(57)【要約】【課題】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、基板上に一体に形成されたノズルプレートと、を備える一体型インクジェットプリントヘッド。前記ノズルプレートは、基板上に順次積層された多数の保護層と、多数の保護層上に形成された金属層とを含み、インクチャンバからインクが吐出されるノズルが貫通されて形成される。保護層間には、インクチャンバの内部のインクを加熱するヒータと、ヒータに電流を印加する導体が設けられる。そして、金属層の外側の表面にだけ疏水性を有するコーティング膜が形成される。このような疏水性コーティング膜は、ノズルが形成される部位にメッキフレームを形成した後、先に金属層を形成し、その金属層上に疏水性を有する物質をコーティングすることによって形成される。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、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と、前記インクチャンバ及びマニホルドを連結するインクチャンネルが形成された基板と、
前記基板上に順次積層された多数の保護層と、前記多数の保護層上に形成された金属層とを含み、前記インクチャンバからインクが吐出されるノズルが形成されたノズルプレートと、
前記保護層間に設けられ、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、
前記保護層間に設けられ、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、
前記金属層の外側の表面にだけ形成され、疏水性を有するコーティング膜と、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】
前記疏水性コーティング膜は、耐化学性と耐摩耗性とも有する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３】
前記疏水性コーティング膜は、フッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質を含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】
前記フッ素含有化合物は、ＰＴＦＥまたはフッ化炭素であることを特徴とする請求項３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】
前記金属物質は、Ａｕであることを特徴とする請求項３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】
前記金属層は、Ｎｉ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】
前記金属層は、電気メッキによって３０〜１００μｍの厚さ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８】
前記ノズルは、前記多数の保護層に形成された下部ノズルと、前記金属層に形成された上部ノズルと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９】
前記上部ノズルは、出口側へ行くほど次第に断面積が狭められるテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項８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、前記基板及び前記金属層に熱的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】
前記熱伝導層は、アルミニウム、アルミニウム合金、Ａｕ及び銀のうち何れか一つの金属物質よりなることを特徴とする請求項１０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】
（ａ）基板を備える段階と、
（ｂ）前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、ヒータ及び前記ヒータに連結される導体を前記保護層間に形成する段階と、
（ｃ）前記保護層を貫通するようにエッチングして下部ノズルを形成する段階と、
（ｄ）前記保護層上に金属層を形成し、前記金属層の外側の表面にだけ疏水性を有するコーティング膜を形成しつつ、前記金属層及び前記コーティング膜を貫通して前記下部ノズルと連結される上部ノズルを形成する段階と、
（ｅ）前記上部ノズル及び下部ノズルを通じて露出された前記基板の上面側をエッチングしてインクが充填されるインクチャンバを形成する段階と、
（ｆ）前記基板をエッチングしてインクを供給するマニホルドと、前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結する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１３】
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１２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１４】
前記（ｂ）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、前記基板及び前記金属層に熱的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１２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１５】
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１４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１６】
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１４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１７】
前記熱伝導層は、アルミニウム、アルミニウム合金、Ａｕ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１４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１８】
前記（ｃ）段階で、前記下部ノズルは前記ヒータの内側の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１２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１９】
前記（ｄ）段階は、
前記保護層上に電気メッキのためのシード層を形成する段階と、
前記シード層上に前記上部ノズルを形成するためのメッキフレームを形成する段階と、
前記シード層上に前記金属層を電気メッキによって形成する段階と、
前記金属層の外側の表面にだけ前記疏水性コーティング膜を形成する段階と、
前記メッキフレーム及び前記メッキフレームの下部の前記シード層を除去する段階と、を備え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の製造方法。
【請求項２０】
前記シード層は、Ｔｉ及びＣｕのうち少なくとも一つの金属を前記保護層上に蒸着することによって形成されることを特徴とする請求項１９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２１】
前記シード層は、Ｔｉ及びＣｕが順次積層された複数の金属層よりなることを特徴とする請求項２０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２２】
前記メッキフレームは、前記シード層上にフォトレジストまたは感光性ポリマーを所定の厚さで塗布した後、これを前記上部ノズルの形状にパターニ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１９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２３】
前記メッキフレームは、フォトマスクを前記フォトレジストまたは感光性ポリマーの表面から所定間隔に離隔されるように設置して露光させる近接露光によって下側へ行くほど断面積が広められるテーパ状にパターニング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。
【請求項２４】
前記フォトレジストまたは感光性ポリマーと前記フォトマスク間の間隔及び露光エネルギーを調節することによって前記メッキフレームの傾斜度を調節することを特徴とする請求項２３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】
前記金属層は、Ｎｉよりなることを特徴とする請求項１９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】
前記金属層は、３０〜１００μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１９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】
前記コーティング膜は、フッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１９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】
前記フッ素含有化合物は、ＰＴＦＥまたはフッ化炭素であることを特徴とする請求項２７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ＰＴＦＥは、Ｎｉと共に前記金属層の表面に複合メッキされ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】
前記フッ化炭素は、プラズマ化学気相蒸着によって前記金属層の表面に蒸着され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】
前記金属物質は、Ａｕであることを特徴とする請求項２７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Ａｕは、蒸発装置によって前記金属層の表面に蒸着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３３】
前記（ｅ）段階で、前記インクチャンバは前記ノズルを通じて露出された前記基板を等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の製造方法。
【請求項３４】
前記（ｆ）段階で、前記マニホルドは前記基板の底面側をエッチングすることによって形成され、前記インクチャンネルは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するように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１２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、より詳細には基板及びノズルプレートが一体に形成され、ノズルプレートの表面に疏水性のコーティング膜が形成された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つ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って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、次のようである。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、ヒータから熱が発生するにつれて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の内部に充填されたインクに圧力を加える。これにより、インク額敵がインクチャンバからノズルを通じて吐出される。
【０００４】
ここで、バブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向によって、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、バブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向が同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向が直覚をなす方式であり、そしてバックシューティング方式はバブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向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て、量産できなければならない。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、インクチャンバにインクが再充填される周期を可能なかぎり短くしなければならない。すなわち、加熱したインク及びヒータの冷却が早く行われて駆動周波数を高めなければならない。第四に、ヒータから発生された熱によってプリントヘッドに加えられる熱的付加が少なくて、高い駆動周波数でも長時間安定的に作動できなければならない。
【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す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’が吐出されるノズル１６が形成されたノズルプレート１８とを備えている。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する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できる短所がある。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、すなわちノズル密度を高めるのに限界があり、これにより速い印刷速度及び高解像度を有するインクジェットプリントヘッドを具現し難い。
【０００９】
最近では、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するインクジェットプリントヘッドが提案されており、図２にはその一例として特許文献２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２を参照すれば、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の底面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が積層されてなるノズルプレート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’状で吐出される。次いで、大気と接触されるインク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する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及びノズルプレート４０が一体に形成され、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４６、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】
一方、インクジェットプリントヘッドにおいては、インクが液滴状に噴射されるので、優れる印刷性能を表すためにはインクが完全な液滴状に安定して噴射されなければならない。プリントヘッドにおいてノズルのサイズ、形態及び表面性質は、噴射されるインク液滴のサイズ、インク液滴の噴射の安定性及び吐出し速度に大影響を与える要因である。特に、ノズルプレートの表面性質は、インク吐出し特性に大影響を与える。一般的に、ノズルプレートの表面性質が疏水性である場合にはインクが完全な液滴状に吐出され、吐出されるインク液滴の直進性も向上し、印刷品質が向上する。また、インクが噴射された後、ノズル内に形成されるメニスカスも早く安定してインクチャンバ内への外気の流入が防止され、ノズルプレートの表面がインクによって汚染されることも防止できる。一方、ノズルプレートの表面性質が親水性である場合にはインク液滴のサイズ及び吐出し速度を下げる短所がある。
【００１３】
したがって、図２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、ノズルプレート４０の表面に疏水性コーティング膜を形成して前記のようにインク吐出し性能を向上させる（図示せず）。
【００１４】
しかし、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、ノズルプレート４０の表面に疏水性物質を塗布する時、疏水性物質がノズルプレート４０の表面だけでなくノズル４７の内面及びインクチャンバ３２の内面まで塗布できる。この場合には、親水性を有しなければならずノズル４７の内面及びインクチャンバ３２の内面の性質まで疏水性に変わるので、ノズル４７の内部にインクが充填され難くて、メニスカスもインクチャンバ３２側に後退する。これにより、吐出されるインク液滴のサイズ及び速度が下げられてインク吐出し特性が低下される問題点が発生する。
【００１５】
そして、図２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、ヒータ４５周囲に形成された物質層４１，４２，４３が電気的な絶縁のために酸化物または窒化物のような熱伝導度の低い絶縁物質よりなっている。したがって、インク４８の吐出しのために加熱されたヒータ４５、インクチャンバ３２内のインク４８及びノズルガイド４４が初期状態まで十分に冷却されるのには比較的長時間が所要されるので、駆動周波数を十分に高められない短所がある。
【００１６】
また、図２に示されたインクジェットプリントヘッドではノズルプレート４０が比較的薄くて、ノズル４７の長さを十分に確保できない短所がある。ノズル４７が短ければ、吐出されるインク液滴４８’の直進性が低下される短所と共に、インク液滴４８’の吐出し後にインク４８の表面のメニスカスがインクチャンバ３２内に侵入することもあって安定した高速印刷を具現し難い。このような問題点を解消するためにノズル４７のエッジにノズルガイド４４を形成させるが、ノズルガイド４４があまり長ければ、基板３０をエッチングしてインクチャンバ３２を形成し難くなり、またノズルガイド４４によってバブル４９の膨脹が制限される問題点が発生できる。したがって、ノズルガイド４４によってノズル４７の長さを十分に確保するには限界がある。
【特許文献１】米国特許ＵＳ４，８８２，５９５号公報
【特許文献２】米国特開２００２０００８７３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、特に厚い金属層を有するノズルプレートが基板上に一体に形成され、前記ノズルプレートの金属層の外側の表面にだけ疏水性コーティング膜が形成され、インク吐出しの直進成及び吐出し特性が改善された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。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前述した構造を有する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】
【００１８】
前記課題を達成するために本発明は、吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、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と、前記インクチャンバ及びマニホルドを連結するインクチャンネルが形成された基板と、前記基板上に順次積層された多数の保護層と、前記多数の保護層上に形成された金属層とを含み、前記インクチャンバからインクが吐出されるノズルが形成されたノズルプレートと、前記保護層間に設けられ、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、前記保護層間に設けられ、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、前記金属層の外側の表面にだけ形成され、疏水性を有するコーティング膜と、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。
【００１９】
前記疏水性コーティング膜は、耐化学性と耐摩耗性とも有する物質、例えばフッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質を含むことが望ましい。この場合、前記フッ素含有化合物は、ＰＴＦＥまたはフッ化炭素であることが望ましくて、前記金属物質はＡｕであることが望ましい。
【００２０】
そして、前記金属層は、Ｎｉよりなることが望ましくて、電気メッキによって３０〜１００μｍの厚さに形成されうる。
【００２１】
また、前記ノズルは、前記多数の保護層に形成された下部ノズルと、前記金属層に形成された上部ノズルとよりなり、この場合、前記上部ノズルは出口側へ行くほど次第に断面積が狭められるテーパ状に形成されたことが望ましい。
【００２２】
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て前記ヒータ及び導体から絶縁され、前記基板及び前記金属層に熱的に接触される熱伝導層が設けられたことが望ましい。この場合、前記熱伝導層はアルミニウム、アルミニウム合金、Ａｕ及び銀のうち何れか一つの金属物質よりなる。
【００２３】
そして、本発明は前述した構造を有する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。
【００２４】
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）前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、ヒータ及び前記ヒータに連結される導体を前記保護層間に形成する段階と、（ｃ）前記保護層を貫通するようにエッチングして下部ノズルを形成する段階と、（ｄ）前記保護層上に金属層を形成し、前記金属層の外側の表面にだけ疏水性を有するコーティング膜を形成しつつ、前記金属層及び前記コーティング膜を貫通して前記下部ノズルと連結する上部ノズルを形成する段階と、（ｅ）前記上部ノズル及び下部ノズルを通じて露出された前記基板の上面側をエッチングしてインクが充填されるインクチャンバを形成する段階と、（ｆ）前記基板をエッチングしてインクを供給するマニホルドと、前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結するインクチャンネルを形成する段階と、を備える。
【００２５】
そして、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。
【００２６】
前記（ｂ）段階では、前記保護層間に前記インクチャンバの上側に配置されて前記ヒータ及び導体から絶縁され、前記基板及び前記金属層に熱的に接触される熱伝導層を形成することが望ましい。この場合、前記熱伝導層は前記導体と同じ金属物質で同時に形成でき、前記導体上に絶縁層を形成した後に前記絶縁層上に形成されることもある。
【００２７】
前記（ｃ）段階で、前記下部ノズルは前記ヒータの内側の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。
【００２８】
前記（ｄ）段階は、前記保護層上に電気メッキのためのシード層を形成する段階と、前記シード層上に前記上部ノズルを形成するためのメッキフレームを形成する段階と、前記シード層上に前記金属層を電気メッキによって形成する段階と、前記金属層の外側の表面にだけ前記疏水性コーティング膜を形成する段階と、前記メッキフレーム及び前記メッキフレームの下部の前記シード層を除去する段階と、を備えることが望ましい。
【００２９】
ここで、前記シード層はＴｉ及びＣｕのうち少なくとも一つの金属を前記保護層上に蒸着することによって形成されうる。一方、前記シード層はＴｉ及びＣｕが順次積層された複数の金属層よりなることもある。
【００３０】
そして、前記メッキフレームは前記シード層上にフォトレジストまたは感光性ポリマーを所定の厚さで塗布した後、これを前記上部ノズル状にパターニングすることによって形成されうる。
【００３１】
この時、前記メッキフレームはフォトマスクを前記フォトレジストまたは感光性ポリマーの表面から所定間隔に離隔されるように設置して露光させる近接露光によって下側へ行くほど断面積が広くなるテーパ状でパターニングすることが望ましい。
【００３２】
前記金属層はＮｉよりなり、３０〜１００μｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００３３】
前記コーティング膜は、フッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質を含むことが望ましい。
【００３４】
前記フッ素含有化合物としてＰＴＦＥを使用でき、この場合、前記ＰＴＦＥはＮｉと共に前記金属層の表面に複合メッキされうる。
【００３５】
一方、前記フッ素含有化合物としてフッ化炭素を使用でき、この場合、前記フッ化炭素はプラズマ化学気相蒸着によって前記金属層の表面に蒸着されうる。
【００３６】
また、前記金属物質ではＡｕを使用でき、この場合、前記金銀蒸発装置によって前記金属層の表面に蒸着されうる。
【００３７】
そして、前記（ｅ）段階で、前記インクチャンバは前記ノズルを通じて露出された前記基板を等方性ドライエッチングすることによって形成されうる。
【００３８】
また、前記（ｆ）段階で、前記マニホルドは前記基板の底面側をエッチングすることによって形成され、前記インクチャンネルは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するようにエッチングすることによって形成されうる。
【発明の効果】
【００３９】
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。
【００４０】
第一に、ノズルが形成される部位にメッキフレームを形成した後で金属層及び疏水性コーティング膜を形成することによって、金属層の外側の表面にだけ疏水性コーティング膜が形成され、ノズルの内部は親水性が維持される。したがって、インク液滴の直進性、インク液滴のサイズ及びインク液滴の吐出し速度のようなインク吐出し性能が向上して駆動周波数が高まり、印刷品質が向上できる。また、プリントヘッドの表面汚染が防止され、化学的及び機械的耐久性が向上する。
【００４１】
第二に、電気メッキによって厚く金属層が形成され、この金属層によって放熱能力が向上してインク吐出し性能及び駆動周波数を高められる。また、金属層の厚さによってノズルの長さを十分に確保できて、メニスカスをノズル内に維持できるので、安定したインクの再充填が可能であり、吐出されるインク液滴の直進性が向上できる。
【００４２】
第三に、インクチャンバ及びインクチャンネルが形成された基板上にノズルが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てインクチャンバ及びノズルが誤整列される従来の問題点を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
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表し、図面上で各構成要素のサイズは説明の明瞭成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することもあり、その間に第３の層が存在することもある。
【００４４】
図３Ａ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示す図面であり、図３Ｂは図３Ａに表示されたＡ−Ａ’線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る。図面にはインクジェットプリントヘッドの単位構造だけ示されているが、チップ状で製造されるインクジェットプリントヘッドでは示された単位構造が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。
【００４５】
図３Ａ及び図３Ｂを共に参照すれば、基板１１０には吐出されるインクが充填されるインクチャンバ１３２と、インクチャンバ１３２に供給されるインクが流れるマニホルド１３６と、インクチャンバ１３２及びマニホルド１３６を連結するインクチャンネル１３４とが形成される。
【００４６】
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。前記インクチャンバ１３２は、基板１１０の上面側に所定深さに形成され、その形成方法によって半球形または他の形状に形成されうる。前記マニホルド１３６は、インクチャンバ１３２の下側に位置するように基板１１０の底面側に形成され、インクを含んでいるインクレザーバ（図示せず）と連結される。そして、前記インクチャンネル１３４はインクチャンバ１３２とマニホルド１３６間の基板１１０を垂直貫通して形成される。インクチャンネル１３４は、インクチャンバ１３２の底面の中心部上に形成され、その水平断面の形状は円形であることが望ましい。一方、インクチャンネル１３４の水平断面の形状は円形でなくても楕円形や多角形のような多様な形状を有しうる。また、インクチャンネル１３４は、インクチャンバ１３２の中心部位でなくても基板１１０を垂直貫通してインクチャンバ１３２及びマニホルド１３６を連結できる位置に形成されうる。
【００４７】
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の中心に対応する位置にはインクチャンバ１３２からインクが吐出されるノズル１３８が垂直貫通されて形成される。
【００４８】
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、基板１１０上に順次積層された第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６と、第３保護層１２６上に電気メッキによって積層された金属層１２８と、金属層１２８の外側の表面に形成された疏水性コーティング膜１２９とを含む。前記第１保護層１２１と第２保護層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。そして、第２保護層１２２と第３保護層１２６間には熱伝導層１２４がさらに設けられる。
【００４９】
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も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、その上に形成されるヒータ１４２とその下の基板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。
【００５０】
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がノズル１３８を取り囲む形状に形成される。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、タングステンシリサイドのような抵抗発熱体よりなる。前記ヒータ１４２は、図示されたようにノズル１３８を取り囲む円形のリング状に形成され、または四角形やダイアモンド状に形成されることもある。
【００５１】
前記第２保護層１２２は、ヒータ１４２の保護のために第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。
【００５２】
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に接続される。そして、前記導体１４４は、導電性が良好な金属、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、またはＡｕや銀よりなる。
【００５３】
前記第２保護層１２２上には前記のように熱伝導層１２４が設けられる。前記熱伝導層１２４は、ヒータ１４２及びヒータ１４２の周辺の熱を基板１１０及び後述する金属層１２８に伝導させる機能をするものであって、可能なかぎりインクチャンバ１３２とヒータ１４２とも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から所定間隔を介し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によって行われる。そして、熱伝導層１２４は第１保護層１２１及び第２保護層１２２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。
【００５４】
前記熱伝導層１２４は、熱伝導性が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、アルミニウムやアルミニウム合金、またはＡｕや銀よりなる。
【００５５】
一方、熱伝導層１２４を導体１４４より厚く形成しようとするか、あるいは導体１４４とは異なる金属物質に形成しようとする場合には、導体１４４と熱伝導層１２４間に図示されていない絶縁層が設けられる。
【００５６】
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はその上に設けられる金属層１２８とその下の導体１４４間の絶縁及び導体１４４の保護のために設けられる。第３保護層１２６は、ＴＥＯＳ酸化物またはシリコン酸化物よりなる。前記熱伝導層１２４の上面には後述する金属層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。
【００５７】
前記金属層１２８は、熱伝導性が良好な金属物質、望ましくはＮｉよりなる。一方、前記金属層１２８はＮｉでなくてもＣｕのような金属よりなることもある。金属層１２８は、第３保護層１２６上に前記金属物質を電気メッキによって約３０〜１００μｍ、望ましくは４５μｍ以上に比較的厚く形成される。このために、第３保護層１２６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、電気伝導性が良好で前記金属層１２８及びエッチング選択性を有する金属、例えばＴｉまたはＣｕよりなる。
【００５８】
このような金属層１２８は、ヒータ１４２及びその周辺の熱を外部に発散する機能をする。特に、金属層１２８がメッキ工程によって比較的厚く形成されるので、これを通じて効果的に放熱される。すなわち、インクが吐出された後にヒータ１４２及びその周辺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く放熱され、ノズル１３８の周囲の温度が下げられるので、高い駆動周波数で安定した印刷が可能になる。
【００５９】
前記金属層１２８の外側の表面には前述したように疏水性コーティング膜１２９が形成される。前述したように、前記疏水性コーティング膜１２９はインクを完全な液滴状で噴射させ、インクが噴射された後にノズル１３８内に形成されるメニスカスも早く安定させる。このような疏水性コーティング膜１２９によって、ノズルプレート１２０の表面がインクまたは異質物によって汚染されることも防止でき、インク吐出しの直進性も確保できる。そして、本発明では、前記疏水性コーティング膜１２９は金属層１２８の外側の表面にだけ形成され、ノズル１３８の内面には形成されていない。すなわち、ノズル１３８の内面は親水性を維持する。したがって、ノズル１３８の内部にインクが十分に充填され、メニスカスもノズル１３８の内部に維持されうる。
【００６０】
一方、ノズルプレート１２０の表面は高温状態でインク及び空気に露出され続けているので、インクによる腐食及び空気中の酸素による酸化が起こる。そして、ノズルプレート１２０の表面は残留したインクを除去するために周期的にワイピングされる。したがって、疏水性コーティング膜１２９は、酸化と腐食とに耐えられる耐化学性及び摩擦に耐えられる耐摩耗性も有することを必要とする。したがって、本発明によるプリントヘッドにおいて、前記コーティング膜１２９は疏水性だけでなく耐化学性と耐摩耗性とも優れる物質、例えばフッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質よりなる。前記フッ素含有化合物としてはＰＴＦＥまたはフッ化炭素が望ましくて、前記金属物質としてはＡｕが望ましい。
【００６１】
そして、前記ノズルプレート１２０には前記のようにノズル１３８が形成される。前記ノズル１３８の断面の形状は円形であることが望ましい。一方、ノズル１３８の断面の形状は円形でなくても楕円形や多角形のような多様な形状を有しうる。そして、前記ノズル１３８は下部ノズル１３８ａ及び上部ノズル１３８ｂよりなる。下部ノズル１３８ａは、前記保護層１２１，１２２，１２６を垂直に貫通して形成され、上部ノズル１３８ｂは前記金属層１２８を垂直に貫通して形成される。そして、上部ノズル１３８ｂは、シリンダ状に形成されるが、図示されたように出口側へ行くほど断面積が狭められるテーパ状に形成されたことが望ましい。このように上部ノズル１３８ｂ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。
【００６２】
また、前記のようにノズルプレート１２０の金属層１２８が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、吐出されるインク額敵が基板１１０に対して正確に垂直方向に吐出されうる。
【００６３】
以下では、図４Ａないし４Ｃを参照して本発明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。
【００６４】
まず、図４Ａ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下の第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。この時、ノズル１３８の外部に押し出されたインク１５０はノズルプレート１２０の表面に形成されたコーティング膜１２９が有する疏水性によってその表面に付いて広められることが防止される。
【００６５】
次いで、図４Ｂ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’状でノズル１３８の内部のインク１５０と分離吐出される。この時、ノズルプレート１２０の表面には疏水性コーティング膜１２９が形成され、ノズル１３８が十分に長く確保されているので、インク液滴１５０’はノズル１３８の内部のインク１５０から完全な形態で容易に分離され、その直進成も向上できる。
【００６６】
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内でだけ行われ、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の内部への外気の流入が防止され、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、ヒータ１４２及びその周辺に残留した熱が熱伝導層１２４及び金属層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、ノズル１３８及びその周辺の温度がさらに早く下げられる。
【００６７】
次いで、図４Ｃ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で再充填される。この時、ノズル１３８の内面は親水性を維持しているので、インク１５０がノズル１３９の内部に十分に充填され、特に上部ノズル１３８ｂがテーパ状である場合には、インク１５０の上昇速度をさらに短縮できる長所がある。インク１５０の再充填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及び金属層１２８を通じて放熱が行われて熱的でも初期状態への復帰をさらに短縮できる。
【００６８】
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。
【００６９】
図５ないし図１６は、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段階的に説明するための断面図である。
【００７０】
まず、図５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約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。
【００７１】
一方、図５に示されたものは、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。
【００７２】
そして、準備されたシリコン基板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形成されうる。
【００７３】
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を所定厚さに蒸着した後、これをパターニングすることによって形成されうる。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法：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約０.７〜１μｍの厚さに蒸着され、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法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約０.１〜０.３μｍの厚さに蒸着されうる。この抵抗発熱体の蒸着の厚さは、ヒータ１４２の幅及び長さ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写真工程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。
【００７４】
次いで、図６に図示されたように、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約０.５〜３μｍの厚さに蒸着することによって形成されうる。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７の段階で導体１４４と接続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及び第１保護層１２１を順次にエッチングして基板１１０の一部分、すなわち図７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は同時に形成されうる。
【００７５】
図７は、第２保護層１２２の上面に導体１４４及び熱伝導層１２４を形成した状態を示す図面である。具体的に、導体１４４及び熱伝導層１２４は電気及び熱伝導性が良好な金属、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、またはＡｕや銀をスパッタによって約１μｍの厚さに蒸着し、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及び熱伝導層１２４は、相互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と接続され、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。
【００７６】
一方、熱伝導層１２４を導体１４４より厚くするか、あるいは熱伝導層１２４をなす金属物質を導体１４４とは異なる金属にする場合、または導体１４４及び熱伝導層１２４をさらに完全に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６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、第２及び第１保護層１２２，１２１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を前述した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。
【００７７】
図８は、図７の結果物の表面に第３保護層１２６を形成した状態を示した図面である。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）によって約０.７〜３μｍ程度の厚さで蒸着することによって形成されうる。次いで、第３保護層１２６を部分的にエッチングして図示されたように熱伝導層１２４を露出させる。
【００７８】
図９は、下部ノズル１３８ａを形成した状態を示した図面である。下部ノズル１３８ａは、ヒータ１４２の内側に第３保護層１２６、第２保護層１２２及び第１保護層１２１を反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）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。
【００７９】
図１０は、図９の結果物の全面に電気メッキのためのシード層１２７を形成した状態を示した図面である。前記シード層１２７は、電気メッキのために導電性が良好なＴｉまたはＣｕのような金属をスパッタリングによって約１００〜１０００Åの厚さで蒸着することによって形成されうる。そして、前記シード層１２７をなす金属物質は後述するように金属層１２８とのエッチング選択性を考慮して決められる。一方、前記シード層１２７は、Ｎｉ及びＣｕを順次に積層してなされた複合層に形成されうる。
【００８０】
次いで、図１１に示されたように、上部ノズル（図１４の１３８ｂ）を形成するためのメッキフレーム１３９を形成する。前記メッキフレーム１３９は、シード層１２７の全面にフォトレジストを所定厚さで塗布した後、これを上部ノズル１３８ｂの形状にパターニングすることによって形成されうる。一方、前記メッキフレーム１３９はフォトレジストだけでなく感光性ポリマーによりも形成されうる。具体的に、シード層１２７の全面に上部ノズル１３８ｂより少し厚くフォトレジストを塗布する。この時、下部ノズル１３８ａの内部にもフォトレジストを充填させる。次いで、フォトレジストをパターニングして上部ノズル１３８ｂが形成される部位及び下部ノズル１３８ａ内に充填された部分だけを残す。この時、フォトレジストは上面から下側へ行くほどその断面積が順次広くなるテーパ状でパターニングされる。このようなパターニングはフォトレジストの上面から所定間隔で離隔されて設置されたフォトマスクを通じてフォトレジストを露光させる近接露光によって行われる。この場合、フォトマスクを通過した光は回折され、これによりフォトレジストの露光部位と露光されない部位との境界面が傾いて形成される。そして、前記境界面の傾斜度及び露光の深さは、近接露光工程でフォトマスクとフォトレジスト間の間隔及び露光エネルギーによって調節されうる。一方、上部ノズル１３８ｂはシリンダ状に形成され、この場合にはフォトレジストは柱状にパターニングされる。
【００８１】
次いで、図１２に示されたように、シード層１２７の上面に所定厚さの金属層１２８を形成する。金属層１２８は熱伝導性が良好な金属、例えばＮｉまたはＣｕ、望ましくはＮｉをシード層１２７の表面に電気メッキすることによって約３０〜１００μｍ、望ましくは４５μｍ以上に比較的厚く形成されうる。具体的に、Ｎｉのメッキはスルファミン酸Ｎｉ溶液を利用して行われる。この時、Ｎｉのメッキはメッキフレーム１３９の上端部にやや及ばない地点で終了される。
【００８２】
次いで、図１３に示されたように金属層１２８の表面に疏水性を有するコーティング膜１２９を形成する。前記コーティング膜１２９は前述したように疏水性だけでなく耐化学性及び耐摩耗性を有する物質、例えば、フッ素含有化合物及び金属物質のうち少なくとも一つの物質よりなる。フッ素含有化合物としてはＰＴＦＥまたはフッ化炭素が望ましくて、金属物質としてはＡｕが望ましい。このような物質は各々適正な方法によって金属層１２８の表面に所定厚さでコーティングされうる。例えば、コーティング膜１２９をＰＴＦＥを使用して形成する場合には、ＰＴＦＥをＮｉと共に金属層１２８の表面に約０.１μｍないし数μｍ厚さで複合メッキする“メタフロン工程”が利用されうる。一方、コーティング膜１２９がフッ化炭素よりなる場合には、ＰＥＣＶＤによってフッ化炭素を金属層１２８の表面に数Åないし数百Åの厚さで蒸着できる。この時、フッ化炭素はメッキフレーム１３９上にも蒸着されるが、メッキフレーム１３９上に蒸着されたフッ化炭素は後述するメッキフレーム１３９の除去工程でメッキフレーム１３９と共に除去されうる。そして、コーティング膜１２９がＡｕよりなる場合には、蒸発装置によって金属層１２８の表面にＡｕを０.１μｍないし１μｍ厚さに形成できる。
【００８３】
前記のように、本発明ではノズル１３８が形成される部位にあらかじめメッキフレーム１３９を形成した後、金属層１２８及び疏水性コーティング膜１２９を形成するので、疏水性コーティング膜１２９は金属層１２８の外側の表面にだけ形成され、ノズル１３８の内面には形成されない。
【００８４】
次いで、メッキフレーム１３９を除去し、メッキフレーム１３９の除去によって露出された部位のシード層１２７を除去する。メッキフレーム１３９は通常的なフォトレジストの除去方法によって、例えばアセトンで除去されうる。シード層１２７は、金属層１２８をなす物質とシード層１２７をなす物質とのエッチング選択性を考慮してシード層１２７だけを選択的にエッチングするエッチング液を使用するウェットエッチングによってエッチングされうる。例えば、シード層１２７がＣｕよりなる場合には酢酸ベースエッチング液によって、そしてＴｉよりなる場合にはＨＦベースエッチング液を使用できる。これにより、図１４に示されたように下部ノズル１３８ａ及び上部ノズル１３８ｂ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るノズルプレート１２０が完成される。
【００８５】
図１５は、基板１１０の上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した図面である。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。これにより、図示されたように、深さ及び半径が約２０〜４０μｍである半球形のインクチャンバ１３２が形成される。
【００８６】
図１６は、基板１１０の底面側をエッチングしてマニホルド１３６及びインクチャンネル１３４を形成した状態を示した図面である。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としてＴＭＡＨ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）または水酸化カルシウム（ＫＯＨ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を使用してウェットエッチングすれば、図示されたように側面が傾いたマニホルド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によってドライエッチングしてインクチャンネル１３４を形成する。一方、インクチャンネル１３４は基板１１０の上面側でノズル１３８を通じてインクチャンバ１３２の底部の基板１１０をエッチングして形成することもある。
【００８７】
前述した段階を経れば、図１６に示された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が完成される。
【００８８】
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。また、各物質の積層及び形成方法もただ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。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に作動できる範囲内でいくらでも例示された範囲を超えて調整できる。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異なることもある。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】
【００８９】
本発明はインク吐出しの直進性及び吐出し特性が改善されて高速プリントのできる一体型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】
【００９０】
【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２】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垂直断面図である。
【図３Ａ】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示す図面である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されたＡ−Ａ’線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る。
【図４Ａ】本発明による一体型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４Ｂ】本発明による一体型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４Ｃ】本発明による一体型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５】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段階的に説明するための断面図である。
【図６】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段階的に説明するための断面図である。
【図７】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段階的に説明するための断面図である。
【図８】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段階的に説明するための断面図である。
【図９】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段階的に説明するための断面図である。
【図１０】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段階的に説明するための断面図である。
【図１１】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段階的に説明するための断面図である。
【図１２】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段階的に説明するための断面図である。
【図１３】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段階的に説明するための断面図である。
【図１４】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段階的に説明するための断面図である。
【図１５】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段階的に説明するための断面図である。
【図１６】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段階的に説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１２４    熱伝導層
１３２    インクチャンバ
１３８    ノズル
１４２    ヒータ
１４４    導体
【図１Ａ】
2004181968.tif 000003
【図１Ｂ】
2004181968.tif 000004
【図２】
2004181968.tif 000005
【図３Ａ】
2004181968.tif 000006
【図３Ｂ】
2004181968.tif 000007
【図４Ａ】
2004181968.tif 000008
【図４Ｂ】
2004181968.tif 000009
【図４Ｃ】
2004181968.tif 000010
【図５】
2004181968.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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