(57)【要約】【課題】　側壁によって限定されるインクチャンバを有した一体型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】　インクジェットプリントヘッドは、インクチャンバ、マニホルド及びインクチャンネルが形成された基板と、基板の表面から所定深さに形成されて少なくともインクチャンバの幅を限定する側壁と、基板上に積層された多数の物質層よりなり、インクチャンバからインクの吐出されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、ノズルプレートの物質層間に設けられるヒータ及び導体と、を備える。前記ノズルプレートは、基板上に一体に構成され、前記インクチャンバは側壁をエッチング阻止壁として利用しつつノズルを通じて露出された基板を等方性エッチングすることによってなされる。【選択図】　図３
2004130810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　表面側には吐出されるインクが充填されるインクチャンバが形成され、背面側には前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホルドが形成され、前記インクチャンバと前記マニホルド間にはインクチャンネルが貫通されて形成された基板と、
　前記基板の表面から所定深さに形成されて少なくとも前記インクチャンバの幅を限定する側壁と、
　前記基板上に積層された多数の物質層よりなり、前記インクチャンバからインクの吐出されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、
　前記ノズルプレートの前記物質層間に設けられ、前記インクチャンバの上部に位置して前記インクチャンバの内部のインクを加熱するヒータと、
　前記ノズルプレートの前記物質層間に設けられ、前記ヒータと電気的に連結されて前記ヒータに電流を印加する導体と、を備えることを特徴とする一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
　前記インクチャンバが狭くて長い形状を有するように、前記側壁は前記インクチャンバの少なくとも一部を取り囲む形態に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
　前記側壁は、前記インクチャンバを略直方体形状に取り囲むことを特徴とする請求項２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
　前記側壁の一部側面は、曲面よりなることを特徴とする請求項２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
　前記側壁は、金属物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
　前記側壁は、絶縁物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
　前記側壁は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物よりなることを特徴とする請求項６に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
　前記ノズルは、前記インクチャンバの幅方向の中心部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
　前記ヒータは、前記インクチャンバの上側の前記ノズルプレート内に前記ノズルと平面上で重ねられない位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
　前記インクチャンネルは、前記基板を垂直に貫通して前記インクチャンバと前記マニホルドとを連結可能な位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
　前記インクチャンネルの断面形状は、円形、楕円形または多角形であることを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
　前記ノズルプレートは、基板上に積層された多数の保護層と、前記保護層上に形成されて前記ヒータ及び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熱発散層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
　前記保護層は、前記基板上に順次に積層された第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１２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
　前記熱発散層は、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｕのうち何れか一つの金属よりなることを特徴とする請求項１２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
　前記熱発散層は、電気メッキによって厚さ１０〜１００μｍに形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
　前記ノズルプレートには前記インクチャンバの上側に配置され、前記ヒータ及び導体から絶縁され、前記基板と前記熱発散層とに接触される熱伝導層が設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
　前記熱伝導層は、金属物質よりなることを特徴とする請求項１６に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１８】
　前記導体と前記熱伝導層は同じ金属物質よりなり、同じ保護層上に設けられることを特徴とする請求項１７に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項１９】
　前記導体及び前記熱伝導層は、アルミニウム、アルミニウム合金、金及び銀のうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項１８に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
　前記導体と前記熱伝導層間には絶縁層が設けられたことを特徴とする請求項１６に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項２１】
　前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は、出口側に行くほど断面積が狭まるテーパ状になったことを特徴とする請求項１２に記載の一体型インクジェットプリントヘッド。
【請求項２２】
　（ａ）基板を備える段階と、
　（ｂ）前記基板の内部に前記基板をなす物質とは異なる所定物質よりなる側壁を形成する段階と、
　（ｃ）積層された多数の物質層よりなり、前記物質層を貫通するノズルが形成されたノズルプレートを前記基板上に一体に形成しつつ、ヒータ及び前記ヒータに連結される導体を前記物質層間に形成する段階と、
　（ｄ）前記側壁をエッチング阻止壁として利用しつつ前記ノズルを通じて露出された前記基板を等方性エッチングして前記側壁によって限定されるインクチャンバを形成する段階と、
　（ｅ）前記基板の背面をエッチングしてインクを供給するマニホルドを形成する段階と、
　（ｆ）前記マニホルドと前記インクチャンバ間の前記基板を貫通されるようにエッチングしてインクチャンネルを形成する段階と、を備えることを特徴とする一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２３】
　前記（ａ）段階で、前記基板はシリコンウェーハよりなることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２４】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁は前記インクチャンバが形成される部位の少なくとも一部を取り囲む形態に形成され、前記インクチャンバが狭くて長い形状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２５】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁の一部側面は曲面よりなることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２６】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁は金属物質よりなることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２７】
　前記（ｂ）段階は、
　前記基板の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスクを形成する段階と、
　前記エッチングマスクを通じて露出された前記基板を所定深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、
　前記エッチングマスクを除去する段階と、
　前記基板の表面に前記金属物質を蒸着して前記トレンチの内部を前記金属物質で充填して前記側壁を形成し、前記基板上には前記金属物質よりなる金属物質層を形成する段階と、
　前記基板上に形成された前記金属物質層をエッチングして除去する段階と、を備えることを特徴とする請求項２６に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２８】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁は絶縁物質よりなることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２９】
　前記絶縁物質は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物であることを特徴とする請求項２８に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３０】
　前記（ｂ）段階は、
　前記基板の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスクを形成する段階と、
　前記エッチングマスクを通じて露出された前記基板を所定深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、
　前記エッチングマスクを除去する段階と、
　前記基板の表面に前記絶縁物質を蒸着して前記トレンチの内部を前記絶縁物質で充填して前記側壁を形成し、前記基板上には前記絶縁物質よりなる絶縁物質層を形成する段階と、を備えることを特徴とする請求項２８に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３１】
　前記（ｃ）段階は、
　（ｃ−１）前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、前記ヒータと前記導体を前記保護層間に形成する段階と、
　（ｃ−２）前記保護層上に金属よりなる熱発散層を形成しつつ、前記ノズルを前記保護層及び前記熱発散層を貫通するように形成する段階と、を備えることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３２】
　前記（ｃ−１）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３１に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３３】
　前記ヒータは、四角形で形成されることを特徴とする請求項３２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３４】
　前記（ｃ−１）段階で、前記保護層間に前記インクチャンバの上側に配置され、前記ヒータ及び導体から絶縁され、前記基板及び前記熱発散層に接触される熱伝導層を形成することを特徴とする請求項３１に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３５】
　前記熱伝導層は、金属物質を所定厚さに蒸着することで形成されることを特徴とする請求項３４に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３６】
　前記熱伝導層は、前記導体と同じ金属物質で同時に形成されることを特徴とする請求項３４に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３７】
　前記導体上に絶縁層を形成した後、前記絶縁層上に前記熱伝導層を形成することを特徴とする請求項３４に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３８】
　前記（ｃ−２）段階で、前記熱発散層はＮｉ、Ｃｕ及びＡｕのうち何れか一つの金属よりなることを特徴とする請求項３１に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３９】
　前記（ｃ−２）段階で、前記熱発散層は電気メッキによって厚さ１０〜１００μｍに形成されることを特徴とする請求項３１に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４０】
　前記（ｃ−２）段階は、
　前記インクチャンバが形成される部位の上部に所定の直径で前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、
　前記下部ノズルの内部に第１犠牲層を形成する段階と、
　前記第１犠牲層上に上部ノズルを形成するための第２犠牲層を形成する段階と、
　前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキによって形成する段階と、
　前記第２犠牲層と前記第１犠牲層とを除去して前記下部ノズル及び前記上部ノズルよりなる前記ノズルを形成する段階と、を備えることを特徴とする請求項３１に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４１】
　前記下部ノズルは、前記保護層を反応性イオンエッチングによってドライエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４２】
　前記第１犠牲層及び前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成した後、前記第２犠牲層を形成することを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４３】
　前記下部ノズルを形成した後、前記保護層と前記下部ノズルとによって露出された前記基板上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成した後、前記第１犠牲層及び第２犠牲層を順次に形成することを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４４】
　前記下部ノズルを形成した後、前記保護層と前記下部ノズルとによって露出された前記基板上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成した後、前記第１犠牲層及び第２犠牲層を一体に形成することを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４５】
　前記第１及び第２犠牲層は、フォトレジストまたは感光性ポリマよりなることを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４６】
　前記熱発散層を形成する段階後に、前記熱発散層の上面を化学機械的研磨工程によって平坦化する段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項４０に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４７】
　前記（ｄ）段階で、前記側壁の付近では前記側壁によって水平方向のエッチングは阻止され、垂直方向のエッチングだけ進行されることを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４８】
　前記（ｆ）段階は、前記マニホルドが形成された前記基板の背面側で前記基板を反応性イオンエッチング法によってドライエッチングして前記インクチャンネルを形成することを特徴とする請求項２２に記載の一体型インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明はインクジェットプリントヘッドに係り、より詳細には基板とノズルプレートとが一体に形成される熱駆動方式の一体型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。
【背景技術】
【０００２】
　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に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、インク液滴の吐出しメカニズムによって大きく２種の方式に分類できる。第一は、熱源を利用してインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によって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タヘッドであり、第二は圧電体を使用してその圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によって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。
【０００３】
　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の吐出しメカニズムをさらに詳細に説明すれば、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印加されれば、ヒータから熱が発生しつつ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つつバブルが生成され、生成されたバブルは膨脹してインクチャンバ内に充填されたインクに圧力を加える。これにより、ノズルの付近にあったインクがノズルを通じて液滴状にインクチャンバの外部に吐出される。
【０００４】
　ここで、バブルの成長方向とインク液滴の吐出し方向とによって前記熱駆動方式は、再びトップシューティング、サイドシューティング、バックシューティング方式に分類できる。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し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し方向とが直角をなす方式であり、そして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し方向とが相反するインク液滴の吐出し方式である。
【０００５】
　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足しなければならない。第一に、可能なかぎりその製造が簡単で製造コストが低く、量産が可能でなければならない。第二に、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つつ隣接したノズル間の間隔は可能なかぎり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に配置できなければならない。第三に、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にインクチャンバにインクがリフィルされる周期が可能なかぎり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早くなされて駆動周波数を上げられなければならない。
【０００６】
　図１Ａ及び図１Ｂは、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一例であって、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構造を示した切開斜視図及びそのインク液滴の吐出し過程を説明するための断面図である。
【０００７】
　図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、基板１０と、その基板１０上に設置されてインク２９が充填されるインクチャンバ２６を限定する隔壁１４と、インクチャンバ２６内に設置されるヒータ１２と、インク液滴２９’の吐出されるノズル１６が形成されたノズルプレート１８を備えている。前記ヒータ１２にパルス状の電流が供給されてヒータ１２から熱が発生すれば、インクチャンバ２６内に充填されたインク２９が加熱されてバブル２８が生成される。生成されたバブル２８は膨脹し続け、これによりインクチャンバ２６内に充填されたインク２９に圧力が加えられてノズル１６を通じてインク液滴２９’が外部に吐出される。次いで、マニホルド２２からインクチャンネル２４を通じてインクチャンバ２６の内部にインク２９が吸い込まれてインクチャンバ２６は再びインク２９で充填される。
【０００８】
　しかし、このような構造を有した従来のトップシューティング方式のインクジェットプリントヘッドを製造するためには、ノズル１６が形成されたノズルプレート１８、インクチャンバ２６及びインクチャンネル２４がその上に形成された基板１０を別途に製作してボンディングしなければならないので、製造工程が複雑でノズルプレート１８及び基板１０のボンディング時に誤整列の問題が発生しうる短所がある。また、インクチャンバ２６、インクチャンネル２４及びマニホルド２２が平面上に配置されているので、単位面積当りノズル１６の数、すなわちノズルの密度を高めるのに限界があり、これにより速い印刷速度と高解像度とを有したインクジェットプリントヘッドを具現し難い。
【０００９】
　最近には、前記のような従来のインクジェットプリントヘッドの問題点を解消するために多様な構造を有したインクジェットプリントヘッドが提案されており、図２Ａ及び図２Ｂにはその一例として特許文献２に公開された本出願人の米国特許出願に開示された一体型インクジェットプリントヘッドが示されている。
【００１０】
　図２Ａ及び図２Ｂを共に参照すれば、シリコン基板３０の表面側には半球形のインクチャンバ３２が形成されており、基板３０の背面側にはインク供給のためのマニホルド３６が形成されており、インクチャンバ３２の底部にはインクチャンバ３２とマニホルド３６とを連結するインクチャンネル３４が貫通形成されている。そして、基板３０上には多数の物質層４１，４２，４３の積層されたノズルプレート４０が基板３０と一体に形成されている。ノズルプレート４０にはインクチャンバ３２の中心部に対応する位置にノズル４７が形成されており、ノズル４７の周りには導体４６に連結されたヒータ４５が配置されている。ノズル４７のエッジにはインクチャンバ３２の深さ方向に延びたノズルガイド４４が形成されている。前記ヒータ４５から発生した熱は絶縁層４１を通じてインクチャンバ３２の内部のインク４８に伝えられ、これによりインク４８は沸騰されてバブル４９が生成される。生成されたバブル４９は膨脹してインクチャンバ３２内に充填されたインク４８に圧力を加え、これによりインク４８はノズル４７を通じて液滴４８’の形態に吐出される。次いで、大気と接触するインク４８の表面に作用する表面張力によって、マニホルド３６からインクチャンネル３４を通じてインク４８が吸い込まれるにつれてインクチャンバ３２に再びインク４８が充填される。
【００１１】
　前記のような構造を有した従来の一体型インクジェットプリントヘッドにおいては、シリコン基板３０とノズルプレート４０とが一体に形成されて製造工程が簡単で誤整列の問題点が解消される長所があり、またノズル４７、インクチャンバ３２、インクチャンネル３４及びマニホルド３６が垂直に配列されることによって、図１Ａに示されたインクジェットプリントヘッドに比べてノズル密度を高められる長所がある。
【００１２】
　しかし、図２Ａ及び図２Ｂに示された一体型インクジェットプリントヘッドにおいては、インクチャンバ３２を形成するためにノズル４７を通じて基板３０を等方性エッチングするが、これによりインクチャンバ３２が半球形に形成される。したがって、所定の体積を有したインクチャンバ３２を形成するためにはインクチャンバ３２の半径が一定以上維持されなければならないので、隣接したノズル４７間の間隔をさらに狭めてノズル密度を高めるのには限界がある。再び説明すれば、隣接したノズル４７間の間隔をさらに狭めるためにはインクチャンバ３２の半径を短縮しなければならないが、これはインクチャンバ３２の体積を小さくする結果となるので、望ましくない。
【００１３】
　前記のように、従来の一体型インクジェットプリントヘッドの構造では、さらに高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩを有したインクジェットプリントヘッドを要求する最近の趨勢に相応してさらに高密度のノズル配列を具現するのには限界がある。
【特許文献１】米国特許第４,８８２,５９５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２０００８７３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
　本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために創出されたものであって、その一目的はノズル間の間隔をさらに狭められる形状のインクチャンバを備えて高解像度の画像を印刷できる熱駆動方式の一体型インクジェットプリントヘッドを提供することである。
【００１５】
　また、本発明の他の目的は、前記の一体型インクジェットプリントヘッドを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
　前記課題を達成するために本発明は、表面側には吐出されるインクが充填されるインクチャンバが形成され、背面側には前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホルドが形成され、前記インクチャンバと前記マニホルド間にはインクチャンネルが貫通されて形成された基板と、前記基板の表面から所定深さに形成されて少なくとも前記インクチャンバの幅を限定する側壁と、前記基板上に積層された多数の物質層よりなり、前記インクチャンバからインクの吐出されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記物質層間に設けられ、前記インクチャンバの上部に位置して前記インクチャンバ内部のインクを加熱するヒータと、前記ノズルプレートの前記物質層間に設けられ、前記ヒータと電気的に連結されて前記ヒータに電流を印加する導体と、を備える一体型インクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１７】
　ここで、前記インクチャンバが狭くて長い形状を有するように、前記側壁は前記インクチャンバの少なくとも一部を取り囲む形態に形成されたことが望ましい。
【００１８】
　そして、前記側壁は前記インクチャンバを略直方体形状に取り囲むように形成され、また前記側壁の一部側面は曲面に形成されうる。
【００１９】
　前記側壁は、金属物質よりなるか、またはシリコン酸化物及びシリコン窒化物のような絶縁物質よりなることもある。
【００２０】
　前記ノズルは、前記インクチャンバの幅方向の中心部に設けられ、前記ヒータは前記インクチャンバの上側の前記ノズルプレート内に前記ノズルと平面上で重ならない位置に設けられる。
【００２１】
　前記インクチャンネルは、前記基板を垂直に貫通して前記インクチャンバと前記マニホルドとを連結可能な位置に設けられ、その断面形状は円形、楕円形または多角形に形成されうる。
【００２２】
　前記ノズルプレートは、基板上に積層された多数の保護層と、前記保護層上に形成され、前記ヒータ及び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熱発散層を含み、前記熱発散層に前記ノズルの上部が形成されることが望ましい。
【００２３】
　ここで、前記保護層は前記基板上に順次に積層された第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。
【００２４】
　前記熱発散層は、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｕのうち何れか一つの金属よりなり、電気メッキによって厚さ１０〜１００μｍに形成されうる。
【００２５】
　また、前記ノズルプレートには前記インクチャンバの上側に配置され、前記ヒータ及び導体から絶縁されて前記基板と前記熱発散層とに接触される熱伝導層が設けられたことが望ましい。
【００２６】
　前記導体及び前記熱伝導層は、同じ金属物質よりなり、同じ保護層上に設けられうる。
【００２７】
　一方、前記導体と前記熱伝導層間には絶縁層が設けられうる。
【００２８】
　また、本発明は前述した構造を有した一体型インクジェットプリントヘッドを製造する方法を提供する。
【００２９】
　本発明による一体型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）前記基板内部に前記基板をなす物質とは異なる所定物質よりなる側壁を形成する段階と、（ｃ）積層された多数の物質層よりなり、前記物質層を貫通するノズルが形成されたノズルプレートを前記基板上に一体に形成しつつ、ヒータと前記ヒータとに連結される導体を前記物質層間に形成する段階と、（ｄ）前記側壁をエッチング阻止壁として利用しつつ前記ノズルを通じて露出された前記基板を等方性エッチングして前記側壁によって限定されるインクチャンバを形成する段階と、（ｅ）前記基板の背面をエッチングしてインクを供給するマニホルドを形成する段階と、（ｆ）前記マニホルドと前記インクチャンバ間の前記基板を貫通されるようにエッチングしてインクチャンネルを形成する段階と、を備える。
【００３０】
　また、前記（ａ）段階で、前記基板はシリコンウェーハよりなることが望ましい。
【００３１】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁は前記インクチャンバが形成される部位の少なくとも一部を取り囲む形態に形成され、前記側壁の一部側面は曲面に形成されうる。
【００３２】
　前記（ｂ）段階で、前記側壁は金属物質よりなりうる。
　この場合、前記（ｂ）段階は、前記基板の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスクを形成する段階と、前記エッチングマスクを通じて露出された前記基板を所定深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、前記エッチングマスクを除去する段階と、前記基板の表面に前記金属物質を蒸着して前記トレンチの内部を前記金属物質で充填して前記側壁を形成し、前記基板上には前記金属物質よりなる金属物質層を形成する段階と、前記基板上に形成された前記金属物質層をエッチングして除去する段階と、を備えることが望ましい。
【００３３】
　一方、前記（ｂ）段階で、前記側壁はシリコン酸化物またはシリコン窒化物のような絶縁物質よりなることもある。
　この場合に、前記（ｂ）段階は、前記基板の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスクを形成する段階と、前記エッチングマスクを通じて露出された前記基板を所定深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、前記エッチングマスクを除去する段階と、前記基板の表面に前記絶縁物質を蒸着して前記トレンチの内部を前記絶縁物質で充填して前記側壁を形成し、前記基板上には前記絶縁物質よりなる絶縁物質層を形成する段階と、を備えることが望ましい。
【００３４】
　前記（ｃ）段階は、前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、前記ヒータと前記導体を前記保護層間に形成する（ｃ−１）段階と、前記保護層上に金属よりなる熱発散層を形成しつつ、前記ノズルを前記保護層と前記熱発散層とを貫通するように形成する（ｃ−２）段階と、を備えることが望ましい。
【００３５】
　ここで、前記（ｃ−１）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、を含みうる。この時、前記ヒータは四角形に形成されることが望ましい。
【００３６】
　また、前記（ｃ−１）段階で、前記保護層間に前記インクチャンバの上側に配置され、前記ヒータ及び導体から絶縁されて前記基板と前記熱発散層とに接触される熱伝導層を形成することが望ましい。
【００３７】
　前記（ｃ−２）段階で、前記熱発散層はＮｉ、Ｃｕ及びＡｕのうち何れか一つの金属よりなり、電気メッキによって厚さ１０〜１００μｍに形成されることが望ましい。
【００３８】
　また、前記（ｃ−２）段階は、前記インクチャンバが形成される部位の上部に所定の直径で前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、前記下部ノズル内部に第１犠牲層を形成する段階と、前記第１犠牲層上に上部ノズルを形成するための第２犠牲層を形成する段階と、前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキによって形成する段階と、前記第２犠牲層と前記第１犠牲層とを除去して前記下部ノズル及び前記上部ノズルよりなる前記ノズルを形成する段階と、を備えることが望ましい。
【００３９】
　ここで、前記下部ノズルは前記保護層を反応性イオンエッチングによってドライエッチングすることによって形成されうる。
【００４０】
　また、前記第１犠牲層及び前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成した後、前記第２犠牲層を形成できる。
【００４１】
　一方、前記下部ノズルを形成した後、前記保護層と前記下部ノズルとによって露出された前記基板上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成した後、前記第１犠牲層及び第２犠牲層を形成できる。ここで、前記第１犠牲層及び前記第２犠牲層は順次に形成され、または一体に形成されることもある。
【００４２】
　また、前記熱発散層を形成する段階後に、前記熱発散層の上面を化学機械的研磨工程によって平坦化する段階と、をさらに備えることが望ましい。
【００４３】
　前記（ｄ）段階で、前記側壁の付近では前記側壁によって水平方向のエッチングは阻止され、垂直方向のエッチングだけ進行されうる。
【００４４】
　前記（ｆ）段階は、前記マニホルドが形成された前記基板の背面側で前記基板を反応性イオンエッチング法によってドライエッチングして前記インクチャンネルを形成することが望ましい。
【００４５】
　前記のような本発明によれば、エッチング阻止壁としての役割をする側壁によって幅が狭くて長くかつ深いインクチャンバを形成できるので、隣接したノズル間の間隔を狭められて高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩのインクジェットプリントヘッドを具現できる。また、インクチャンバとインクチャンネルとが形成された基板上にノズルの設けられたノズルプレートが一体化して形成されるので、単一ウェーハ上で一連の工程でインクジェットプリントヘッドを具現できる。
【発明の効果】
【００４６】
　本発明によれば、側壁の形状によって多様な形状を有したインクチャンバを形成でき、特にインクチャンバを狭くて長い形状に形成できるので、隣接したノズル間の間隔を狭められる。
【００４７】
　本発明による一体型インクジェットプリントヘッド及びその製造方法は、次のような効果を有する。
【００４８】
　第一に、エッチング阻止壁としての役割をする側壁を形成することによって幅が狭くて長く、深いインクチャンバを形成できる。したがって、隣接したノズル間の間隔を狭めて高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩのインクジェットプリントヘッドを具現できる。
　第二に、ヒータ、ノズル、インクチャンバ及びインクチャンネルの形状とサイズとが相互関連されずにインクジェットプリントヘッドの設計及び製作において自由度が高いため、インク吐出し性能と駆動周波数とを容易に向上させうる。
　第三に、側壁を金属物質で形成するか、厚い金属よりなる熱発散層を備える場合には、放熱能力が向上してインク吐出し性能と駆動周波数とを向上させうる。また、ノズルを十分に長く確保でき、メニスカスをノズル内に維持できるので安定したインクのリフィルが可能であり、吐出されるインク液滴の直進性が向上されうる。
　第四に、インクチャンバとインクチャンネルとが形成された基板上にノズルプレートが一体化して形成されるので、単一ウェーハ上でモノリシックでインクジェットプリントヘッドを具現できてインクチャンバとノズルとが誤整列される従来の問題点が解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
　以下、添付された図面を参照しつつ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サイズは説明の明瞭性及び便宜上誇張されているものもある。また、一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つつその上に存在してもよいし、その間に第３の層が存在しても良い。
【００５０】
　図３は、本発明の望ましい実施例による一体型インクジェットプリントヘッドの平面構造を部分的に示す図面であって、インク流路及びヒータの形状と配置とを示した平面図であり、図４Ａ及び図４Ｂは各々図３に示されたＢ−Ｂ’線とＣ−Ｃ’線とに沿うインクジェットプリントヘッドの垂直断面図であり、図５は図４Ａに示された熱伝導層の平面構造を示す平面図である。
【００５１】
　図３、図４Ａ及び図４Ｂを共に参照すれば、インクジェットプリントヘッドはインクを含むインク保存庫（図示せず）からマニホルド１３６、インクチャンネル１３４、インクチャンバ１３２及びノズル１３８に結ばれるインク流路を有する。前記マニホルド１３６は、プリントヘッドの基板１１０の背面側に形成されてインク保存庫からインクチャンバ１３２にインクを供給する役割をし、インクチャンバ１３２は基板１１０の表面側に形成されて吐出されるインクが充填される。そして、インクチャンネル１３４はインクチャンバ１３２とマニホルド１３６間の基板１１０を垂直に貫通して形成される。
【００５２】
　チップ状態に製造されるインクジェットプリントヘッドでは、図３に示したように、インク保存庫に連結されたマニホルド１３６上に多数のインクチャンバ１３２が１列または２列に配置され、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。したがって、多数のインクチャンバ１３２ごとに一つずつ設けられるインクチャンネル１３４、ノズル１３８及びヒータ１４２もマニホルド１３６上に１列または２列以上に配列される。
【００５３】
　ここで、前記基板１１０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用されうる。
【００５４】
　また、本発明において前記インクチャンバ１３２は、これを取り囲む側壁に１３１によって限定される。前記側壁１３１は、インクチャンバ１３２の深さを考慮して基板１１０の表面から所定深さ、例えば数〜数十μｍ深さに形成される。このような側壁１３１によって囲まれた領域の平面形状は矩形に形成でき、これによりインクチャンバ１３２は幅が狭くて長くかつ深い形状を有する。したがって、インクチャンバ１３２は、ノズルの配列方向の幅が狭い形状に形成されつつも、インク液滴の吐出しに必要な十分なインクを充填できる体積を有しうる。このようにインクチャンバ１３２の幅が狭くなれば、隣接したノズル１３８間の間隔を狭められるので、多数のノズル１３８をさらに高密度に配列できて高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩのインクジェットプリントヘッドを具現できる。
【００５５】
　インクチャンバ１３２を取り囲む矩形の側壁１３１は、多数のインクチャンバ１３２各々ごとに別途に設けられるが、図示されたように隣接したインクチャンバ１３２間に位置する側壁１３１の部分は共有されうる。この場合、隣接したインクチャンバ１３２間に設けられた側壁１３１の部分はインクチャンバ１３２の内部の圧力変化に十分に耐えられる程度の厚さ、例えば数μｍ程度の厚さを有する。
【００５６】
　一方、前記のようにインクチャンバ１３２の幅を限定できる範囲内で、前記側壁１３１によって取り囲まれた領域の平面形状は矩形でなくても他の色々な形状に形成されうる。これについては後述する。
【００５７】
　前記側壁１３１は、基板１１０をなす物質とは異なる物質よりなる。これは後述するようにインクチャンバ１３２の形成過程で、前記側壁１３１をエッチング阻止壁として機能させるためである。したがって、基板１１０がシリコンウェーハよりなる場合には、前記側壁１３１はシリコン酸化物またはシリコン窒化物のような絶縁物質よりなる。この場合には、側壁１３１と後述する第１保護層１２１とを同じ物質で同時に形成できる長所がある。一方、前記側壁１３１は金属物質よりなる。この場合には、前記側壁１３１を通じてインクチャンバ１３２の内部の熱がさらに早く放出できる長所がある。
【００５８】
　前記インクチャンネル１３４は、インクチャンバ１３２の中心部位を外れた位置、すなわちインクチャンバ１３２のエッジ部位に垂直に形成できる。したがって、インクチャンネル１３４は後述するノズル１３８の下側に位置せず、むしろヒータ１４２の下側に位置する。そして、インクチャンネル１３４の断面形状はインクチャンバ１３２の幅方向にさらに長い矩形よりなることが望ましい。一方、インクチャンネル１３４の断面形状は矩形でなくても円形、楕円形または多角形のような多様な形状を有しうる。
【００５９】
　また、インクチャンネル１３４の位置はヒータ１４２の下側でなくても、インクチャンバ１３２とマニホルド１３６間の基板１１０を貫通してインクチャンバ１３２とマニホルド１３６とを連結可能な位置に形成できる。
【００６０】
　前記のようにインクチャンバ１３２、インクチャンネル１３４及びマニホルド１３６が形成されている基板１１０の上部にはノズルプレート１２０が設けられる。前記ノズルプレート１２０は、インクチャンバ１３２の上部壁をなし、インクチャンバ１３２の中心部位からある一側に外れた位置にインクチャンバ１３２からインクの吐出されるノズル１３８が垂直に貫通されて形成される。前記ノズル１３８は、インクチャンバ１３２の幅方向の中心部位に形成される。
【００６１】
　前記ノズルプレート１２０は、基板１１０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及び第３保護層１２１，１２２，１２６だけよりなるが、望ましくは金属よりなる熱発散層１２８を含み、さらに望ましくは熱伝導層１２４をさらに含む。また、第１及び第２保護層１２１，１２２間にはヒータ１４２が設けられ、第２保護層１２２と第３保護層１２６間には導体１４４が設けられる。
【００６２】
　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側の物質層であって、基板１１０の上面に形成される。前記第１保護層１２１は、その上方に形成されるヒータ１４２とその下方の基板１１０間の絶縁及びヒータ１４２の保護のための物質層であって、シリコン酸化物やシリコン窒化物よりなる。特に、前記側壁１３１が絶縁物質よりなる場合、前記第１保護層１２１と前記側壁１３１とは同じ物質よりなることが望ましい。
【００６３】
　第１保護層１２１上にはインクチャンバ１３２の上部に位置してインクチャンバ１３２の内部のインクを加熱するヒータ１４２が形成される。このヒータ１４２は、不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタル−アルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドのような抵抗発熱体よりなる。そして、ヒータ１４２の形状は四角形よりなる。また、前記ヒータ１４２は、インクチャンバ１３２の上側でノズル１３８及び平面上で重ねられない位置に設けられる。すなわち、前記ヒータ１４２は、インクチャンバ１３２の中心部位から外れた位置に設けられる。再び説明すれば、前記ノズル１３８が前述したようにインクチャンバ１３２の長手方向の中心部位を基準としてある一側に設けられるので、前記ヒータ１４２はインクチャンバ１３２の長手方向の中心部位を基準として他の一側に設けられる。
【００６４】
　第２保護層１２２は、第１保護層１２１及びヒータ１４２上に設けられる。前記第２保護層１２２は、その上側に設けられる熱伝導層１２４とその下側のヒータ１４２間の絶縁及びヒータ１４２の保護のために設けられる。前記第２保護層１２２も第１保護層１２１と同様にシリコン窒化物またはシリコン酸化物よりなる。
【００６５】
　第２保護層１２２上にはヒータ１４２と電気的に連結されてヒータ１４２にパルス状の電流を印加する導体１４４が設けられる。前記導体１４４の一端部は、第２保護層１２２に形成された第１コンタクトホールＣ１を通じてヒータ１４２に接続され、その他端部は図示されずボンディングパッドに電気的に連結される。そして、前記導体１４４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または金や銀よりなる。
【００６６】
　前記熱伝導層１２４は、前記第２保護層１２２上に設けられうる。前記熱伝導層１２４は、ヒータ１４２及びヒータ１４２の周りの熱を基板１１０と後述する熱発散層１２８とに伝導させる機能をするものであって、図５に示されたように可能なかぎりインクチャンバ１３２とヒータ１４２とを全て覆えるように広く形成されることが望ましい。ただし、熱伝導層１２４と導体１４４間の絶縁のために熱伝導層１２４は導体１４４から所定間隔をおいて形成されなければならない。一方、熱伝導層１２４とヒータ１４２間の絶縁は、前記のようにその間に介在された第２保護層１２２によってなされる。そして、熱伝導層１２４は第１保護層１２１と第２保護層１２２とを貫通して形成された第２コンタクトホールＣ２を通じて基板１１０の上面に接触される。
【００６７】
　前記熱伝導層１２４は、熱伝導性の良好な金属よりなる。前記のように熱伝導層１２４が導体１４４と共に第２保護層１２２上に形成される場合には、熱伝導層１２４は導体１４４のような金属物質、すなわち、アルミニウムまたはアルミニウム合金や金または銀よりなる。
【００６８】
　前記第３保護層１２６は、前記導体１４４及び第２保護層１２２上に設けられる。前記第３保護層１２６は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化物またはシリコン酸化物よりなりうる。前記熱伝導層１２４の上面には後述する熱発散層１２８との接触のために前記第３保護層１２６を可能なかぎり形成しないことが望ましい。
【００６９】
　前記熱発散層１２８は、熱伝導性の良好な金属物質、例えばＮｉ、ＣｕまたはＡｕのような金属よりなる。熱発散層１２８は、第３保護層１２６及び熱伝導層１２４上に前記金属物質を電気メッキすることによって１０〜１００μｍ程度に比較的厚く形成される。このために、第３保護層１２６及び熱伝導層１２４上には前記金属物質の電気メッキのためのシード層１２７が設けられる。前記シード層１２７は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｕまたはＮｉの電気伝導性の良好な金属よりなる。
【００７０】
　このように、金属よりなる熱発散層１２８はメッキ工程によって形成されるので、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素と一体に形成され、また比較的厚く形成されるので、効果的な放熱がなされる。
【００７１】
　このような熱発散層１２８は、ヒータ１４２及びその周りの熱を外部に発散する機能をする。すなわち、インクが吐出された後にヒータ１４２及びその周りに残留する熱は熱伝導層１２４を通じて基板１１０及び熱発散層１２８に伝導されて外部に発散される。したがって、インクが吐出された後にさらに早い放熱がなされ、ノズル１３８の周りの温度が下がるので、高い駆動周波数で安定した印刷が可能になる。
【００７２】
　一方、前記のように熱発散層１２８は、比較的厚く形成されるので、ノズル１３８を十分に長く確保する。したがって、安定した高速印刷が可能になり、ノズル１３８を通じて吐出されるインク液滴の直進性が向上する。すなわち、吐出されるインク液滴で基板１１０に対して正確に垂直方向に吐出されうる。
【００７３】
　前記ノズルプレート１２０には下部ノズル１３８ａ及び上部ノズル１３８ｂよりなるノズル１３８が貫通されて形成される。前記下部ノズル１３８ａは、ノズルプレート１２０の第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６を貫通する柱状に形成される。そして、前記上部ノズル１３８ｂは、熱発散層１２８を貫通して形成されるが、この上部ノズル１３８ｂの形状は柱状になることもあるが、図示したように出口側に行くほど断面積が狭まるテーパ状になることが望ましい。このように、上部ノズル１３８ｂの形状がテーパ状である場合には、インクの吐出し後にインク表面のメニスカスがさらに早く安定する長所がある。
【００７４】
　図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す平面図及び断面図である。
【００７５】
　図６Ａ及び図６Ｂを共に参照すれば、本実施例で側壁２３１は基板２１０の内部にインクチャンバ２３２の一部、例えば三つの側面を取り囲む形態に形成される。このような形態に形成された側壁２３１によって限定されるインクチャンバ２３２も狭くて長い形状を有する。ただし、側壁２３１が形成されていないインクチャンバ２３２の一側面は基板２１０の等方性エッチングによって曲面に形成される。一方、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素、すなわち第１保護層２２１上に設けられるヒータ２４２、ノズル２３８、インクチャンネル２３４及びマニホルド２３６の形状と配置とは前述した実施例と同じである。
【００７６】
　図７は、本発明のさらに他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す平面図である。一方、図７に示されたインクジェットプリントヘッドの断面図は、図６Ｂと同じであるので、ここでは省略する。
【００７７】
　図７を参照すれば、本実施例で側壁３３１は前述した実施例のようにインクチャンバ３３２の三つの側面を取り囲む形態に形成される。ただし、本実施例では側壁３３１の一部側面が曲面に形成されうる。このような形態に形成された側壁３３１によって限定されるインクチャンバ３３２も狭くて長い形状を有することは前述した実施例と同じである。一方、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素、すなわちノズル３３８、ヒータ３４２及びインクチャンネル３３４の形状と配置とは前述した実施例と同じである。
【００７８】
　図８Ａ及び図８Ｂは、本発明のさらに他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す平面図及び断面図である。
【００７９】
　図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、本実施例で側壁４３１は二つの部分に分離されてインクチャンバ４３２の幅方向の両側に形成される。したがって、側壁４３１は、インクチャンバ４３２の幅だけを限定する。このような形態の側壁４３１によって限定されるインクチャンバ４３２も狭くて長い形状を有しうる。一方、側壁４３１が形成されていないインクチャンバ４３２の長手方向の両側面は、基板４１０の等方性エッチングによって曲面に形成される。
【００８０】
　そして、本実施例でノズル４３８は、インクチャンバ４３２の長手方向の中心部位に設けられる。第１保護層４２１上に設けられるヒータ４４２は、前述した実施例のようにノズル４３８の一側に四角形状に設けられる。一方、前記ヒータ４４２は、ノズル４３８の両側に設けられてもよいし、ノズル４３８の周りを取り囲む形状に形成されても良い。そして、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素、すなわちインクチャンネル４３４及びマニホルド４３６の形状と配置とは前述した実施例と同じである。
【００８１】
　以下では、図９Ａないし図９Ｃを参照して図３に示された本発明の望ましい実施例による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メカニズムを説明する。
【００８２】
　まず、図９Ａを参照すれば、インクチャンバ１３２及びノズル１３８の内部にインク１５０が充填された状態で、導体１４４を通じてヒータ１４２にパルス状の電流が印加されれば、ヒータ１４２から熱が発生する。発生した熱は、ヒータ１４２の下側の第１保護層１２１を通じてインクチャンバ１３２の内部のインク１５０に伝えられ、これによりインク１５０が沸騰してバブル１６０が生成される。生成されたバブル１６０は、継続的な熱の供給によって膨脹し、これによりノズル１３８の内部のインク１５０はノズル１３８の外部に押し出される。
【００８３】
　次いで、図９Ｂを参照すれば、バブル１６０が最大に膨脹した時点で印加した電流を遮断すれば、バブル１６０は収縮して消滅される。この時、インクチャンバ１３２内には負圧がかかってノズル１３８の内部のインク１５０は、再びインクチャンバ１３２側に戻る。これと同時にノズル１３８の外部に押し出された部分は慣性力によって液滴１５０’の形態にノズル１３８の内部のインク１５０と分離されて吐出される。
【００８４】
　インク液滴１５０’が分離された後、ノズル１３８の内部に形成されるインク１５０の表面のメニスカスはインクチャンバ１３２側に後退する。この時、本発明では厚いノズルプレート１２０によって十分に長いノズル１３８が形成されているので、メニスカスの後退はノズル１３８内でだけなされ、インクチャンバ１３２内にまで後退しない。したがって、インクチャンバ１３２の内部に外気が流入することが防止され、メニスカスの初期状態への復帰も早くなってインク液滴１５０’の高速吐出しを安定的に維持できる。また、この過程ではインク液滴１５０’の吐出し後にヒータ１４２とその周りに残留する熱とが熱伝導層１２４及び熱発散層１２８を通じて伝導されて基板１１０または外部に発散されるので、ヒータ１４２とノズル１３８及びその周りの温度がさらに早く下がる。この時、側壁１３１が金属物質よりなる場合には、これを通じてもさらに早い放熱が行われる。
【００８５】
　次いで、図９Ｃを参照すれば、インクチャンバ１３２の内部の負圧が消えれば、ノズル１３８の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ってインク１５０は再びノズル１３８の出口の端部側に上昇する。この時、ノズル１３８の上部１３８ａがテーパ状よりなる場合には、インク１５０の上昇速度がさらに早くなる長所がある。これによりインクチャンバ１３２の内部は、インクチャンネル１３４を通じて供給されるインク１５０で再び充填される。インク１５０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。この過程でも、熱伝導層１２４、熱発散層１２８及び側壁１３１を通じて放熱が行われて熱的でも初期状態への復帰がさらに早くなされる。
【００８６】
　以下では、前記のような構造を有する本発明による一体型インクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を説明する。
【００８７】
　図１０ないし図２２は、図３に示した本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、図２３はシード層と犠牲層とを形成する他の方法を説明するための図面である。一方、図６Ａ、図７及び図８Ａに示されたインクチャンバを備えたインクジェットプリントヘッドの製造方法も側壁及びインクチャンバの形状を除いては後述される製造方法と同じである。
【００８８】
　まず、図１０を参照すれば、本実施例で基板１１０としてはシリコンウェーハを３００〜５００μｍ程度の厚さに加工して使用する。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、量産に効果的である。
【００８９】
　一方、図１０に示したものはシリコンウェーハの極めて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のチップ状に製造されうる。
【００９０】
　そして、備えられたシリコン基板１１０の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスク１１２を形成する。前記エッチングマスク１１２は、基板１１０の上面にフォトレジストを所定厚さに塗布した後、これをパターニングすることによって形成されうる。
【００９１】
　次いで、前記エッチングマスク１１２を通じて露出された基板１１０をエッチングして、所定深さのトレンチ１１４を形成する。前記基板１１０のエッチングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング法によって行われる。前記トレンチ１１４の深さは、図２１の段階で形成されるインクチャンバ（図２１の１３２）の深さを考慮し、数〜数十μｍ程度に決められ、トレンチ１１４の幅はその内部に所定の物質が容易に充填されうるように数μｍ程度に形成される。そして、前記トレンチ１１４は、前記インクチャンバ１３２が形成される部位を略直方体に取り囲む形態に形成される。一方、図６Ａ、図７または図８Ａに示したインクチャンバ２３２，３３２，４３２を形成しようとする場合には、前記トレンチ１１４はインクチャンバ２３２，３３２，４３２の形状によって多様な形態に形成できる。すなわち、前記トレンチ１１４はインクチャンバ２３２，３３２，４３２の一部を取り囲む形態に形成され、またトレンチ１１４の内側面の一部は曲面に形成されうる。
【００９２】
　トレンチ１１４を形成した後には、基板１１０上のエッチングマスク１１２を除去する。次いで、図１１に示されたように、トレンチ１１４が形成された基板１１０の表面に所定の物質を蒸着する。これによりトレンチ１１４の内部には前記物質が充填されて側壁１３１が形成され、基板１１０上には前記物質よりなる物質層１１６が形成される。前記物質としては基板１１０とは異なる物質が使われる。これは図２１の段階でシリコン基板１１０をエッチングしてインクチャンバ１３２を形成する時、前記側壁１３１をエッチング阻止壁として機能させるためである。したがって、前記基板１１０がシリコンよりなる場合には、前記物質として前述したように、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物のような絶縁物質または金属物質が使われる。
【００９３】
　前記側壁１３１と物質層１１６とが図１２に示す第１保護層１２１のような絶縁物質で形成される場合には、物質層１１６はそのまま前記第１保護層１２１として使われるので、別途の第１保護層１２１を形成する段階を省略できる。
【００９４】
　一方、前記側壁１３１と物質層１１６とが金属物質で形成される場合には、基板１１０の上面の物質層１１６をエッチングして除去した後、図１２に示した段階を経る。
【００９５】
　次いで、図１２に示したように、側壁１３１が形成された基板１１０の上面に第１保護層１２１を形成する。前記第１保護層１２１は、基板１１０の上面にシリコン酸化物またはシリコン窒化物を蒸着することによってなされる。
【００９６】
　次いで、基板１１０の上面に形成された第１保護層１２１上にヒータ１４２を形成する。前記ヒータ１４２は、第１保護層１２１の全表面に不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタル−アルミニウム、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドのような抵抗発熱体を所定厚さに蒸着した後、これを所定形状、例えば四角形にパターニングすることによって形成されうる。具体的に、ポリシリコンは不純物であって、例えばリンのソースガスと共に低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって厚さ約０.７〜１μｍに蒸着され、タンタル−アルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドはスパッタや化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって厚さ約０.１〜０.３μｍに蒸着されうる。この抵抗発熱体の蒸着厚さは、ヒータ１４２の幅と長さとを考慮して適正な抵抗値段を有するように他の範囲にすることもある。第１保護層１２１の全表面に蒸着された抵抗発熱体は、フォトマスク及びフォトレジストを利用したリソグラフィとフォトレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングするエッチング工程とによってパターニングされうる。
【００９７】
　次いで、図１３に示すように、第１保護層１２１及びヒータ１４２の上面に第２保護層１２２を形成する。具体的に、第２保護層１２２はシリコン酸化物またはシリコン窒化物を厚さ約０.５μｍに蒸着することによってなされる。次いで、第２保護層１２２を部分的にエッチングしてヒータ１４２の一部分、すなわち図１４の段階で導体１４４と接触される部分を露出させる第１コンタクトホールＣ１を形成し、第２保護層１２２と第１保護層１２１とを順次にエッチングして基板１１０の一部分、すなわち図１４の段階で熱伝導層１２４と接触される部分を露出させる第２コンタクトホールＣ２を形成する。前記第１及び第２コンタクトホールＣ１,Ｃ２の形成は、同時に行われる。
【００９８】
　図１４は、第２保護層１２２の上面に導体１４４と熱伝導層１２４とを形成した状態を示した図面である。具体的に、導体１４４と熱伝導層１２４とは電気及び熱伝導性の良い金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金または金や銀をスパッタによって厚さ約１μｍに蒸着し、これをパターニングすることによって同時に形成されうる。この時、導体１４４と熱伝導層１２４は互いに絶縁されるように形成される。これにより、導体１４４は第１コンタクトホールＣ１を通じてヒータ１４２と接触され、熱伝導層１２４は第２コンタクトホールＣ２を通じて基板１１０と接触される。
【００９９】
　一方、熱伝導層１２４の厚さを導体１４４より厚くしようとするか、熱伝導層１２４をなす金属物質を導体１４４とは異なる金属としようとする場合、または導体１４４と熱伝導層１２４とをさらにはっきりと絶縁させようとする場合には、導体１４４を先に形成した後に熱伝導層１２４を形成できる。さらに詳細に説明すれば、図１３の段階で第１コンタクトホールＣ１だけ形成して導体１４４だけ形成した後、導体１４４及び第２保護層１２２上に絶縁層（図示せず）を形成する。絶縁層も第２保護層１２２と同じ物質で同じ方法によって形成されうる。次いで、絶縁層と第２及び第１保護層１２２,１２１とを順次にエッチングして第２コンタクトホールＣ２を形成する。そして、熱伝導層１２４を前記方法と同じ方法で形成する。これにより、導体１４４と熱伝導層１２４間に絶縁層が介在される。
【０１００】
　図１５は、図１４の結果物の全表面に第３保護層１２６を形成した状態を示すものである。具体的に、第３保護層１２６は、ＴＥＯＳ酸化物をプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって０.７〜３μｍ程度の厚さに蒸着することによってなされる。次いで、第３保護層１２６を部分的にエッチングして熱伝導層１２４を露出させる。
【０１０１】
　図１６は、下部ノズル１３８ａを形成した状態を示すものである。下部ノズル１３８ａは、第３保護層１２６、第２保護層１２２及び第１保護層１２１をＲＩＥ法によって順次にエッチングすることによって形成されうる。
【０１０２】
　次いで、図１７に示されたように、下部ノズル１３８ａの内部に第１犠牲層ＰＲ１を形成させる。具体的に、図１６の結果物の全表面にフォトレジストを塗布した後、これをパターニングして下部ノズル１３８ａの内部に充填されたフォトレジストだけ残す。残されたフォトレジストは、第１犠牲層ＰＲ１を形成し、以後の工程で下部ノズル１３８ａの形態を維持させる。次いで、前記段階の結果物の全表面に電気メッキのためのシード層１２７を形成する。前記シード層１２７は、電気メッキのために導電性の良好なＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｕまたはＮｉのような金属をスパッタによって約５００〜３０００Åの厚さに蒸着することによってなされる。
【０１０３】
　図１８は、上部ノズルを形成するための第２犠牲層ＰＲ２を形成した状態を示すものである。具体的に、シード層１２７の全表面にフォトレジストを塗布した後、これをパターニングして上部ノズル（図２０の１３８ｂ）が形成される部位にだけフォトレジストを残存させる。残されたフォトレジストは、上側に行くほどその断面積が順次狭まるテーパ状に形成されて、以後の工程で上部ノズル１３８ｂを形成させるための第２犠牲層ＰＲ２の役割をする。
【０１０４】
　一方、上部ノズル１３８ｂを柱状に形成しようとする場合には、前記第２犠牲層ＰＲ２を柱状に形成する。
【０１０５】
　そして、前記第１犠牲層ＰＲ１と第２犠牲層ＰＲ２とはフォトレジストだけでなく感光性ポリマよりなることもある。
【０１０６】
　次いで、図１９に示されたように、シード層１２７の上面に所定厚さの金属物質よりなる熱発散層１２８を形成する。熱発散層１２８は、熱伝導性の良好な金属、例えばＮｉ、ＣｕまたはＡｕをシード層１２７表面に電気メッキさせて厚さ約１０〜１００μｍに形成されうる。電気メッキ工程は、第２犠牲層ＰＲ２の高さより低くて所望の上部ノズル１３８ｂの出口の断面積の形成される高さまで熱発散層１２８が形成される時点で終了される。この熱発散層１２８の厚さは、上部ノズル１３８ｂの断面積と断面形状、基板１１０及び外部への放熱能力を考慮して適正に決められる。
【０１０７】
　電気メッキが完了した後の熱発散層１２８の表面は、その下側に形成された物質層によって凹凸を有する。したがって、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって熱発散層１２８の表面を平坦化できる。
【０１０８】
　次いで、上部ノズル１３８ｂ形成用の第２犠牲層ＰＲ２と、第２犠牲層ＰＲ２の下方のシード層１２７と、下部ノズル１３８ａ維持用の第１犠牲層ＰＲ１を順次にエッチングする。これにより、図２０に示すように下部ノズル１３８ａと上部ノズル１３８ｂとが連結されて完全なノズル１３８が形成され、多数の物質層が積層されてなされたノズルプレート１２０が完成される。
【０１０９】
　一方、前記ノズル１３８と熱発散層１２８とは次のような段階を経て形成されることもある。図２３を参照すれば、下部ノズル１３８ａの維持のための第１犠牲層ＰＲ１を形成する前に、図１６の結果物の全表面に電気メッキのためのシード層１２７’を形成する。次いで、前記第１犠牲層ＰＲ１と上部ノズル１３８ｂの形成のための第２犠牲層ＰＲ２とを順次に形成するか、または一体に形成する。次いで、図１９に示したように熱発散層１２８を形成させた後、ＣＭＰによって熱発散層１２８の表面を平坦化させる。次いで、共に形成された第２犠牲層ＰＲ２と第１犠牲層ＰＲ１及び第１犠牲層ＰＲ１の下部のシード層１２７’をエッチングすれば、図２０に示したようなノズル１３８とノズルプレート１２０とが形成されうる。
【０１１０】
　図２１は、基板１１０の表面側に所定深さのインクチャンバ１３２を形成した状態を示すものである。インクチャンバ１３２は、ノズル１３８によって露出された基板１１０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、ＸｅＦ２ガスまたはＢｒＦ３ガスをエッチングガスとして使用して基板１１０を所定時間ドライエッチングする。この時、基板１１０のエッチングは、等方性エッチングによってなされるので、基板１１０はノズル１３８によって露出された部分から全ての方向に同じ速度でエッチングされる。しかし、エッチング阻止壁としての役割をする側壁１３１では水平方向のエッチングは阻止されるので、垂直方向のエッチングだけ進行される。したがって、図示したように側壁１３１によって取り囲まれて幅は狭くて長くかつ深いインクチャンバ１３２が形成される。
【０１１１】
　図２２は、基板１１０の背面をエッチングしてマニホルド１３６とインクチャンネル１３４とを形成した状態を示すものである。具体的に、基板１１０の背面にエッチングされる領域を限定するエッチングマスクを形成した後、基板１１０の背面をエッチング液でＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ　Ａｍｍｏｎｉｕｍ　Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を使用してウェットエッチングすれば、図示したように側面が傾斜したマニホルド１３６が形成される。一方、マニホルド１３６は基板１１０の背面を異方性ドライエッチングすることによって形成されることもある。次いで、マニホルド１３６が形成された基板１１０の背面にインクチャンネル１３４を限定するエッチングマスクを形成した後、マニホルド１３６とインクチャンバ１３２間の基板１１０をＲＩＥ法によって異方性ドライエッチングしてインクチャンネル１３４を形成する。
【０１１２】
　前記段階を経れば、図２２に示すように側壁１３１によって限定されるインクチャンバ１３２を備えた本発明による一体型インクジェットプリントヘッドが完成される。
【０１１３】
　以上、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がなくても加工性の良い他の物質に代替でき、側壁、ヒータ、導体、保護層、熱伝導層や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、多様な蒸着方法とエッチング方法とが適用されうる。また、各段階で例示された具体的な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外れて調整できる。また、本発明のプリントヘッド製造方法の各段階の順序は例示されものと異にできる。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によって決まらなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
　本発明は高速度及び高解像度のプリンティングを行えるインクジェットプリントヘッド及びその製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１Ａ】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一例を示す切開斜視図及びインク液滴の吐出し過程を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一例を示す切開斜視図及びインク液滴の吐出し過程を説明するための断面図である。
【図２Ａ】従来の一体型インクジェットプリントヘッドの一例を示す平面図である
【図２Ｂ】従来の一体型インクジェットプリントヘッドの一例を示す図面であって、図２Ａに示したＡ−Ａ’線に沿う垂直断面図である。
【図３】本発明の望ましい実施例による一体型インクジェットプリントヘッドの平面構造を部分的に示す図面であって、インク流路及びヒータの形状と配置とを示す平面図である。
【図４Ａ】図３に示したＢ−Ｂ’線に沿う本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図４Ｂ】図３に示したＣ−Ｃ’線に沿う本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図５】図４Ａに示された熱伝導層の平面構造を示す平面図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す平面図である。
【図６Ｂ】本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す平面図である。
【図８Ａ】本発明のさらに他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明のさらに他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、側壁及びインクチャンバの形状を示す断面図である。
【図９Ａ】図３に示された本発明の望ましい実施例による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メカニズムを説明するための図面である。
【図９Ｂ】図３に示された本発明の望ましい実施例による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メカニズムを説明するための図面である。
【図９Ｃ】図３に示された本発明の望ましい実施例による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メカニズムを説明するための図面である。
【図１０】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１１】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１２】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１３】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１４】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１５】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１６】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１７】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１８】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１９】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図２０】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図２１】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図２２】図３に示された本発明によるインクジェットプリントヘッドの望ましい製造方法を段階的に説明するための図３に示されたＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図２３】シード層と犠牲層とを形成する異なる方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【０１１６】
　１３１　側壁
　１３２　インクチャンバ
　１３４　インクチャンネル
　１３６　マニホルド
　１３８　ノズル
　１４２　ヒータ
　１４４　導体
　Ｃ１　第１コンタクトホール
　Ｃ２　第２コンタクトホール
【図１Ａ】
2004130810.tif 000003
【図１Ｂ】
2004130810.tif 000004
【図２Ａ】
2004130810.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
2004130810.tif 000007
【図４Ａ】
2004130810.tif 000008
【図４Ｂ】
2004130810.tif 000009
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2004130810.tif 000017
【図９Ｃ】
2004130810.tif 000018
【図１０】
2004130810.tif 000019
【図１１】
2004130810.tif 000020
【図１２】
2004130810.tif 000021
【図１３】
2004130810.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
2004130810.tif 000024
【図１６】
2004130810.tif 000025
【図１７】
2004130810.tif 000026
【図１８】
2004130810.tif 000027
【図１９】
2004130810.tif 000028
【図２０】
2004130810.tif 000029
【図２１】
2004130810.tif 000030
【図２２】
2004130810.tif 000031
【図２３】
2004130810.tif 000032