(57)【要約】【課題】 インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】 吐出されるインクが充填されるインクチャンバが表面側に形成され、そのインクチャンバにインクを供給するためのマニホールドが背面側に形成され、そのインクチャンバとマニホールド間にはインクチャンバとマニホールドとを連結するインクチャンネルが形成された基板と、基板上に積層される多数の保護層と、その保護層上に積層され熱伝導性金属物質よりなる熱発散層とを含み、インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、ノズルプレートの保護層間に設けられるものであって、インクチャンバ内部のインクを加熱するヒーターおよびヒーターに電流を印加する導体と、を備え、熱発散層は保護層上に積層される第１金属層と、その第１金属層上に積層される第２金属層とを含むインクジェットプリントヘッド。【選択図】 図３
2005047270.tif 000002
【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が表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドが背面側に形成され、前記インクチャンバと前記マニホールド間には前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルが形成された基板と、
前記基板上に積層される多数の保護層と、前記保護層上に積層され熱伝導性金属物質よりなる熱発散層とを含み、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通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保護層間に設けられるものであって、前記インクチャンバ内部のインクを加熱するヒーターおよび前記ヒーターに電流を印加する導体と、を備え、
前記熱発散層は前記保護層上に積層される第１金属層と、前記第１金属層上に積層される第２金属層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。
【請求項２】
前記第１金属層は銅ダマシン法によってその上面が平坦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。
【請求項３】
前記第１金属層の厚さは１〜１２μm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。
【請求項４】
前記第２金属層はニッケル、銅、アルミニウムおよび金よりなる群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１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記第２金属層は電解メッキ方法により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。
【請求項６】
前記熱発散層の全面には前記熱発散層がインクによって腐食されることを防止するための腐食防止層が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。
【請求項７】
前記腐食防止層は金、白金およびパラジウムよりなる群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６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記腐食防止層は無電解メッキ方法によって形成されることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記腐食防止層の厚さは０．１〜１μmであることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記保護層と前記第１金属層間には前記第１金属層のメッキのためのシード層が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。
【請求項１１】
前記シード層は銅、クロム、チタン、金およびニッケルよりなる群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１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
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保護層および第３保護層を含み、前記ヒーターは前記第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１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が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。
【請求項１４】
記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側へ行くほど断面積が小さくなるテーパー状になっていることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
（ａ）基板上に多数の保護層を順次形成し、ヒーターと前記ヒーターに連結される導体とを前記保護層間に形成する段階と、
（ｂ）前記保護層上に第１金属層を上面が平坦になるように形成し、前記第１金属層上に第２金属層を形成した後、インクが吐出されるノズルを前記第２金属層、第１金属層および保護層を貫通して形成する段階と、
（ｃ）前記基板の背面をエッチングしてマニホールドおよびインクチャンネルを形成する段階と、
（ｄ）前記ノズルを通じて露出された前記基板の表面をエッチングして前記インクチャンネルと連結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。
【請求項１６】
前記（ｂ）段階は、
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、
上部ノズル形成のための所定形状のメッキ鋳型を前記下部ノズルの内部から垂直方向に形成する段階と、
前記メッキ鋳型両側の前記保護層上に前記第１金属層を上面が平坦になるように形成する段階と、
前記第１金属層上に前記第２金属層を形成する段階と、
前記メッキ鋳型を除去して前記上部ノズルおよび下部ノズルよりなる前記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１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記第１金属層は銅ダマシン法によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記第１金属層は１〜１２μmの厚さに形成されることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記メッキ鋳型を形成する段階前に、前記保護層の全面に前記第１金属層のメッキのためのシード層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記シード層は銅、クロム、チタン、金およびニッケルよりなる群から選択されたいずれか一つをスパッタリ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】
前記第２金属層はニッケル、銅、アルミニウムおよび金よりなる群から選択されたいずれか一つを前記第１金属層上に電解メッキすることによって形成されることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記ノズルを形成する段階後に、外部に露出された前記第１金属層および第２金属層の全面に腐食防止層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２３】
前記腐食防止層は無電解メッキ方法によって形成されることを特徴とする請求項２２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法
【請求項２４】
前記腐食防止層は金、白金およびパラジウムよりなる群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２２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２５】
前記腐食防止層は０．１〜１μmの厚さに形成されることを特徴とする請求項２２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２６】
前記メッキ鋳型はその上部が上側へ行くほど直径が小さくなるテーパー状になっていることを特徴とする請求項１６に記載の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（ａ）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ーを形成する段階と、
前記第１保護層および前記ヒーター上に第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保護層および前記導体上に第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１５に記載の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およびその製造方法に係り、特に銅ダマシン法（銅ダマシンプロセス）を利用して表面の平坦なノズルプレートを得られ、プリントヘッドの寿命も延長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およ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メカニズムによって２つの方式に大別される。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、他の一つは、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。
【０００３】
前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴吐出メカニズムをさらに詳細に説明すれば次の通りである。発熱抵抗体よりなるヒーターにパルス状の電流が流れれば、ヒーターで熱が発生してヒーターに隣接したインクはほぼ３００℃に瞬間加熱される。それによりインクが沸騰しつつバブルを生成し、生成されたバブルは膨脹してインクチャンバ内部に充填されたインクに圧力を加える。これによって、ノズル付近にある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部に吐出される。
【０００４】
ここで、バブルの成長方向およびインク液滴の吐出方向によって前記熱駆動方式はさらに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、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方向とが相反するインク液滴吐出方式である。
【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、かつ量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つつ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に配置する必要がある。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に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、加熱されたインクおよびヒーターが迅速に冷却されて駆動周波数を高める必要がある。
【０００６】
図１Ａおよび図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およびそのインク液滴吐出過程を説明するための断面図である。
【０００７】
図１Ａおよび図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ー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。前記ヒーター１２にパルス状の電流が供給されてヒーター１２で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は膨脹しつづき、そ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。その後、マニホールド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が吸入されてインクチャンバ２６は再びインク２９で充填される。
【０００８】
ところで、このような構造を持つ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とインクチャンバ２６およびインクチャンネル２４など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せねばならないが、製造工程が複雑でノズルプレート１８と基板１０とのボンディング時に誤整列の問題が発生してしまう短所がある。そして、ノズルプレート１８と基板１０とのボンディング時に接着される部分の厚さを均一に調節することが非常に難しいという問題がある。また、インクチャンバ２６、インクチャンネル２４およびマニホールド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、それにより高い印刷速度および高解像度を持つインクジェットプリントヘッドを具現し難い。
【０００９】
最近、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持つインクジェットプリントヘッドが提案されており、図２にはその一例のインクジェットプリントヘッドが図示されている。
【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ールド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とマニホールド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の周囲には導体４６に連結されたヒーター４５が配置されている。ノズル４７の端部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。前記ヒーター４５で発生した熱は絶縁層４１を通じてインクチャンバ３２内部のインク４８に伝えられ、それによりインク４８は沸騰してバブル４９が生成される。生成されたバブル４９は膨脹しつつインクチャンバ３２内に充填されたインク４８に圧力を加え、それによりインク４８はノズル４７を通じて液滴４８’の形で吐出される。その後、マニホールド３６からインクチャンネル３４を通じてインク４８が吸入されつつインクチャンバ３２に再びインク４８が充填される。
【００１１】
前記のような構造を持つ従来の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あり、かつ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およびマニホールド３６が垂直に配列されることによって、図１Ａに図示されたインクジェットプリントヘッドと比較してノズル密度を高めうる長所がある。
【００１２】
ところで、図２に図示されたインクジェットプリントヘッドにおいては、ヒーター４５の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などの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の吐出のために加熱されたヒーター４５、インクチャンバ３２内のインク４８およびノズルガイド４４などが初期状態まで十分に冷却されるには比較的長時間がかかるので、駆動周波数を十分に高められないという短所がある。
【００１３】
そして、従来のインクジェットプリントヘッドではノズルプレート４０をなす物質層は化学気相蒸着工程により形成されるが、このような蒸着工程によっては物質層の厚さを厚く形成し難い。したがって、ノズルプレート４０の厚さがほぼ５μm程度と比較的薄くてノズル４７の長さを十分に確保できないという短所がある。ノズル４７の長さが短ければ、吐出されるインク液滴４８’の直進性が低下すると共に、インク液滴４８’の吐出後にインク４８表面のメニスカスがノズル４７内に形成されずにインクチャンバ３２内に侵入する恐れ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、従来のインクジェットプリントヘッドではノズル４７の端部にノズルガイド４４を形成する。しかし、ノズルガイド４４の長さが長すぎれば、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によりバブル４９の膨脹が制限される問題点が発生することがあって、ノズルガイド４４によりノズル４７の長さを十分に確保するには限界がある。
【００１４】
また、従来のインクジェットプリントヘッドではノズル４７の出口側端部が鋭く形成されずに丸く開く形になっているが、それはインク液滴４８’の吐出性能低下およびノズルプレート４０の外側表面がインク４８により容易に濡れてしまう問題を発生させる一つの原因となる。
【特許文献１】米国特許第４，８８２，５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、銅ダマシン法を利用して表面の平坦なノズルプレートを得られ、かつ、プリントヘッドの寿命も延長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およびその製造方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記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、吐出されるインクが充填されるインクチャンバが表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドが背面側に形成され、前記インクチャンバと前記マニホールド間には前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルが形成された基板と、前記基板上に積層される多数の保護層と、前記保護層上に積層され熱伝導性金属物質よりなる熱発散層とを含み、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通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保護層間に設けられるものであって、前記インクチャンバ内部のインクを加熱するヒーターおよび前記ヒーターに電流を印加する導体と、を備え、前記熱発散層は前記保護層上に積層される第１金属層と、前記第１金属層上に積層される第２金属層とを含む。
【００１７】
前記第１金属層は銅ダマシン法によってその上面が平坦になるように形成され、前記第１金属層の厚さは１〜１２μmであることが望ましい。
【００１８】
前記第２金属層はニッケル、銅、アルミニウムおよび金よりなる群から選択されたいずれか一つよりなり、前記第２金属層は電解メッキ方法により形成されることが望ましい。
【００１９】
前記熱発散層の全面には前記熱発散層がインクによって腐食されることを防止するための腐食防止層が形成されることが望ましく、前記腐食防止層は金、白金およびパラジウムよりなる群から選択されたいずれか一つよりなる。
【００２０】
前記腐食防止層は無電解メッキ方法によって形成され、前記腐食防止層の厚さは０．１〜１μmであることが望ましい。
【００２１】
前記保護層と前記第１金属層間には前記第１金属層のメッキのためのシード層が形成されることが望ましく、前記シード層は銅、クロム、チタン、金およびニッケルよりなる群から選択されたいずれか一つよりなる。
【００２２】
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保護層および第３保護層を含み、前記ヒーターは前記第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。
【００２３】
前記保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が形成される。ここで、前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側へ行くほど断面積が小さくなるテーパー状になっていることが望ましい。
【００２４】
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）基板上に多数の保護層を順次形成し、ヒーターと前記ヒーターに連結される導体とを前記保護層間に形成する段階と、（ｂ）前記保護層上に第１金属層を上面が平坦になるように形成し、前記第１金属層上に第２金属層を形成した後、インクが吐出されるノズルを前記第２金属層、第１金属層および保護層を貫通して形成する段階と、（ｃ）前記基板の背面をエッチングしてマニホールドおよびインクチャンネルを形成する段階と、（ｄ）前記ノズルを通じて露出された前記基板の表面をエッチングして前記インクチャンネルと連結されるインクチャンバを形成する段階と、を含む。
【００２５】
前記（ｂ）段階は、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、上部ノズル形成のための所定形状のメッキ鋳型を前記下部ノズルの内部から垂直方向に形成する段階と、前記メッキ鋳型両側の前記保護層上に前記第１金属層を上面が平坦になるように形成する段階と、前記第１金属層上に前記第２金属層を形成する段階と、前記メッキ鋳型を除去して前記上部ノズルおよび下部ノズルよりなる前記ノズルを形成する段階と、を含むことが望ましい。
【００２６】
前記第１金属層は銅ダマシン法によって形成されることが望ましい。この時、前記第１金属層は１〜１２μmの厚さに形成されることが望ましい。
【００２７】
前記メッキ鋳型を形成する段階前に、前記保護層の全面に前記第１金属層のメッキのためのシード層を形成する段階をさらに含む。この時、前記シード層は銅、クロム、チタン、金およびニッケルよりなる群から選択されたいずれか一つをスパッタリングすることによって形成されることが望ましい。
【００２８】
前記第２金属層はニッケル、銅、アルミニウムおよび金よりなる群から選択されたいずれか一つを前記第１金属層上に電解メッキすることによって形成されることが望ましい。
【００２９】
前記ノズルを形成する段階後に、外部に露出された前記第１金属層および第２金属層の全面に腐食防止層を形成する段階をさらに含む。この時、前記腐食防止層は無電解メッキ方法によって形成されることが望ましい。また、前記腐食防止層は金、白金およびパラジウムよりなる群から選択されたいずれか一つよりなる。前記腐食防止層は０．１〜１μmの厚さに形成されることが望ましい。
【００３０】
前記メッキ鋳型はその上部が上側へ行くほど直径が小さくなるテーパー状になっていることが望ましい。
【００３１】
前記（ａ）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ーを形成する段階と、前記第１保護層および前記ヒーター上に第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保護層および前記導体上に第３保護層を形成する段階と、を含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によるインクジェットプリントヘッドおよびその製造方法によれば次のような効果がある。
【００３３】
第１に、厚い金属よりなる熱発散層により放熱能力が向上してインク吐出性能および駆動周波数を向上させることができ、高速の印刷時にも過熱による印刷エラーおよびヒーター破損などの問題が防止できる。
【００３４】
第２に、熱発散層の厚さによってノズルの長さを十分に確保することができて吐出されるインク液滴の直進性を向上させうる。
【００３５】
第３に、基板上にノズルプレートが一体化して形成されるのでボンディング工程が不要であり、かつインクチャンバおよびノズルが誤整列される問題点が解消される。
【００３６】
第４に、銅ダマシン法によって表面の平坦なノズルプレートを得られるので、化学機械的研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程が不要になる。したがって、プリントヘッドの製造工程が単純化できる。また、化学機械的研磨工程により生じうるノズル出口の不均一性が減ってプリントヘッドの収率を高めうる。
【００３７】
第５に、金属物質よりなる熱発散層の表面に無電解メッキ方法によって腐食防止層を形成することによってノズルプレートが腐食される現象が防止できる。それにより、プリントヘッドの寿命を延長できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。
【００３９】
図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示し、各構成要素の大きさや厚さは説明の明瞭性のためで誇張されていることもある。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の直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。
【００４０】
図３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垂直構造を示した断面図である。
【００４１】
図３を参照すれば、インクジェットプリントヘッドは基板１００と、前記基板１００の上部に積層されるノズルプレート１２０とを備える。
【００４２】
前記基板１００には表面側に吐出されるインクが充填されるインクチャンバ１０６が形成され、背面側には前記インクチャンバ１０６にインクを供給するためのマニホールド１１０が形成される。そして、前記インクチャンバ１０６とマニホールド１１０間にはマニホールド１１０からインクチャンバ１０６にインクを供給する流路でありインクチャンネル１０８が形成される。一方、前記マニホールド１１０はインクを保存しているインクコンテナ（図示せず）と連結される。
【００４３】
前記インクチャンバ１０６は基板１００の表面を等方性エッチングすることによって図３に図示されたようにほぼ半球形に形成され、前記インクチャンネル１０８はインクチャンバ１０６とマニホールド１１０間の基板１００を垂直に貫通して円筒形に形成される。しかし、本発明によるインクジェットプリントヘッドでは基板１００のエッチング形態によって多様な形状のインクチャンバ１０６およびインクチャンネル１０８が形成される。したがって、インクチャンバ１０６は一定の深さを持つ方形になっており、インクチャンネル１０８はその断面が楕円形または多角形になっている。そして、前記インクチャンネル１０８は基板１００の表面に平行に形成されることもあり、その数も複数個に形成される。
【００４４】
前記インクチャンバ１０６、インクチャンネル１０８およびマニホールド１１０が形成された基板１００の上部にはノズルプレート１２０が設けられる。このようなノズルプレート１２０はインクチャンバ１０６の上部壁をなし、インクチャンバ１０６の中心部に対応する位置にはインクの吐出がなされるノズル１０４が形成される。
【００４５】
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ないし第３保護層１２１、１２３、１２５と熱発散層１２７、腐食防止層１２９よりなる。そして、前記第１保護層１２１と第２保護層１２３間にはヒーター１２２が形成され、前記第２保護層１２３と第３保護層１２５間には導体１２４が形成される。
【００４６】
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１００の上面に形成される。この第１保護層１２１はヒーター１２２と基板１００間の絶縁およびヒーター１２２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。
【００４７】
前記第１保護層１２１上にはインクチャンバ１０６に充填されたインクを加熱するヒーター１２２が形成される。このヒーター１２２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などの発熱抵抗体よりなる。
【００４８】
前記第２保護層１２３は第１保護層１２１およびヒーター１２２上に形成される。この第２保護層１２３は熱発散層１２７とヒーター１２２間の絶縁およびヒーター１２２の保護のための物質層であって、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。
【００４９】
前記第２保護層１２３上にはヒーター１２２と電気的に連結されてヒーター１２２にパルス状の電流を印加する導体１２４が形成される。前記導体１２４はその一端部が前記第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ー１２２に連結され、その他端部はプリントヘッドの両側端部に設けられたボンディングパッド（図示せず）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または金や銀などよりなる。
【００５０】
前記第３保護層１２５は前記導体１２４および第２保護層１２３上に形成される。この第３保護層１２５はＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化物、シリコン酸化物またはシリコン窒化物よりなる。
【００５１】
前記熱発散層１２７は第３保護層１２５上に形成される。このような熱発散層１２７はヒーター１２２およびその周辺の熱を外部に放熱させるためのものであって、第１金属層１２７ａおよび第２金属層１２７ｂを含む。
【００５２】
前記第１金属層１２７ａは第３保護層１２５の上面に銅ダマシン法によって形成された銅よりなる。前記銅ダマシン法は、亜硫酸系銅メッキ液に所定の添加剤を添加してメッキすることによってメッキされる銅層上面の段差を克服する方法である。したがって、このような前記銅ダマシン法を利用すれば、第３保護層１２５の凹部から銅メッキが進まれ、結局にはその上面の平坦な第１金属層１２７ａが形成される。ここで、前記第１金属層１２７ａは１〜１２μmの厚さに形成されることが望ましい。
【００５３】
一方、前記第３保護層１２５と第１金属層１２７ａ間には第１金属層１２７ａのメッキのためのシード層１２６が設けられる。ここで、前記シード層１２６は電気伝導性の良好な金属物質、例えば銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）またはニッケル（Ｎｉ）よりなる。
【００５４】
前記第２金属層１２７ｂは第１金属層１２７ａの上面に形成される。前記第２金属層１２７ｂは熱伝導性の良好な金属物質、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）よりなる。このような第２金属層１２７ｂは、第１金属層１２７ａ上に前記金属物質を高速で電解メッキすることによって１０〜１００μm程度と比較的厚く形成できる。この時、前記第２金属層１２７ｂは平坦な第１金属層１２７ａの上面からメッキが進んで形成されるので、第２金属層１２７ｂの上面も平坦に形成される。それにより、上面の平坦なノズルプレート１２０が得られる。
【００５５】
このように、第１金属層１２７ａおよび第２金属層１２７ｂよりなる熱発散層１２７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等と一体に形成され、また比較的厚く形成されるので効果的な放熱がなされうる。そして、前記熱発散層１２７は比較的厚く形成されるのでノズル１０４の長さを十分に確保できる。したがって、安定した高速印刷が可能になり、かつノズル１０４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が基板１００の表面に正確に垂直な方向に吐出される。
【００５６】
一方、前記熱発散層１２７の全面には腐食防止層１２９が形成される。このような腐食防止層１２９は金属物質よりなる熱発散層１２７がインクにより腐食されることを防止するためのものである。前記腐食防止層１２９は耐化学性および耐腐食性の強い物質、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）よりなる。前記腐食防止層１２９は熱発散層１２７の全面に前記物質を無電解メッキすることによって形成される。この時、前記腐食防止層１２９は０．１〜１μm程度の厚さに形成されることが望ましい。
【００５７】
前記ノズルプレート１２０には下部ノズル１０４ａおよび上部ノズル１０４ｂよりなるノズル１０４が貫通形成される。前記下部ノズル１０４ａはノズルプレート１２０の第１ないし第３保護層１２１、１２３、１２５を貫通する柱状に形成される。そして、前記上部ノズル１０４ｂは第１および第２金属層１２７ａ、１２７ｂよりなる熱発散層１２７を貫通して形成されるが、この上部ノズル１０４ｂの形状は柱状になってもよいが、図示されたように出口側へ行くほど断面積が順次小さくなるテーパー状になっていることが望ましい。このように、上部ノズル１０４ｂの形状がテーパー状になっている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。
【００５８】
以上のように、本発明によるインクジェットプリントヘッドによれば、熱発散層１２７をなす第１金属層１２７ａを銅ダマシン法によって形成することによってノズルプレート１２０の上面を平坦に形成できる。したがって、ノズルプレート１２０の上面を平坦化させるためのＣＭＰ工程が不要になり、その結果、インクジェットプリントヘッドの製造工程を単純化させうる。
【００５９】
以下では、図４ないし図１４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を製造する方法について説明する。
【００６０】
図４は、基板１００の上面に第１保護層１２１を形成した状態を図示したものである。
【００６１】
図４を参照すれば、まず本実施例で基板１００としてはシリコンウェーハをほぼ３００〜５００μmの厚さに加工して使用する。これはシリコンウェーハが半導体素子に広く使われるものであって、大量生産に効果的であるからである。一方、図４はシリコンウェーハのごく一部を図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に数十ないし数百個のチップ状態に製造されうる。
【００６２】
次いで、備えられたシリコン基板１００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１００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る。
【００６３】
図５は、第１保護層１２１の上面にヒーター１２２を形成し、その上に第２保護層１２３を形成した状態を図示したものである。
【００６４】
図５を参照すれば、まず基板１００の上面に形成された第１保護層１２１上にヒーター１２２を形成する。前記ヒーター１２２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−アルミニウム合金またはタンタル窒化物などの発熱抵抗体を所定厚さに蒸着した後、これをパターニングして形成できる。具体的には、ポリシリコンは不純物として例えば燐（Ｐ）のソースガスと共に低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ；Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりほぼ０．７〜１μmの厚さに蒸着され、タンタル−アルミニウム合金またはタンタル窒化物はスパッタリングによりほぼ０．１〜０．３μmの厚さに蒸着される。この抵抗発熱体の蒸着厚さは、ヒーターの幅および長さを考慮して適正な抵抗値を持つように異なる範囲とすることができる。第１保護層１２１の全面に蒸着された発熱抵抗体は、フォトマスクおよびフォトレジストを利用したフォトリソグラフィ工程と、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。
【００６５】
次いで、第１保護層１２１およびヒーター１２２の上面に第２保護層１２３を形成する。前記第２保護層１２３はシリコン酸化物またはシリコン窒化物をほぼ０．２〜１μmの厚さに蒸着することによってなる。
【００６６】
図６は、第２保護層１２３の上面に導体１２４を形成し、その上に第３保護層１２５を形成した状態を図示したものである。
【００６７】
図６を参照すれば、まず、第２保護層１２３を部分的にエッチングしてヒーター１２２の一部分を露出させるコンタクトホールを形成する。そして、前記第２保護層１２３の全面に電気および熱伝導性に優れた金属、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リングによりほぼ０．５〜２μmの厚さに蒸着し、それをパターニングすることによって導体１２４を形成する。それにより、前記導体１２４は前記コンタクトホールを通じてヒーター１２２と接続される。
【００６８】
次いで、導体１２４および第２保護層１２３の上面に第３保護層１２５を形成する。前記第３保護層１２５は、ＴＥＯＳ酸化物をプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりほぼ０．７〜３μm程度の厚さに蒸着することによって形成される。
【００６９】
図７は、下部ノズル１０４ａを形成した状態を図示したものである。
【００７０】
図７を参照すれば、下部ノズル１０４ａは第３、第２および第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される。このようなエッチング過程によって基板１００表面の一部が露出される。
【００７１】
図８は、シード層１２６を形成し、その上にメッキ鋳型１３０を形成した状態を図示したものである。
【００７２】
図８を参照すれば、まず図７の結果物全面に電解メッキのためのシード層１２６を形成する。前記シード層１２６は電解メッキのために導電性の良好な銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）またはニッケル（Ｎｉ）などの金属をスパッタリングによりほぼ５００〜３０００Åの厚さに蒸着することによって形成できる。
【００７３】
次いで、前記シード層１２６の上面にノズル（図３の１０４）形成のためのメッキ鋳型１３０を形成する。前記メッキ鋳型１３０はシード層１２６の全面にフォトレジストを塗布した後、それをパターニングしてノズル（図３の１０４）が形成される部位にのみフォトレジストを残存させることによって形成できる。一方、前記メッキ鋳型１３０はフォトレジストだけでなく感光性ポリマーでもなりうる。ここで、前記メッキ鋳型１３０の上部は上側へ行くほどその直径が順次小さくなるテーパー状になっている。
【００７４】
図９は、シード層１２６の上面に熱発散層１２７の下部層である第１金属層１２７ａを形成した状態を図示したものである。
【００７５】
図９を参照すれば、第１金属層１２７ａはシード層１２６の上面に銅ダマシン法によって形成される。ここで、銅ダマシン法は亜硫酸系銅メッキ液に所定の添加剤を添加してメッキする方法であって、このような銅ダマシン法を利用すれば屈曲のあるシード層１２６に上面の平坦な銅層が形成できる。すなわち、銅ダマシン法によってシード層１２６の凹部から銅メッキが先に進み、このようなメッキ過程はメッキされる銅層の段差がなくなるまで進められる。それにより上面の平坦な第１金属層１２７ａがシード層１２６上に形成される。このように形成された第１金属層１２７ａの厚さは１〜１２μmであることが望ましい。
【００７６】
図１０は、第１金属層１２７ａの上面に熱発散層１２７の上部層である第２金属層１２７ｂを形成した状態を図示したものである。
【００７７】
図１０を参照すれば、第２金属層１２７ｂは第１金属層１２７ａの上面に熱伝導性の良好な金属物質、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）などを電解メッキすることによって形成できる。この時、前記第２金属層１２７ｂは第１金属層１２７ａと比較して高速で形成され、その厚さはほぼ１０〜１００μm程度となる。
【００７８】
一方、前記第２金属層１２７ｂは第１金属層１２７ａの平坦な上面からメッキが進まれて形成されるため、前記第２金属層１２７ｂの上面も平坦に形成される。
【００７９】
図１１は、ノズルプレート１２０にノズル１０４を形成した状態を図示したものである。
【００８０】
図１１を参照すれば、メッキ鋳型（図１０の１３０）およびシード層１２６を順次除去する。ここで、前記メッキ鋳型（図１０の１３０）は通常的なフォトレジスト除去方法により除去される。そして、前記シード層１２６は、熱発散層１２７をなす金属物質とシード層１２６をなす金属物質とのエッチング選択性を考慮してシード層１２６だけを選択的にエッチングできるエッチング液を使用するウェットエッチングによりエッチングされる。それにより、下部ノズル１０４ａおよび上部ノズル１０４ｂよりなるノズル１０４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。この時、前記ノズル１０４を通じてインクチャンバ（図３の１０６）が形成される部分の基板１００表面が露出される。
【００８１】
図１２は、熱発散層１２７の全面に腐食防止層１２９を形成した状態を図示したものである。
【００８２】
図１２を参照すれば、腐食防止層１２９は、第１および第２金属層１２７ａ、１２７ｂよりなる熱発散層１２７の全面に耐化学性および耐腐食性の強い物質、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）などを無電解メッキすることによって形成される。この時、前記腐食防止層１２９は０．１〜１μm程度の厚さに形成されることが望ましい。
【００８３】
図１３は、基板１００にマニホールド１１０およびインクチャンネル１０８を形成した状態を図示したものである。
【００８４】
図１３を参照すれば、まず基板１００の背面側にマニホールド１１０を形成する。具体的に、基板１００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１００の背面をＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）などのアルカリ異方性エッチング液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ールド１１０が形成される。一方、マニホールド１１０は基板１００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、マニホールド１１０が形成された基板１００の背面にインクチャンネル１０８を限定するエッチングマスクを形成した後、基板１００の背面をＲＩＥによってドライエッチングしてインクチャンネル１０８を形成する。
【００８５】
最後に、図１４は基板１００にインクチャンバ１０６を形成した状態を図示したものである。
【００８６】
図１４を参照すれば、基板１００の表面側にインクチャンネル１０８と連結されるインクチャンバ１０６を形成する。ここで、前記インクチャンバ１０６はノズル１０４により露出された基板１００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１００を所定時間ドライエッチングする。その結果、図示されたように、ほぼ半球形のインクチャンバ１０６が形成される。
【００８７】
一方、本発明によるインクジェットプリントヘッドでは、基板１００のエッチング形態によって多様な形状のインクチャンバ１０６およびインクチャンネル１０８が形成される。したがって、インクチャンバ１０６は一定の深さを持つ方形になり、インクチャンネル１０８はその断面が楕円形または多角形になる。そして、前記インクチャンネル１０８は基板１００の表面に平行に形成され、その数も複数個に形成される。
【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、多様な変形およ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前記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ある必要はなく加工性の良い他の物質に代替でき、ヒーター、導体、保護層や熱発散層も同様である。また、各物質の積層および形成方法も単に例示されたものであって、多様な蒸着方法およびエッチング方法が適用できる。さらに、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に作動できる範囲内でいくらでも前記例示された範囲を離脱して調整可能である。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前記例示された通りにする必要はない。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により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は印刷機器であるインクジェットプリンタに適用できる。
【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した切開斜視図およびインク液滴吐出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した切開斜視図およびインク液滴吐出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垂直構造を示した断面図である。
【図３】本発明の実施例による一体型インクジェットプリントヘッドの垂直構造を示した断面図である。
【図４】図３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工程の第１の工程を示した図である。
【図５】図４の次の工程を示した図である。
【図６】図５の次の工程を示した図である。
【図７】図６の次の工程を示した図である。
【図８】図７の次の工程を示した図である。
【図９】図８の次の工程を示した図である。
【図１０】図９の次の工程を示した図である。
【図１１】図１０の次の工程を示した図である。
【図１２】図１１の次の工程を示した図である。
【図１３】図１２の次の工程を示した図である。
【図１４】図１３の次の工程を示した図である。
【符号の説明】
【００９１】
１００  基板
１０４  ノズル
１０４ａ  下部ノズル
１０４ｂ  上部ノズル
１０６  インクチャンバ
１０８  インクチャンネル
１１０  マニホールド
１２０  ノズルプレート
１２１、１２３、１２５  第１ないし第３保護層
１２２  ヒーター
１２４  導体
１２６  シード層
１２７  熱発散層
１２７ａ  第１金属層
１２７ｂ  第２金属層
１２９  腐食防止層
【図１Ａ】
2005047270.tif 000003
【図１Ｂ】
2005047270.tif 000004
【図２】
2005047270.tif 000005
【図３】
2005047270.tif 000006
【図４】
2005047270.tif 000007
【図５】
2005047270.tif 000008
【図６】
2005047270.tif 000009
【図７】
2005047270.tif 000010
【図８】
2005047270.tif 000011
【図９】
2005047270.tif 000012
【図１０】
2005047270.tif 000013
【図１１】
2005047270.tif 000014
【図１２】
2005047270.tif 000015
【図１３】
2005047270.tif 000016
【図１４】
2005047270.tif 000017