JP2004237732A - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 吐出されるインクを収容するインクチャンバが表面側に形成され、インクコンテナからインクチャンバにインクを供給する通路であるリストリクタがインクチャンバの底面から基板の背面を貫通して形成された基板と、基板の表面に積層されてインクチャンバの上部壁をなすものであって、インクチャンバの中心部と対応する位置にノズルが形成され、その内部にはヒータ及びヒータに電流を印加するための導体が設けられたノズルプレートと、を具備するインクジェットプリントヘッド。
【選択図】 図５

Description

本発明はインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に係り、特に効率及び性能が向上した改善された構造のインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関する。

一般的にインクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像で印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドはインク液滴の吐出メカニズムによって２方式に大別される。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させ、そのバブルの膨張力によりインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは圧電体を使用し、その圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。

前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでのインク液滴吐出メカニズムをより詳細に説明すれば次の通りである。抵抗発熱体よりなるヒータにパルス状の電流が流れれば、ヒータで熱が発生しながらヒータに隣接したインクは約３００℃に瞬間加熱される。これによりインクが沸騰しながらバブルが生成され、生成されたバブルは膨脹してインクチャンバ内に満たされたインクに圧力を加える。これによってノズル付近にあったインクがノズルを通じて液滴の形でインクチャンバの外に吐出される。

このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは一般的に次のような要件を満たさねばならない。第１に、なるべくその製造が簡単であり製造コストが低く、かつ大量生産が可能でなければならない。第２に、高画質の画像を得るためには隣接したノズル間の干渉は抑制しながらも隣接したノズル間の間隔はなるべく狭くなければならない。すなわち、ＤＰＩ（Ｄｏｔｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を高めるためには多数のノズルを高密度で配置しなければならない。第３に、高速印刷のためには、インクチャンバからインクが吐出された後、インクチャンバにインクがリフィルされる周期がなるべく短くなければならない。すなわち、加熱されたインク及びヒータの冷却が速くなされて駆動周波数を高めなければならない。

一方、このような熱駆動方式は、バブルの成長方向及びインク液滴の吐出方向によってまたトップシューティング方式、サイドシューティング方式及びバックシューティング方式に分類される。トップシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが直角をなす方式であり、バックシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが互いに反対のインク吐出方式をいう。

前記方式のうち従来バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドが図１ないし図４に図示されている。

まず、図１は特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドの分離斜視図である。

図１を参照すれば、インクジェットプリントヘッドはインク供給管３１が形成されたインクコンテナ３０の上部にノズル３２及びインクチャンバ３４が形成された基板３６が積層された構造を有する。ここで、ノズル周囲にはヒータ（図示せず）が配置されている。

前記のような構造で、ヒータにパルス形態の電流が加えて熱が発生すれば、インクチャンバ３４内のインクは沸騰しながらバブルが生成される。このように生成されたバブルは膨脹し続けてインクチャンバ３４内のインクに圧力を加えるようになり、これによりインクがノズル３２を通じて液滴の形で吐出される。

バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドでは、インクが吐出される方向にバブルエネルギーが効率的に使われるためにはバブルの生成方向にインクの流動が抑制されるように流れ抵抗が大きくなければならない。

しかし、前記インクジェットプリントヘッドでは、インクチャンバ３４とインクコンテナ３０間に流れ抵抗を与える部分が存在しない。したがって、バブルの生成方向への流動を制限できないために同じ運動量のインクを吐出するためにはさらに大きいエネルギーを加えねばならない。また、インクチャンバ３４の高さが基板３６の厚さとほとんど同一であるので、非常に薄い基板を使用しなければインクチャンバ３４の大きさが大きくなり、これによりバブルに直接影響されるインクの量が多くなる。これはインクの慣性が大きくなることを意味し、このようなインクの慣性は作動周波数の限界をもたらす。

図２は、特許文献２に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示した断面図である。

図２を参照すれば、インクが流れるインクチャンネル４０の一端にはノズル４２が形成されており、前記ノズル４２周囲にはヒータ４４が配置されている。また、前記インクチャンネル４０はバブルの生成方向にその断面積が段々大きくなるように形成されている。

このようなインクジェットプリントヘッドでは、バブルの生成方向に流れ抵抗が減少するので、インクを吐出させるために多くのバブルエネルギーを必要とする。

図３は、特許文献３に開示された他のインクジェットプリントヘッドの構造を示した断面図である。

図３を参照すれば、基板６５の上部にはほぼ半球形のインクチャンバ５０が形成されており、その下部にはインクチャンバ５０にインクを供給するマニホールド５４が形成されている。また、前記インクチャンバ５０の底部中央にはインクチャンバ５０とマニホールド５４とを連結するインクチャンネル５２が形成されている。そして、基板６５の上面にはノズル５８が形成されたノズルプレート６０が積層されてインクチャンバ５０の上部壁をなし、このようなノズルプレート６０にはノズル５８を取り囲むヒータ５６が設けられている。

図４は、特許文献４に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示した断面図である。

基板７０には、その表面側にほぼ半球形に形成されてインクが満たされるインクチャンバ７２と、インクチャンバ７２より浅い深さで形成されてインクチャンバ７２にインクを供給するインクチャンネル７４とが設けられ、その背面側にはインクチャンネル７４にインクを供給するマニホールド７６が形成されている。そして、基板７０の表面には複数の物質膜よりなるノズルプレート８０が積層されてインクチャンバ７２の上部壁をなす。このようなノズルプレート８０にはインクチャンバ７２の中心部に対応する位置にインクが吐出されるノズル７８が形成されており、前記ノズル７８周囲にはノズル７８を取り囲む環状のヒータ８２が設けられている。図面において、参照符号８４はノズルガイドを示し、これはインク液滴の吐出方向をガイドしてインク液滴を基板７０の表面に垂直な方向に正確に吐出させるためのものである。

以上説明したように、図３及び図４に図示されたインクジェットプリントヘッドはインクチャンネルとインクコンテナ間にマニホールドが形成された構造を有している。しかし、前記のようなインクジェットプリントヘッドでは、インクチャンネルを加工しにくく、加工が可能であるとしても形状に制約があるか、または加工されたインクチャンネル間に偏差が存在する。

基板の上方でインクチャンネルを加工する場合には、インクチャンネルの形状に制約がある。すなわち、基板の上側でインクチャンネルを加工する方法を使用すればノズルの形状がインクチャンネルの形状にそのまま転写される。一般的に管の流れ抵抗は管の長さに比例し、管の断面積の自乗に反比例するが、このような加工方法を使えば流れ抵抗は管の長さだけで調節できる。したがって、バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの性能を左右するノズルとインクチャンネルとの流れ抵抗比を調節し難くなる。そして、吐出されるインクの安定のためにはノズルの長さが十分に長くなければならないが、このような場合、インクチャンネルの長さも共に長くなければならない。このように長いインクチャンネルを長いノズルを通じて加工すれば加工時間が長くなる。また、加工時間が長くなるにつれてヒータの下部分に存在する保護膜のエッチングされる量が段々増加するため、この保護膜も必要以上厚く形成しなければならない問題点がある。

基板の下方でインクチャンネルを加工する場合には、マニホールドの段差ゆえにその加工方法が容易でないだけでなく加工されたとしても偏差が存在する。また、マニホールドの深さは一般的に４００μｍ以上になるがに、このように大きい段差を有する構造で既存の半導体装備でフォトリソグラフィ工程を行うことは容易ではない。まず、フォトレジストの塗布過程でメッキの可能なフォトレジストを使用するか、またはスプレーコーターのような特殊な装備を使用する必要がある。そして、フォトレジストの露光過程で一般的な露光装置ではない改造されたプロジェクションアライナのような特殊な装備を使用する必要がある。しかも、前記のように加工したとしても段差のない所の加工より大きい偏差が発生する。流れ抵抗は管の断面積の自乗に反比例するので、インクチャンネルの加工時に発生する小さな偏差はインクジェットプリントヘッドの性能に大きな影響を及ぼす。
米国特許第５，７６０，８０４号公報 米国特許第６，０１９，４５７号公報 米国特許第６，０１９，４５７号公報 米国特許第６，４７８，４０８号公報

本発明は前記のような問題点を解決するために考案されたものであって、プリントヘッドの効率及び性能が向上した、改善された構造のインクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供するところにその目的がある。

前記の目的を達成するために、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、吐出されるインクを収容するインクチャンバが表面側に形成され、インクコンテナから前記インクチャンバにインクを供給する通路であるリストリクタが前記インクチャンバの底面から前記基板の背面を貫通して形成された基板と、前記基板の表面に積層されて前記インクチャンバの上部壁をなすものであって、前記インクチャンバの中心部と対応する位置にノズルが形成され、その内部にはヒータ及び前記ヒータに電流を印加するための導体が設けられたノズルプレートと、を具備する。

前記リストリクタの長さは２００〜７５０μｍであることが望ましい。

前記ヒータはノズルを取り囲む形に形成され、ＴａＡｌ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｗ及びポリシリコンよりなるグループから選択されたいずれか一つよりなることが望ましい。

前記ノズルプレートは複数の保護層を具備する。ここで、前記保護層は前記基板上に順次積層される第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒータは前記第１保護層と前記第２保護層間に設けられ、前記導体は前記第２保護層と前記第３保護層間に設けられることが望ましい。そして、前記保護層はＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｔａ、Ｐｄ、Ａｕ、ＴａＯ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｒＮ及びＲｕＯ_２よりなるグループから選択された少なくともいずれか一つよりなることが望ましい。

前記ノズルプレートは前記保護層上に積層される熱発散層をさらに具備する。ここで、前記熱発散層は前記ノズルの上部を限定し、前記ヒータとその周辺の熱を外部に発散させるために熱伝導性のある金属物質よりなることが望ましい。前記熱発散層はＮｉ、Ｆｅ、Ａｕ、Ｐｄ及びＣｕよりなるグループから選択された少なくともいずれか一つよりなり、前記熱発散層の厚さは１０μｍ以上であることが望ましい。

一方、本発明によるインクジェットプリントヘッドの製造方法は、（ａ）基板を備える段階と、（ｂ）前記基板上に複数の保護層を順次積層しながら、ヒータと前記ヒータに連結される導体とを前記保護層間に形成する段階と、（ｃ）前記保護層上に熱発散層を形成し、前記保護層と前記熱発散層とを貫通するノズルを形成する段階と、（ｄ）前記基板の背面をエッチングしてインクコンテナと連結されるリストリクタを形成する段階と、（ｅ）前記ノズルを通じて露出された基板を前記リストリクタと連結されるようにエッチングしてインクが満たされるインクチャンバを形成する段階と、を含む。

ここで、前記（ｂ）段階は、前記基板の上面に第１保護層を形成する段階と、前記第１保護層上に前記ヒータを形成する段階と、前記第１保護層及び前記ヒータ上に第２保護層を形成する段階と、前記第２保護層上に前記導体を形成する段階と、前記第２保護層及び前記導体上に第３保護層を形成する段階と、を含むことが望ましい。

前記（ｃ）段階は、前記保護層をパターニングして前記基板の表面を露出させる段階と、露出された基板の上部に前記ノズルを形成するための犠牲層を形成する段階と、前記保護層上に熱発散層を形成する段階と、前記犠牲層を除去してノズルを形成する段階と、を含むことが望ましい。

前記犠牲層はフォトレジストよりなることが望ましい。

前記熱発散層は電気メッキによって形成され、１０μｍ以上の厚さに形成されることが望ましい。

本発明によるインクジェットプリントヘッド及びその製造方法は次のような効果がある。

第１に、基板にインクチャンバ及びリストリクタを形成することによってバックシューティング方式プリントヘッドの効率を向上させることができる。

第２に、基板の一部をエッチングしてインクチャンバを形成することによって大きいインクチャンバによって発生する作動周波数の限界問題を解決できる。

第３に、従来に基板に形成されたマニホールドを除去することによってより均一なリストリクタを製造できる。これによりプリントヘッドの収率を向上させることができ、かつ同じチップ内でノズル間の性能差を減らすことができる。

第４に、インクジェットプリントヘッドの製造工程を単純化でき、従来インクジェットプリントヘッドを製造する装備以外に別途の装備を必要としないのでリストリクタの加工にかかるコストを節減できる。

以下、添付された図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示し、図面上で各構成要素の大きさは説明の明瞭性のためで便宜上誇張されていることがある。また、ある層が基板や他の層上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接接しながらその上に存在することもあり、その間に第３の層の存在することもある。

図５は、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。

図５を参照すれば、インクジェットプリントヘッドにはインク吐出部１０３が２列に配置され、各インク吐出部１０３と電気的に連結されるボンディングパッド１０１が配置されている。図面でインク吐出部１０３は２列に配置されているが、１列に配置されることもあり、解像度をさらに高めるために３列以上に配置されることもある。

図６は、図５に図示されたVI−VI’線に沿ったインクジェットプリントヘッドの断面図である。

図６を参照して本実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を詳細に説明すれば次の通りである。

まず、基板１００にはその表面方向にインが満たされるインクチャンバ１０６がほぼ半球形に形成されている。ここで、前記基板１００としては、集積回路の製造に広く使われるシリコンウェーハが使われる。

前記インクチャンバ１０６にインクを供給するためのリストリクタ１０８がインクチャンバ１０６の底面から垂直に基板１００の背面を貫通するように形成されている。ここで、前記リストリクタ１０８は約２００〜７５０μｍの長さに形成されることが望ましい。このようなリストリクタ１０８は、基板１００の背面側に設けられたインクコンテナ２００と吐出されるインクを収容するインクチャンバ１０６とを直接連結するインク流路である。したがって、マニホールド及びインクチャンネルを通じてインクチャンバにインクを供給するように構成された従来のインクジェットプリントヘッドとは違って、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、インクコンテナ２００からリストリクタ１０８を通じてインクチャンバ１０６に直接インクを供給する。

基板１００の上部にはインクチャンバ１０６の上部壁をなすノズルプレート１２０が設けられている。前記ノズルプレート１２０は基板１００上に積層された多数の物質層よりなる。この物質層は第１、第２、第３保護層１２１、１２３、１２５と熱発散層１２６とを含む。そして、第１保護層１２１と第２保護層１２３間にはヒータ１２２が設けられ、第２保護層１２３と第３保護層１２５間には前記ヒータ１２２に電流を印加（供給）するための導体１２４が設けられる。

前記第１保護層１２１はノズルプレート１２０をなす多数の物質層のうち最下方の物質層であって、基板１００の表面に形成されている。前記第１保護層１２１はその上に形成されるヒータ１２２とその下の基板１００間の絶縁及びヒータの保護のための物質層であって、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｔａ、Ｐｄ、Ａｕ、ＴａＯ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｒＮまたはＲｕＯ_２よりなるか、あるいはこれらが複数の膜で積層された物質よりなる。

第１保護層１２１上にはインクチャンバ１０６内のインクを加熱するヒータ１２２がノズル１０４を取り囲む形に設けられている。このヒータ１２２はＴａＡｌ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｗまたはポリシリコンのような発熱抵抗体よりなる。

第１保護層１２１及びヒータ１２２上には第２保護層１２３が形成されている。第２保護層１２３はその上に設けられる導体１２４とその下のヒータ１２２間の絶縁及びヒータの保護のための物質層であって、前述した第１保護層１２１と同じ物質よりなる。

第２保護層１２３上にはヒータ１２２と電気的に連結されてヒータ１２２にパルス状の電流を印加する導体１２４が設けられている。前記導体１２４の一端は第２保護層１２３に形成されたコンタクトホールを通じてヒータ１２２に接続され、その他端部はボンディングパッド（図５の１０１）に電気的に連結される。そして、前記導体１２４は導電性の良好な金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金でなりうる。

第２保護層１２３及び導体１２４上には第３保護層１２５が形成されている。第３保護層１２５は前述した第１及び第２保護層１２１、１２３と同じ物質よりなりうる。

第３保護層１２５上には熱発散層１２６が形成されている。このような熱発散層１２６はノズルプレート１２０をなす多数の物質層のうち最上部の物質層であって、ヒータ１２２とその周辺の熱を外部に発散させる機能をする。したがって、熱発散層１２６はＮｉ、Ｆｅ、Ａｕ、ＰｄまたはＣｕのような熱伝導性の良好な金属物質よりなることが望ましい。このような熱発散層１２６は前記金属物質を電気メッキすることによって１０μｍ以上の厚さに比較的厚く形成される。このために、第３保護層１２５と熱発散層１２６間には前記金属物質の電気メッキのためのシード層（図示せず）が設けられ、このようなシード層はＣｒ、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｕなどの電気伝導性が良好な金属よりなる。

一方、前記ノズルプレート１２０にはインクチャンバ１０６の中心部に対応する位置にインクチャンバ１０６からインクが吐出されるノズル１０４が垂直に貫通形成されている。前記ノズル１０４の下部は円筒形に第１、第２及び第３保護層１２１、１２３、１２５に形成され、前記ノズル１０４の上部は出口側に行きつつ直径が小さくなるテーパー状に熱発散層１２６に形成される。このようにノズル１０４の上部がテーパー状に形成された場合には、インクの吐出後にインク表面のメニスカスがさらに速く安定する長所がある。

以上のようなインクジェットプリントヘッドからインクが吐出される過程を説明すれば次の通りである。

まず、リストリクタ１０８、インクチャンバ１０６及びノズル１０４にインクが満たされた状態で、導体１２４を通じてヒータ１２２にパルス形態の電流が印加されればヒータ１２２で熱が発生する。このように発生した熱はヒータ１２２下の第１保護層１２１を通じてインクチャンバ１０６内部のインクに伝達され、これによりインクが沸騰してバブルが生成される。生成されたバブルは継続的な熱の供給によって膨脹し、これによりノズル１０４内部のインクはノズル１０４の外に押し出される。この時、バブルの膨脹方向にはリストリクタ１０８の存在によって流路抵抗が増加するようになるので、バブルエネルギーはインクチャンバ１０６内部のインクを外部に押し出すのにさらに効率的に使われうる。

次に、バブルが最大に膨脹する時点で印加した電流を遮断すれば、バブルは収縮して消滅される。この時、インクチャンバ１０６内には負圧がかかってノズル１０４内部のインクはまたインクチャンバ１０６内部に戻る。これと同時に、ノズル１０４外部に押し出された部分は慣性力によって液滴の形でノズル１０４内部のインクと分離されて吐出される。

最後に、インクチャンバ１０６内部の負圧がなくなれば、ノズル１０４内部に形成されているメニスカスに作用する表面張力によりインクは再びノズル１０４の出口端部側に上昇する。これにより、インクチャンバ１０６の内部はインクコンテナ２００からリストリクタ１０８を通じて供給されるインクにより再び満たされる。インクのリフィルが完了して初期状態に復帰すれば、前記過程が反復される。

以下では、前記本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの製造方法を説明する。

図７ないし図１７は、図６に図示されたインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。

まず、図７を参照すれば、本実施例で基板１００としてはシリコンウェーハを加工して使用する。シリコンウェーハは半導体素子の製造に広く使われるものであって、プリントヘッドの大量生産に効果的である。

一方、図７はシリコンウェーハの極に一部を示したものであって、本発明によるインクジェットプリントヘッドは一つのウェーハで数十ないし数百個のチップ状態に製造できる。

そして、備えられた基板１００の上面に第１保護層１２１を形成する。第１保護層１２１はＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｔａ、Ｐｄ、Ａｕ、ＴａＯ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｒＮまたはＲｕＯ_２よりなるか、またはこれらが複数の膜で積層された物質よりなる。

次に、図８に図示されたように、基板１００の上面に形成された第１保護層１２１上にヒータ１２２を形成する。前記ヒータ１２２は第１保護層１２１の全表面にＴａＡｌ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｗまたはポリシリコンのような発熱抵抗体を所定厚さに蒸着した後、これを環状にパターニングすることによって形成できる。

次いで、図９に図示されたように、第１保護層１２１及びヒータ１２２の上面に第２保護層１２３を形成する。第２保護層１２３は前述した第１保護層１２１と同じ物質よりなりうる。

次に、図１０に図示されたように、第２保護層１２３上に導体１２４を形成する。具体的に、導体１２４は第２保護層１２３を部分的にエッチングしてヒータ１２２の一部分、すなわち導体１２４と接続される部分を露出させるコンタクトホールを形成した後、第２保護層１２３の上面に電気伝導性の良好な金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金をスパッタリングにより所定の厚さに蒸着し、これをパターニングすることによって形成できる。

次に、図１１に図示されたように、第２保護層１２３及び導体１２４上に第３保護層１２５を形成する。第３保護層１２５は前述した第１及び第２保護層１２１、１２３と同じ物質よりなる。

次いで、図１２に図示されたように、前記第１、第２及び第３保護層１２１、１２３、１２５をエッチングして基板１００の表面を露出させるノズル１０４の下部を形成する。具体的に、ノズル１０４の下部は、ヒータ１２２の内側に第３、第２及び第１保護層１２５、１２３、１２１を反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により順次エッチングすることによって形成できる。

次に、図１３に図示されたように、露出された基板１００上部にノズル１０４を形成するための犠牲層１３０を形成する。ここで、前記犠牲層１３０はフォトレジストよりなる。具体的に、図１２の結果物の全表面にフォトレジストを塗布した後、これを所定形状にパターニングしてノズルが形成される部分のフォトレジストだけ残す。

次いで、第３保護層１２５の上面には図１４に図示された熱発散層１２６の電気メッキのためのシード層（図示せず）を形成する。前記シード層は、電気メッキのために導電性の良好なＣｒ、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｕなどの金属をスパッタリングにより約５００〜２０００Åの厚さに蒸着することによって形成できる。

次に、図１４に図示されたように、シード層の上面に所定厚さの金属物質よりなる熱発散層１２６を形成する。熱発散層１２６は熱伝導性の良好な金属、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ａｕ、ＰｄまたはＣｕなどをシード層の上面に電気メッキして形成できる。この時、前記熱発散層１２６の厚さは１０μｍ以上であることが望ましい。一方、電気メッキが完了した後の熱発散層１２６の表面は、その下に形成された物質層野により凹凸を有する。したがって、化学機械的研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程により熱発散層１２６の表面を平坦化できる。

次いで、図１５に図示されたように、犠牲層１３０をエッチングしてノズル１０４を形成する。これにより多数の物質層よりなるノズルプレート１２０が完成される。

次に、図１６に図示されたように、基板１００の背面をエッチングしてリストリクタ１０８を形成する。リストリクタ１０８は基板１００の背面を誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング方法によってエッチングして形成でき、その長さは約２００〜７５０μｍであることが望ましい。一方、前記リストリクタ１０８は湿式エッチング方法によって形成することもある。この時、次の工程のためにリストリクタ１０８が形成された基板１００の背面に保護膜を蒸着することもある。この保護膜はシリコンをエッチングするためのエッチングマスクであって、Ｃ_ｘＨ_ｙ、Ｃ_ｘＦ_ｙ、Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚなどのポリマーやＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣなどのような絶縁物質よりなりうる。

最後に、図１７に図示されたように、基板１００の表面にインクが満たされるインクチャンバ１０６を形成する。インクチャンバ１０６はリストリクタ１０８と連結されるようにノズル１０４を通じて露出された基板１００の表面を等方性エッチングすることによって形成できる。具体的に、インクチャンバ１０６はＸｅＦ_２、ＢｒＦ_３ガスをエッチングガスとして使用して基板１００の表面を乾式エッチングする。それにより、インクチャンバ１０６がほぼ半球形に形成されつつリストリクタ１０８と連結される。

以上で本発明の望ましい実施例を詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。例えば、本発明でプリントヘッドの各要素を構成するために使われる物質は例示されていない物質を使用することもある。すなわち、基板は必ずしもシリコンでなくてもよく加工性の良い他の物質に代替でき、ヒータ、導体、保護層、熱発散層も同様である。また、各物質の積層及び形成方法も単に例示されたものであって、多様な蒸着方法及びエッチング方法が適用されうる。合わせて、各段階で例示された具体的な数値は、製造されたプリントヘッドが正常的に作動できる範囲内でいくらでも例示された範囲を離脱して調整されうる。また、本発明のプリントヘッドの製造方法の各段階の順序は例示されたものと違ってもよい。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められねばならない。

本発明は、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像で印刷するインクジェットプリントヘッドに適用されうる。

従来バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの構造を示した図面である。 従来バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの構造を示した図面である。 従来バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの構造を示した図面である。 従来バックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの構造を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。 図５のVI−VI’線に沿って断面図である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した図面である。

符号の説明

１０１ ボンディングパッド
１０３ インク吐出部
１０４ ノズル
１０６ インクチャンバ

Claims (17)

1. 吐出されるインクを収容するインクチャンバが表面側に形成され、インクコンテナから前記インクチャンバにインクを供給する通路であるリストリクタが前記インクチャンバの底面から前記基板の背面を貫通して形成された基板と、
   前記基板の表面に積層されて前記インクチャンバの上部壁をなすものであって、前記インクチャンバの中心部と対応する位置にノズルが形成され、その内部にはヒータ及び前記ヒータに電流を印加するための導体が設けられたノズルプレートと、を具備することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 前記リストリクタの長さは２００〜７５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
3. 前記ヒータはノズルを取り囲む形に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 前記ヒータはＴａＡｌ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｗ及びポリシリコンよりなるグループから選択されたいずれか一つよりなることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 前記ノズルプレートは複数の保護層を具備することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 前記保護層は前記基板上に順次積層される第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒータは前記第１保護層と前記第２保護層間に設けられ、前記導体は前記第２保護層と前記第３保護層間に設けられることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記保護層はＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｔａ、Ｐｄ、Ａｕ、ＴａＯ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｒＮ及びＲｕＯ_２よりなるグループから選択された少なくともいずれか一つよりなることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 前記ノズルプレートは前記保護層上に積層される熱発散層をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. 前記熱発散層は前記ノズルの上部を限定し、前記ヒータとその周辺の熱を外部に発散させるために熱伝導性のある金属物質よりなることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
10. 前記熱発散層はＮｉ、Ｆｅ、Ａｕ、Ｐｄ及びＣｕよりなるグループから選択された少なくともいずれか一つよりなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. 前記熱発散層の厚さは１０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
12. （ａ）基板を備える段階と、
    （ｂ）前記基板上に複数の保護層を順次積層しながら、ヒータと前記ヒータに連結される導体とを前記保護層間に形成する段階と、
    （ｃ）前記保護層上に熱発散層を形成し、前記保護層と前記熱発散層とを貫通するノズルを形成する段階と、
    （ｄ）前記基板の背面をエッチングしてインクコンテナと連結されるリストリクタを形成する段階と、
    （ｅ）前記ノズルを通じて露出された基板を前記リストリクタと連結されるようにエッチングしてインクが満たされるインクチャンバを形成する段階と、を含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
13. 前記（ｂ）段階は、
    前記基板の上面に第１保護層を形成する段階と、
    前記第１保護層上に前記ヒータを形成する段階と、
    前記第１保護層及び前記ヒータ上に第２保護層を形成する段階と、
    前記第２保護層上に前記導体を形成する段階と、
    前記第２保護層及び前記導体上に第３保護層を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
14. 前記（ｃ）段階は、
    前記保護層をパターニングして前記基板の表面を露出させる段階と、
    露出された基板の上部に前記ノズルを形成するための犠牲層を形成する段階と、
    前記保護層上に熱発散層を形成する段階と、
    前記犠牲層を除去してノズルを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
15. 前記犠牲層はフォトレジストよりなることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
16. 前記熱発散層は電気メッキによって形成されることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
17. 前記熱発散層は１０μｍ以上の厚さに形成されることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
    
    

Images