉크젯 프린팅 장치 및 노즐 형성 방법의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 유로 플레이트(110)와, 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 개시되어 있다. 본 실시예의 액추에이터는 압력 구동력을 제공하는 압전 액추에이터(130)를 포함한다.
유로 플레이트(110)에는 잉크 유로와 잉크 액적을 토출시키기 위한 복수의 노즐(200)이 형성된다. 잉크유로는 잉크가 유입되는 잉크 인렛(121)과, 유입된 잉크를 담고 있는 복수의 압력 챔버(125)를 포함할 수 있다. 잉크 인렛(121)은 유로 플레이트(110)의 상면측에 형성될 수 있으며, 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결된다. 잉크 탱크로부터 공급된 잉크는 잉크 인렛(121)을 통해 유로 플레이트(110) 내부로 유입된다. 복수의 압력 챔버(125)는 유로 플레이트(110) 내부에 형성되며, 잉크 인렛(121)을 통해 유입된 잉크가 저장된다. 유로 플레이트(110) 내부에는 잉크 인렛(121)과 복수의 압력 챔버(125)를 연결하는 매니폴드(122, 123)와 리스트릭터(124)가 형성될 수 있다. 복수의 노즐(200)은 복수의 압력 챔버(125) 각각에 대해 하나씩 대응되어 연결된다. 복수의 압력 챔버(125)에 채워진 잉크는 복수의 노즐(200)을 통하여 액적의 형태로 토출된다. 복수의 노즐(200)은 유로 플레이트(110)의 하면측에 형성될 수 있으며, 1열 또는 2열 이상으로 배열될 수 있다. 유로 플레이트(110)에는 복수의 압력 챔버(125)와 복수의 노즐(200)을 각각 연결하는 복수의 댐퍼(126)가 마련될 수 있다.
유로 플레이트(110)는 미세 가공성이 양호한 재질의 기판, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유로 플레이트(110)는 잉크 유로가 형성되는 유로 형성 기판과 노즐(200)이 형성되는 노즐 기판(111)을 포함할 수 있다. 유로 형성 기판은 제1, 제2유로 형성 기판(113)(112)을 포함할 수 있다. 잉크 인렛(121)은 가장 상부에 위치한 제1유로 형성 기판(113)을 관통하도록 형성될 수 있으며, 복수의 압력 챔버(125)는 제1유로 형성 기판(113)에 그 하면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다. 복수의 노즐(200)은 가장 하부에 위치한 기판, 즉 노즐 기판(111)을 관통하도록 형성될 수 있다. 매니폴드(122, 123)는 제1유로 형성 기판(113)과 제2유로 형성 기판(112)에 각각 형성될 수 있다. 복수의 댐퍼(126)은 제2유로 형성 기판(112)을 관통하도록 형성될 수 있다. 순차 적층된 세 개의 기판, 즉 제1, 제2유로 형성 기판(113)(112) 및 노즐 기판(111)은 SDB(Silicon Direct Bonding)에 의해 접합될 수 있다. 유로 플레이트(110) 내부에 형성되는 잉크 유로는 도 1에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 다양한 구성으로 다양하게 배치될 수 있다.
압전 액추에이터(130)는, 잉크 토출을 위한 압전 구동력, 즉 복수의 압력 챔버(125)에 압력 변화를 제공하는 역할을 하는 것으로, 유로 플레이트(110)의 상면에 복수의 압력 챔버(125)에 대응하는 위치에 형성된다. 압전 액추에이터(130)는, 유로 플레이트(110)의 상면에 순차 적층되는 하부 전극(131), 압전막(132) 및 상부 전극(133)을 포함할 수 있다. 하부 전극(131)은 공통 전극의 역할을 하며, 상부 전극(133)은 압전막(132)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다. 압전전압 인가수단(135)은 하부 전극(131)과 상부 전극(133)에 압전구동전압을 인가한다. 압전막(132)은 압전전압 인가수단(135)으로부터 인가되는 압전구동전압에 의해 변형됨으로써 압력 챔버(125)의 상부벽을 이루는 제1 유로 형성 기판(113)을 변형시키는 역할을 하게 된다. 압전막(132)은 소정의 압전 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 형성될 수 있다.
도 2는 잉크젯 프린팅 장치의 다른 실시예의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 액추에이터는 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터(140)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 실시예와 차이가 있다. 정전 액추에이터(140)는 노즐(200) 내부의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 것으로서, 서로 대향하게 배치된 제1 정전 전극(141) 및 제2 정전 전극(142)을 포함할 수 있다. 정전전압 인가수단(145)은 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 정전구동전압을 인가한다.
예를 들어, 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)에 마련될 수 있다. 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)의 상면, 즉 제1 유로 형성 기판(113)의 상면에 잉크 인렛(121)이 형성된 영역에 배치될 수 있다. 제2 정전 전극(142)은 유로 플레이트(110)의 하면과 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있으며, 제2 정전 전극(142) 상에는 유로 플레이트(110)의 노즐들(128)로부터 토출되는 잉크 액적들이 인쇄되는 인쇄 매체(P)가 배치된다.
정전전압 인가수단(145)은 펄스 형태의 정전구동전압을 인가할 수 있다. 도 1에서는 제2 정전 전극(142)이 접지되나, 제1 정전 전극(141)이 접지될 수도 있다. 정전전압 인가수단(145)은 직류전압 형태의 정전구동전압을 인가할 수도 있다. 이 경우에, 제1 정전 전극(141) 또는 제2 정전 전극(142)이 접지될 수 있다. 제1 정전 전극(141)의 위치는 도 2에 도시된 위치에 한정되지 않는다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 제1 정전 전극(141)이 유로 플레이트(110)의 내부에 형성될 수도 있다. 예를 들어 제1 정전 전극(141)은 압력 챔버(125), 리스트릭터(124) 및 매니폴드(123)의 바닥면에 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110) 내부의 다양한 위치에 마련될 수 있다.
도 1과 도 2에서는 각각 압전 액추에이터(130)와 정전 액추에이터(140)를 구비하는 잉크젯 프린팅 장치의 실시예들에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터는 압전 구동력과 정전 구동력을 제공하는 압전 액추에이터(130)와 정전 액추에이터(140)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1 정전 전극(141)은 상기 하부 전극(131)과 일체로 형성되는 것도 가능하다.
잉크젯 기술은 전통적인 그래픽 인쇄로부터 그 영역을 확대하여 산업용의 프린터블 일렉트로닉스(printable electronics), 디스플레이(display), 바이오기술(biotechnoligy), 바이오과학(Bioscience) 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 이는 잉크젯 기술의 다이렉트 패터닝(direct patterning) 특성에 기인하는데, 포토리소그래피(photolithography) 공정이 수 개의 단계를 거쳐 원하는 패턴을 형성하는데 대하여 잉크젯 기술을 이용하면 더 적은 단계 나아가서는 한 단계의 공정으로 원하는 패턴을 형성할 수 있어 비용을 극적으로 낮출 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문이다. 또한, 전자회로를 제작하는데 있어서 잉크젯을 이용할 경우에는 평면이 아니거나 유연한 기판을 사용할 수 있는데, 이러한 특징 역시 포토리소그래피 기술로는 구현이 용이하지 않다.
상술한 바와 같이 잉크젯 기술을 디스플레이 분야나 인쇄 전자공학 분야에 활발하게 적용하기 위한 기술적 과제 중 하나가 초정밀 및 고해상도 인쇄 기술의 확보이다. 수 피코리터 내지는 수 펨토리터의 미세 액적을 토출하기 위하여 직경이 수 마이크로미터 또는 그 이하인 노즐이 필요하다. 이러한 미세한 노즐을 제작하는 데에는 제작 균일성의 확보할 수 있는 기술과 노즐의 형태를 출구 쪽으로 점차 수렴하는 형태로 정확하게 형성하는 기술이 요구된다. 이는, 노즐의 크기가 미세하기 때문에 적은 양의 크기 변화도 균일도에 영향을 줄 수 있으며, 노즐의 미세해짐에 따라 노즐의 출구에서 발생되는 압력 강하량이 증가하여 원하는 크기의 액적을 원하는 방향으로 토출할 수 없거나 액추에이터의 성능한계를 벗어나는 경우에는 액적이 토출되지 않을 수 있기 때문이다.
도 4a는 도 1, 도 2, 및 도 3의 "A"부를 상세히 도시한 도면이다. 도 4를 보면, 노즐(200)은 노즐 기판(111)을 관통하여 형성된다. 노즐(200)은 전체적으로 노즐 기판(111)의 상면(111a)으로부터 하면(111b)을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼 형상이다.
노즐(200)은 제1노즐부(210), 제2노즐부(220), 및 제3노즐부(230)를 포함한다. 제1노즐부(220)는 압력챔버(125)와 연통되며, 노즐 기판(111)의 상면(111a)으로부터 하면(111b)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상이다. 제2노즐부(220)는 제1노즐부(210)로부터 하면(111b)을 향하여 연장된다. 제2노즐부(220)는 하면(111b)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상일 수 있으며, 단면적이 동일한 원통형상일 수도 있다. 제3노즐부(230)는 제2노즐부(220)로부터 노즐 기판(111)의 하면(111b)까지 연장되며, 하면(111b)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상이다. 이와 같은 구성에 의하여 노즐(200)은 출구(240)의 직경이 매우 작고 전체적으로 테이퍼 형상이 된다.
노즐(200)은 예를 들어, 원뿔 형상 또는 다각뿔 형상일 수 있다. 노즐 기판(200)으로서 표면의 결정 방향이 <100>인 단결정 실리콘 기판이 적용되고, 습식 이방성 식각 공정이 적용되는 경우, 노즐(200)은 전체적으로 뒤집어진 사각뿔 형상이 될 수 있다. 노즐(200)의 단면 형상이 원형이 아닌 경우 출구(240)의 직경은 등가의 원의 직경으로 표시될 수 있다. 균일한 크기의 미세 액적을 토출하기 위하여는 출구(240)의 직경이 균일하여야 한다. 또한, 노즐(200)을 통과하는 동안의 압력 강하가 작을수록 잉크 액적이 크기를 정밀하게 제어할 수 있다.
한 번의 식각 공정에 의하여 노즐 기판(111)을 관통시켜 단면적이 감소하는 테이퍼 형태의 다수의 노즐을 형성하는 경우, 노즐 기판(111)의 두께 균일도가 출구(240)의 직경의 균일도에 영향을 미칠 수 있다. 다시 말해, 노즐 기판(111)의 두꺼운 영역에 형성된 노즐의 출구의 직경이 얇은 영역에 형성된 노즐의 출구의 직경보다 작을 수 있다. 또한, 단결정 실리콘 기판에 테이퍼진 형태의 노즐을 형성하기 위하여 이방성 식각 공정을 적용하는 경우에, 기판 전체를 관통하기 위하여는 매우 긴 식각 시간이 소요된다. 실리콘 기판의 내부에는 결정 결함이 존재할 수 있는데, 이 결정 결함은 식각 속도의 국부적인 차이를 유발하여 노즐 형상과 크기의 균일도를 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 식각 공정에서 발생되는 수소 기포가 일시적으로 기판의 표면에 흡착하여 노즐 균일도를 악화시킬 수 있다.
다른 예로서, 단결정 실리콘 기판의 표면으로부터 이방성 식각 공정을 이용하여 기판의 하면까지 관통하지 않는 테이퍼부를 형성하고 후 공정에 의하여 기판의 하면으로부터 테이퍼부까지 관통공을 형성하는 방식이 적용될 수 있다. 그러나, 이러한 형태는 예를 들어 도 4b에 도시된 바와 같이 노즐(1)의 테이퍼부(11)의 꼭지(apex)(12)와 관통공(2)이 정확하게 정렬되지 않는 경우, 즉 테이퍼부(11)의 꼭지(12)와 관통공(2)의 정렬오차(misalignment)가 발생된 경우, 잉크를 토출하는 과정에서 큰 압력강하를 유발할 수 있다. 다시 말하면, 정렬오차가 발생된 경우에는 테이퍼부(1)과 연결된 관통공(2)의 길이가 정렬오차가 없는 경우(점선으로 도시)에 비하여 길어져서 잉크를 토출하는 과정에서 압력강하가 상대적으로 커질 수 있다. 그러므로, 압력 강하를 고려하여 큰 구동력을 제공하는 액추에이터가 필요하다. 또한, 정렬오차가 발생되는 경우 테이퍼부(11)가 토출 방향에 대하여 비대칭이 되므로 토출되는 잉크의 직진성이 저하될 수 있다. 비대칭성이 잉크의 직진성에 미치는 영향은 노즐의 직경이 작을수록 커진다. 따라서, 미세 액적을 토출하기 위하여 수 마이크론, 예를 들어 3마이크론 정도의 직경을 갖는 노즐을 형성하는 경우 정렬오차는 잉크의 직진성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 노즐(200)이 제1 내지 제3노즐부(210)(220)(230)에 의하여 형성된다. 이와 같은 구성에 따르면, 제1 내지 제3노즐부(210)(220)(230)가 개별적인 공정에 의하여 형성될 수 있므로 개별 공정에서의 식각 시간을 줄일 수 있다. 따라서, 기판(111)의 결정 결함, 기포 등에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.
또한, 노즐(200)의 출구(240)의 직경이 개별 공정에 의하여 형성되는 테이퍼진 제3노즐부(230)에 의존되므로 기판(111)의 두께에 따른 직경의 변화를 줄여 출구(240)의 직경이 균일한 노즐(200)이 구현될 수 있다.
또한, 본 실시예의 노즐(200)에 따르면, 노즐(200)의 비대칭성을 완화하여 노즐(200) 내에서의 압력 강하를 줄일 수 있으며 토출되는 잉크의 직진성을 향상시킬 수 있다. 도 4b를 참조하면, 노즐(1)의 직경(d0)가 예를 들어 3미크론이고 정렬오차(d1)이 1.5미크론이라면, 정렬 오차(d1)는 노즐(1)의 직경(d0)의 거의 50%가 된다. 도 4c를 참조하면, 본 실시예의 노즐(200)은 제1노즐부(210)와 제3노즐부(230)가 제2노즐부(220)에 의하여 연결되므로, 노즐(200)이 전체적으로 균일하게 테이퍼진 형상이 된다.
도 4c를 참조하면, 정렬 오차에 의하여 제3노즐부(230)가 제1노즐부(210)의 꼭지(211)에 대하여 d1만큼 편위되었다고 하더라도 비대칭성에 영향을 미치는 것은 제2노즐부(220)의 직경(d2)이다. 제2노즐부(220)의 직경(d2)은 제3노즐부(230)의 직경(d1)보다 크다. 예를 들어, 제3노즐부(230)의 직경(d1)이 약 3미크론인 경우 제2노즐부(220)의 직경은 예를 들어 약 30미크론 정도가 된다. 그러므로, 편위량 d1에 의한 비대칭성은 실질적으로 제2노즐부(220)의 직경(d2)의 약 5%가 되며, 이는 도 4b에 도시된 예에 비하여 비대칭성이 약 1/10로 줄어들 수 있다는 것을 의미한다. 이와 같이, 본 실시예의 노즐(200)은 미세한 출구(240) 직경(d1)을 가지면서도 노즐(200)이 전체적으로 거의 균일한(비대칭성이 매우 작은) 테이퍼 형상이므로, 비대칭성에 기인하는 압력 강하를 줄일 수 있음은 물론 잉크의 직진성 역시 향상시킬 수 있다.
제1 내지 제3노즐부(210)(220)(230)는 각각 제1 내지 제3테이퍼 각도(G1)(G2)(G3)를 가진다. 제1 내지 제3노즐부(210)(220)(230)의 테이퍼 방향은 동일하다. 다시 말해, 제1 내지 제3노즐부(210)(220)(230)는 노즐 기판(111)의 하면(111b)을 향하여 단면적이 감소하는 형상이다. 제2테이퍼 각도(G2)는 노즐(200)의 연장 방향에 대하여 예각이다. 즉, 제2테이퍼 각도(G2)는 90도보다 작다. 제2테이퍼 각도(G2)는 제1 및 제3테이퍼 각도(G1)(G3)보다 작을 수 있다. 또한, 제1테이퍼 각도(G1)와 제3테이퍼 각도(G2)는 동일할 수 있다.
도 5a는 잉크젯 프린트 헤드의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 5a를 참조하면, 노즐(200)의 주위에는 노즐 기판(111)의 하면(111b)으로부터 단차면(111c)에까지 몰입된 트렌치(160)가 형성될 수 있다. 이에 의하여 전체적으로 노즐(200)의 형상은 하면(111b)을 향하여 뾰족한 형상이 된다.
일반적으로 전하는 뾰족한 부분에 집중되는 경향이 있다. 도 5b를 참조하면, 트렌치(160)로 인하여 정전구동전압에 의한 등전위선이 노즐(200)의 출구(240) 부근에 집중되어 노즐(200)의 출구(240) 부근에 매우 큰 전기장이 형성되어 노즐(200)의 출구(240)에서의 정전 구동력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 액적을 매우 효과적으로 가속할 수 있으며, 주어진 정전구동전압의 크기 하에서 액적의 크기를 더욱 줄일 수 있다. 또한, 수 피코리터, 나아가서는 수 펨토리터의 초 미세 잉크 액적을 인쇄 매체(P)에까지 안정적으로 토출할 수 있다.
도 5c는 노즐 주위에 트렌치가 형성된 잉크젯 프린트 헤드의 실시예를 도시한 사시도이다. 도 5c를 참조하면, 노즐 기판(111)에는 제1방향(X)으로 연장된 노즐 블록(170)이 마련되고, 트렌치(160)는 노즐 블록(170)에 대하여 제1방향(X)과 직교하는 제2방향(Y)에 위치되며, 제1방향(X)으로 연장된다. 이에 의하여, 노즐 기판(111)은 노즐 블록(170)과 트렌치(160)가 제2방향(Y)으로 교대로 배열된 형태가 되며, 노즐 블록(170)의 제2방향(Y)의 양측에 트렌치(160)가 위치된다. 노즐(200)은 노즐 기판(111)의 노즐 블록(170)을 관통하여 형성된다.
잉크젯 프린팅 장치를 사용하여 인쇄작업을 수행하는 경우 노즐(200) 주위에는 잉크, 먼지 등이 부착될 수 있다. 이러한 이물질은 노즐(200)을 통하여 토출되는 잉크 액적의 형태과 양을 변형시키거나 잉크 액적의 토출 방향을 왜곡시킬 수 있다. 그러므로, 노즐(200)을 통하여 잉크를 토출하기 전, 또는 잉크를 규정된 횟수만큼 토출한 후 주기적으로, 또는 인쇄를 완료한 후에 노즐(200) 주위에 묻은 잉크를 제거하기 위한 와이핑(wiping) 작업이 수행될 수 있다. 와이핑 작업은 예를 들어 고무 재질, 펠트(felt) 재질 등으로 된 블레이드, 롤러 등의 와이핑 수단을 이용하여 노즐 기판(111)의 하면을 제1방향(X) 또는 제2방향(Y)으로 닦아냄으로서 수행될 수 있다.
도 5c에 도시된 실시예의 잉크젯 프린팅 장치에 따르면, 제1방향(X)으로 연장된 형태의 노즐 블록(170)에 노즐(200)을 형성되고, 노즐 블록(170)의 제2방향(Y) 측에만 트렌치(160)가 형성된다. 그러므로, 노즐 블록(170)이 전체적으로 제1방향(X)으로 연장된 형태이므로 노즐 블록(170) 자체가 상당한 강성을 가진다. 그러므로, 와이핑 과정에서 노즐(128)의 손상 위험을 낮출 수 있다. 더불어, 노즐(200)의 제2방향(Y)의 단면은 뽀족한 형태를 유지하므로 정전 구동력을 증가시킬 수 있다.
복합 방식의 잉크젯 프린팅 장치는, 잉크에 압전구동력과 정전구동력을 제공하여 미세한 액적의 잉크를 토출하는 장치로서, 압전 액츄에이터(130)에 인가되는 압전 구동 전압과 정전 액추에이터(140)에 인가되는 정전 구동 전압의 인가 순서, 크기 및 지속 시간을 제어함으로써, 잉크 액적을 서로 다른 크기와 형태로 토출하는 다수의 구동 모드로 구동될 수 있다. 예를 들어, 노즐의 크기에 비해 작은 크기를 가진 미세 액적을 토출하는 드리핑 모드(dripping mode), 드리핑 모드보다 더 작은 크기의 미세 액적을 토출하는 콘-제트 모드(cone-jet mode), 잉크 액적을 제트 스트림 형태로 토출하는 스프레이 모드(spray mode)로 구동될 수 있다.
이와 같이, 압전 구동 방식과 정전 구동방식을 혼용하므로, DOD(drop on demand)방식으로 잉크를 토출할 수 있어 프린팅 작업을 제어하기가 용이하다. 또한, 출구(240)를 향하여 단면적이 점차 감소하고 주변에 트렌치(160)가 형성되어 전체적으로 뽀족한 형태의 노즐(200)을 채용함으로써, 초 미세 액적을 구현하기 쉬우며, 토출된 잉크 액적의 직진성을 향상시켜 정밀 인쇄를 구현할 수 있다.
이하, 도 6a 내지 도 6n을 참조하면서 노즐 형성 방법의 실시예를 설명한다.
[제1몰입부(410)의 형성]
기판(300)의 일면에 식각 마스크를 형성한다. 예를 들어, 도 6a를 참조하면, 기판(300)으로서, 상면(301)의 결정 방향이 <100> 방향인 실리콘 단결정 기판를 준비한다. 그런 다음, 마스크층(311)을 형성한다. 마스크층(311)은 예를 들어, SiO2층일 수 있다. SiO2층은 기판(300)를 산화시켜 형성될 수 있다. 다음으로, 마스크층(311) 위에 포토레지스트층(312)을 형성하고, 이를 예를 들어 리소그래피법에 의하여 패터닝하여 마스크층(311)의 일부(313)를 노출시킨다. 포토레지스트층(312)을 마스크로 하여 마스크층(311)을 패터닝하고 포토레지스트층(312)을 제거하면, 도 6b에 도시된 바와 같이 개구(314)가 형성된 마스크층(311)이 형성된다. 마스크층(311)을 패터닝하는 공정은 예를 들어, HF용액(buffered Hydrogen Fluoride acid)을 이용한 습식 식각 공정 또는 플라즈마 건식 식각(plasma dry etching) 공정에 의하여 수행될 수 있다.
개구(314)의 형상은 예를 들어 원형일 수 있다. 개구(314)의 직경은 최종적으로 형성될 노즐(200)의 직경을 감안하여 선정될 수 있다. 원형의 개구(314)가 형성된 마스크층(311)을 채용하면 후술하는 이방성 습식 식각 공정에서 기판(300)의 결정 방향과 마스크 패턴 간의 정렬이 불필요하다. 따라서, 정방형 또는 장방형의 개구가 형성된 마스크층을 사용하는 경우에 발생될 수 있는 기판(300)의 결정 방향과의 정렬 오차에 기인하는 노즐(200) 형상의 불균일 문제를 해소할 수 있다.
마스크층(311)을 식각 마스크로 하여 기판(300)를 상면(제1면)(301)으로부터 식각한다. 이 공정은 예를 들어 90℃, 20% TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)를 이용하는 이방성 습식 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 이 경우의 식각 속도는 대략 0.8~0.9㎛/min 정도이다. 도 6c를 참조하면, 기판(300)의 상면의 결정 방향은 <100> 방향이며, 식각이 진행된 면의 결정 방향은 <111>방향이다. <100> 방향과 <111> 방향의 식각 속도의 차이로 인하여, 식각은 아래쪽으로 빠르게 옆으로는 느리게 수행된다. 이에 의하여 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 기판(300)에는 아래쪽으로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼 형상의 제1몰입부(410)가 형성된다. 제1몰입부(410)는 단면이 사각형인 사각뿔 형상(역피라미드 형상)이 된다. 엄밀하게는 개구(314)의 외측을 향하여 약간의 언더 에칭(under etching)이 발생되므로 사각뿔 형상의 제1몰입부(410)의 상단부는 원형의 개구(314)에 완전히 내접하는 형태는 아닐 수 있다. 제1몰입부(410)의 경사 각도(E)는 습식 이방성 식각 공정에 따르면 예를 들어, 약 54.7도 정도일 수 있다.
제1몰입부(410)는 기판(300)의 하면(제2면)(302)까지 관통되지 않는다. 식각 시간을 조절함으로써 제1몰입부(410)의 깊이(d410)를 조절할 수 있다. 필요에 따라서, 도 6e에 도시된 바와 같이 식각, 폴리싱(polishing) 등에 의하여 기판(300)의 하면(302)으로부터 연마하는 박화(thinning)공정이 수행될 수 있다.
[관통부(440)의 형성]
도 6f에 도시된 바와 같이 기판(300)의 하면(302)에 제1몰입부(410)의 꼭지(411)와 정렬된 개구(322)가 형성된 마스크층(321)을 형성한다. 마스크층(321)은 예를 들어, SiO2 또는 Si2N4 등으로 형성될 수 있다. 기판(300)의 하면(302)에 SiO2 또는 Si2N4 등을 증착(deposit)한 후에, 리소그래피법에 의하여 제1몰입부(410)의 꼭지(411)와 정렬된 위치에 대응되는 부분의 SiO2 또는 Si2N4 등을 제거함으로써, 개구(322)를 형성할 수 있다.
마스크층(321)을 식각 마스크로 하여 기판(300)를 하면(302)으로부터 예를 들어 건식 식각하여, 도 6g에 도시된 바와 같이 제1몰입부(410)와 연통된 관통부(440)를 형성한다.
도 6h는 도 6g의 "B"부의 상세도이다. 도 6h를 참조하면, 점선으로 도시된 바와 같이 관통부(440)와 제1몰입부(410)가 정확하게 정렬되는 것이 이상적이다. 그러나, 실질적으로는 정렬 오차가 발생될 수 있으며, 실선으로 도시된 바와 같이 관통부(440)가 제1몰입부(410)의 꼭지(441)에 대하여 어긋나게 형성될 수 있다. 이상적인 경우에 관통부(440)와 제1몰입부(410)는 점선으로 도시된 바와 같이 관통 방향에 대하여 대칭이 된다. 그러나, 정렬 오차가 발생되면, 실선으로 도시된 바와 같이 관통부(440)의 관통 방향의 길이가 불균일해지고, 제1몰입부(410) 역시 관통 방향에 대하여 비대칭적인 형상이 된다. 이는 전술한 바와 같이 잉크 토출과정에서의 큰 압력 강하와 직진성 저하를 유발하는 요인이 될 수 있다.
[제2, 제3몰입부(420)(430)의 형성]
상술한 바와 같은 정렬 오차를 해소하기 위하여, 제1몰입부(410)와 관통부(440)를 식각하는 공정이 수행될 수 있다. 도 6g에서 마스크층(311)과 마스크층(321)이 식각 마스크로 이용될 수 있다. 식각은 예를 들어 제1몰입부(410)를 형성하는 공정과 동일한 습식 이방성 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 다만, 식각량이 작으므로 공정 시간은 제1몰입부(410)를 형성하는 공정에 비하여 작게 설정된다. 공정 시간은 조건에 따라 다르나, 예를 들어 약 10분 정도로 설정될 수 있다.
도 6i를 참조하면, 관통부(440)의 벽면의 식각이 시작됨에 따라, 기판(300)의 하면(302)으로부터 <111>방향의 식각면(451)이 형성되며, 식각면(451)과 제1몰입부(410)를 연결하는 연결면(452)이 형성된다. 식각이 진행되면 도 6k에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)가 형성된다. 제3몰입부(430)는 식각면(451)에 의하여 형성되며, 제2몰입부(420)는 식각면(451)과 제1몰입부(410)를 연결하는 연결면(452)에 의하여 형성된다. 연결면(452)은 관통부(440)의 벽면이 식각되면서 최초의 관통 각도를 유지하면서 쉬프트(shift)되어 형성될 수 있다. 또한, 횡방향의 식각 속도보다 상하방향의 식각 속도가 더 빠를 수 있다. 그러므로, 제2몰입부(420)의 테이퍼 각도(g420)은 제1몰입부(410)의 테이퍼 각도(g410)보다 작다. 또한, 제3몰입부(430)를 형성하는 식각면(451)은 <111>면이므로, 제3몰입부(430)의 테이퍼 각도(g430)는 제1몰입부(410)의 테이퍼 각도(g410)와 동일할 수 있다.
관통부(440)는 관통 방향과 나란하거나 또는 기판(300)의 하면(302)을 향하여 단면적이 점차 좁아지는 테이퍼 형상일 수 있다. 만일, 도 6j에 실선으로 도시된 바와 같이 관통부(440)가 기판(300)의 하면(302)을 향하여 단면적이 점차 넓어지는 테이퍼 형상으로 형성된 경우에는, 관통부(440)를 재식각하는 과정에서 도 6j에 점선으로 도시된 바와 같이 연결면(452)이 제1몰입부(410) 및 식각면(451)과 반대 방향으로 테이퍼진 형상이 되어, 큰 압력강하를 유발하는 형상이 될 수 있다. 이를 방지하기 위하여는 식각면(451)이 기판(300)의 상면에 도달할 때까지 식각하여 연결면(452)을 제거하여야 하므로 긴 식각시간이 필요하여 공정 시간의 증가를 초라하게 된다. 본 실시예에 따르면, 관통부(440)를 관통 방향과 나란한 통형 또는 제1몰입부(410)와 동일한 방향의 테이퍼 형상으로 형성함으로써, 전체적으로 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)이 동일한 방향으로 테이퍼진 형상이 되도록 할 수 있으며, 식각 공정 시간을 줄일 수 있다.
도 6l에 도시된 바와 같이 마스크층(311)(321)을 제거하면, 기판(300)의 상면(301)으로부터 하면(302)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상의 제1몰입부(410)와, 제1몰입부(410)로부터 하면(302)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상의 제2몰입부(420)와, 제2몰입부(420)로부터 하면(302)을 향하여 단면적이 감소하는 테이퍼 형상의 제3몰입부(430)가 형성된다. 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)는 각각 도 4a의 제1, 제2, 제3노즐부(210)(220)(230)에 대응된다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같은 노즐(200)이 형성될 수 있다.
제1몰입부(410)의 부분적인 식각과 관통부(440)의 전체적인 식각에 의하여 제2, 제3몰입부(420)(430)가 형성되므로, 제1몰입부(410)과 관통부(440)의 정렬 오차에 의한 비대칭성이 완화되며, 도 6l에 도시된 바와 같이 균일한 정사각형 형상과 균일한 직경의 출구(240)를 가지는 노즐(200)이 형성될 수 있다.
[트렌치(160)의 형성]
도 6m에 도시된 바와 같이, 도 6l에 도시된 상태에서 적어도 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)의 내측 벽면에 보호층(331)을 형성한다. 보호층(331)은 예를 들어 SiO2층일 수 있다. 이 경우, 보호층(331)은 기판(300)을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 그런 다음, 기판(300)의 하면(302)의 마스크층(321)을 예를 들어 리소그래피 공정에 의하여 일부(323) 제거하여 트렌치(160)가 형성될 부분을 정의한다. 이에 의하여 기판(300)의 하면(302)이 일부 노출된다. 트렌치(160)가 형성될 부분은 트렌치(160)의 형성 범위에 따라 다르게 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 노즐(200)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성되는 경우에는, 일부(323)는 제3몰입부(430)의 출구측을 에워싸는 형태가 된다. 또, 예를 들어 도 5c에 도시된 바와 같이 노즐(200)의 일방향의 양측에만 트렌치(160)가 형성되는 경우에는, 일부(323)는 제3몰입부(430)의 출구로부터 양측으로 이격된 스트라이프 형상이 된다.
다음으로, 마스크층(321)을 식각 마스크로 하여 기판(300)을 하면(302)으로부터 단차면(303)까지 식각하여 도 6n에 도시된 바와 같이 트렌치(160)를 형성하고, 보호층(331)과 마스크층(311)(321)을 제거한다. 이에 의하여, 노즐(200) 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 잉크젯 프린팅 장치(도 5a) 또는 노즐(200)의 일 방향(예를 들어, 도 5c의 Y 방향)에만 트렌치(160)가 형성된 잉크젯 프린팅 장치(도 5c)가 제조될 수 있다.
도 7a 내지 도 7k를 참조하면서, 노즐 형성 방법의 다른 실시예를 설명한다.
[제1몰입부(410)의 형성]
전술한 도 6a 내지 도 6e에 도시된 공정에 의하여 제1몰입부(410)를 형성하고, 필요에 따라 박화(thinning) 공정을 수행한다.
[관통부(440)의 형성]
도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 하면(302)에 제1마스크층(341)을 형성한다. 제1마스크층(341)은 예를 들어 TEOS(tetraethoxysilane)를 증착하여 형성될 수 있다. 제1마스크층(341)에는 제1몰입부(410)의 꼭지(411)와 정렬된 개구(342)가 마련된다. 제1마스크층(341)은 기판(300)의 하면(302) 중에서 개구(342) 주변의 일부 영역에만 형성된다. 그러므로, 기판(300)의 하면(302) 중에서 개구(342)의 주변 영역을 제외한 영역(302a)은 노출된다. 영역(302a)은 필요에 따라 후술하는 바와 같이 트렌치(160)가 형성되는 영역이다. 그러므로, 제1마스크층(341)은 관통부(440)를 형성하는 영역과 트렌치(160)를 형성하는 영역을 정의한다. 이와 같은 형태의 제1마스크층(341)은 기판(300)의 하면(302)에 전체적으로 TEOS층을 증착하고, 예를 들어, 리소그래피 공정에 의하여 개구(342) 및 영역(302a)에 대응되는 TEOS층을 제거함으로써 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제2마스크층(351)을 형성한다. 제2마스크층(351)은 기판(300)의 하면(302)의 노출된 영역(302a)과 개구(342)를 제외한 제1마스크층(341)을 덮는다. 제2마스크층(351)은 예를 들어 포토레지스트를 도포함으로써 형성될 수 있다.
제2마스크층(351)을 식각 마스크로 하여, 개구(342)를 통하여 기판(300)을 예를 들어 건식 식각하여 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1몰입부(410)와 연통된 관통부(440)를 형성한다.
이러한 형태의 관통부(440)는 제1몰입부(410)와 정렬 오차가 발생될 수 있음은 도 6h를 참조하여 설명한 바와 같다. 그러므로, 이제 이 정렬 오차를 보상하기 위한 공정이 수행된다.
[제2, 제3몰입부(420)(430)의 형성]
도 7d에 도시된 바와 같이, 제2마스크층(351)을 제거하고, 습식 이방성 식각 공정에 의하여 관통부(440)를 식각한다. 그러면, 도 6i, 도 6k를 참조하여 설명한 바와 같이 식각면(451)과, 제1몰입부(410)와 식각면(451)을 연결하는 연결면(452)에 의하여, 각각 제3몰입부(430) 및 제2몰입부(420)가 형성된다. 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)는 각각 도 4의 제1, 제2, 제3노즐부(210)(220)(230)에 대응된다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같은 노즐(200)이 형성될 수 있다. 제1몰입부(410)의 부분적인 식각과 관통부(440)의 전체적인 식각에 의하여 제2, 제3몰입부(420)(430)가 형성되므로, 제1몰입부(410)와 관통부(440)의 정렬 오차에 의한 비대칭성이 완화되며, 균일한 정사각형 형상과 균일한 직경의 출구(24)를 가진 노즐(200)이 형성될 수 있다.
기판(300)의 하면(302)의 노출된 영역(302a) 역시 습식 식각에 의하여 일부 식각되어 부분 단차면(303a)이 형성된다. 이 상태에서, 마스크층(311) 및 제1마스크층(341)을 제거하면, 도 4에 도시된 바와 같은 노즐(200)이 형성될 수 있다.
[트렌치(160)의 형성]
도 7e에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3몰입부(410)(420)(430)의 내측 벽면에 보호층(361)을 형성한다. 보호층(361)은 예를 들어 TEOS층일 수 있다. 보호층(361)은 후술하는 트렌치(160)를 형성하기 위한 식각 공정에서 제1 내지 제3몰입부(410)(420)(430)의 손상을 방지하기 위한 것이다. 기판(300)의 하면(302)에는 트렌치(160)가 형성될 부분을 정의하는 제1마스크층(341)이 형성되어 있다. 트렌치(160)가 형성될 부분은 트렌치(160)의 형성 범위에 따라 다르게 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 노즐(200)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성되는 경우에는, 제1마스크층(341)은 제3몰입부(430)의 출구측을 에워싸는 형태가 된다. 또, 예를 들어 도 5c에 도시된 바와 같이 노즐(200)의 일 방향의 양측에만 트렌치(160)가 형성되는 경우에는, 제1마스크층(341)은 제3몰입부(430)의 출구가 개구된 스트라이프 형상이 된다.
제1마스크층(341)을 식각 마스크로 하여, 기판(300)을 부분 단차면(303a)으로부터 단차면(303)까지 식각하여 도 7f에 도시된 바와 같이 트렌치(160)를 형성한다.
후 공정으로서, 보호층(361)과 마스크층(311), 및 제1마스크층(341)을 제거하면, 노즐(200) 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 잉크젯 프린팅 장치(도 5a) 또는 노즐(200)의 일 방향(예를 들어, 도 5c의 Y 방향)에만 트렌치(160)가 형성된 잉크젯 프린팅 장치(도 5c)가 제조될 수 있다.
도 8은 기판을 한 번의 공정에 의하여 관통하여 테이퍼 형상의 다수의 노즐을 형성하는 경우의 기판 상의 하나의 칩(chip)에 형성된 다수의 노즐의 직경을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 가로축은 기판의 칩(chip)에 형성된 노즐의 번호이다. 직경의 평균값은 약 3.5 미크론, 최소값은 약 2.3 미크론, 최대값은 약 5.5 미크론이며, 직경의 불균일도는 약 41% 이다.
도 9는 일 실시예의 노즐 형성 방법에 의하여 기판의 하나의 칩(chip)에 형성된 다수의 노즐(200)의 직경(NID)을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 가로축은 기판의 칩(chip)에 형성된 노즐의 번호이다. 직경의 평균값은 약 4.5 미크론, 최소값은 약 4.4 미크론, 최대값은 약 4.6 미크론이며, 직경의 불균일도는 약 2.3% 로서 도 8에 도시된 예에 비하여 매우 균일한 직경의 노즐들을 형성할 수 있음을 확인할 수 있다. 다시 말해, 식각 공정의 불균일성 기인하는 노즐 직경의 불균일성이 완화될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 기판을 한 번의 공정에 의하여 관통하여 테이퍼 형상의 다수의 노즐을 형성하는 경우 기판 상의 칩(chip)의 위치에 따른 노즐의 직경을 측정한 다른 결과를 도시한 그래프이다. 가로축은 기판 상의 칩(chip) 번호이다. 직경의 평균값은 약 5.0 미크론, 최소값은 약 3.8 미크론, 최대값은 약 6.0 미크론이며, 직경의 불균일도는 약 44% 이다.
도 11은 일 실시예의 노즐 형성 방법에 의하여 기판 상의 칩(chip)의 위치에 따른 노즐(200)의 직경(NID)을 측정한 다른 결과를 도시한 그래프이다. 가로축은 기판 상의 칩(chip) 번호이다. 직경의 평균값은 약 5.8 미크론, 최소값은 약 5.5 미크론, 최대값은 약 6.0 미크론이며, 직경의 불균일도는 약 8% 로서 도 10에 도시된 예에 비하여 매우 균일한 직경의 노즐들을 형성할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 기판(300)의 두께의 불균일성에 기인하는 노즐 직경의 불균일이 완화될 수 있음을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110... 유로 플레이트 111...노즐 기판
112...제2 유로 형성 기판 113...제1 유로 형성 기판
121... 잉크 인렛(ink inlet) 122, 123... 매니폴드
124... 리스트릭터 125... 압력챔버
126... 댐퍼 130... 압전 액추에이터
131... 하부전극 132... 압전막
133... 상부전극 140...정전 액추에이터
141... 제1 정전 전극 142... 제2 정전 전극
160...트렌치 200...노즐
210, 220, 230...제1, 제2, 제3노즐부
240..노즐의 출구

Claims (29)

  1. 노즐;
    잉크를 상기 노즐을 통하여 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액추에이터;를 포함하며,
    상기 노즐은,
    테이퍼 형상의 제1노즐부;
    상기 제1노즐부로부터 연장된 제2노즐부;
    상기 제2노즐부로부터 연장된 테이퍼 형상의 제3노즐부;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2노즐부는 상기 노즐의 연장 방향에 대하여 예각으로 테이퍼진 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2노즐부의 테이퍼 각도는 상기 제1노즐부와 상기 제3노즐부의 테이퍼 각도보다 작은 잉크젯 프린팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐부와 상기 제3노즐부의 테이퍼 각도는 동일한 잉크젯 프린팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 주위에 위치되는 트렌치;를 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트렌치는 상기 노즐의 주위에 전체적으로 형성되는 잉크젯 프린팅 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 트렌치는 상기 노즐의 일 방향의 양측부에 상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성되는 잉크젯 프린팅 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 노즐의 출구는 상기 트렌치의 내부로 연장된 잉크젯 프린팅 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 다각뿔 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 단결정 실리콘 기판에 형성된 잉크젯 프린팅 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노즐은 사각뿔 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 챔버;를 더 포함하며,
    상기 액추에이터는,
    상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  15. 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법으로서,
    기판를 제1면으로부터 식각하여 테이퍼진 제1몰입부를 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제1면의 반대면인 제2면으로부터 식각하여 상기 제1몰입부의 꼭지와 연통된 관통부를 형성하는 단계;
    상기 제1몰입부와 상기 관통부를 식각하여, 상기 제1몰입부와 상기 관통부의 경계에 상기 제1몰입부와 다른 테이퍼 각도를 가진 제2몰입부를 형성하고 상기 관통부에 상기 제2몰입부와 다른 테이퍼 각도를 가진 제3몰입부를 형성하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1몰입부, 상기 제2몰입부, 및 제3몰입부는 습식 식각 공정에 의하여 형성하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 관통부는 건식 식각 공정에 의하여 형성하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2몰입부의 테이퍼 각도는 상기 제1, 제3몰입부의 테이퍼 각도보다 작은 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1몰입부와 상기 제3몰입부의 테이퍼 각도는 동일한 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기판을 제2면으로부터 식각하여 상기 제3몰입부의 주위에 상기 제2면으로부터 상기 제1면을 향하여 몰입된 트렌치를 형성하는 단계;를 더 구비하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 트렌치는 상기 노즐의 주위에 전체적으로 형성되는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 트렌치는 상기 노즐의 일 방향의 양측부에 상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성되는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 트렌치를 형성하는 단계는 습식 식각 공정에 의하여 수행되는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 트렌치를 형성하는 단계를 수행하기 전에, 상기 제1, 제2, 제3몰입부에 보호층을 형성하는 단계;를 더 구비하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  25. 제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 단결정 기판인 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 기판은 단결정 실리콘 기판인 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 습식 식각 공정은 이방성 습식 식각 공정인 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3몰입부는 전체적으로 사각뿔 형상인 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
  29. 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통부를 형성하기 전에 상기 기판를 상기 제2면으로부터 연마하여 상기 기판의 두께를 감소시키는 단계;를 더 구비하는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 형성 방법.
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