KR20000016319A - Ink jet printer head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
액체 혹은 잉크 토출의 구동원인 전기-기계 변환소자로서, PZT로 이루어지는 압전소자를 사용한 압전타입의 잉크 젯 프린터 헤드가 존재한다.As an electromechanical conversion element which is a driving source of liquid or ink ejection, there is a piezoelectric ink jet printer head using a piezoelectric element made of PZT.
도 11은, 이 타입의 잉크 젯 프린터 헤드의 구조의 일예를 나타내는 도이다. 부호 12는 헤드 기대, 29는 공통전극(진동판), 32는 압전소자, 33은 잉크 압력실, 35는 잉크 토출 노즐구(13)를 갖는 노즐 플레이트, 36은 잉크 공급구, 37은 리저버, 38은 잉크 탱크구이며, 이 밖에 도시되어 있지않은 배선패턴, 신호회로, 잉크탱크등으로 구성된다.11 is a diagram showing an example of the structure of this type of ink jet printer head. Reference numeral 12 denotes a head base, 29 a common electrode (vibration plate), 32 a piezoelectric element, 33 an ink pressure chamber, 35 a nozzle plate having an ink discharge nozzle opening 13, 36 an ink supply port, 37 a reservoir, 38 Is an ink tank opening, and is composed of a wiring pattern, a signal circuit, an ink tank, and the like, which are not shown.
이와같은 잉크 젯 프린터 헤드는, 일반적으로 리소그래피 기술을 응용한 공정에 의해 제조되어 있다. 도 12a 내지 도 12f는, 그 제조공정의 일예를 간단하게 나타내고 있으며, 도 11에 있어서의 A-A'의 단면도로 나타내고 있다.Such an ink jet printer head is generally manufactured by a process in which lithography technology is applied. 12A to 12F simply show an example of the manufacturing process, and are shown in a sectional view taken along the line A-A 'in FIG.
우선, 도 12a에 나타내듯이 표면에 열산화막(40)을 형성한 실리콘 기판(웨이퍼)(39)위에, 공통전극(29), 압전체 박막(30), 상전극(31)을 순차 형성한다.First, as shown in FIG. 12A, a common electrode 29, a piezoelectric thin film 30, and an upper electrode 31 are sequentially formed on a silicon substrate (wafer) 39 having a thermal oxide film 40 formed on its surface.
이어서, 도 12b에 나타내듯이, 상전극(31)위에 레지스트층(15)을 형성하며, 마스크를 통해 소정의 패턴으로 노광하며, 현상하여 레지스트층(15)을 패터닝 한다.Next, as shown in FIG. 12B, a resist layer 15 is formed on the upper electrode 31, exposed in a predetermined pattern through a mask, and developed to pattern the resist layer 15.
그리고, 도 12c에 나타내듯이, 레지스트층(15)을 마스크로서 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 에칭한 후, 레지스트층(15)을 박리하여 압전소자(32)를 얻는다.12C, the piezoelectric thin film 30 and the upper electrode 31 are etched using the resist layer 15 as a mask, and then the resist layer 15 is peeled off to obtain the piezoelectric element 32. As shown in FIG.
이어서, 도 12b에 나타내듯이, 압전소자(32)를 형성한 반대측의 면에 레지스트층(15)을 형성하며, 마스크를 통해 소정의 패턴으로 노광, 현상하여 레지스트층(15)을 패터닝한다.12B, the resist layer 15 is formed on the surface on the opposite side where the piezoelectric element 32 is formed, and is exposed and developed in a predetermined pattern through a mask to pattern the resist layer 15. Then, as shown in FIG.
그리고, 이 레지스트층(15)을 마스크로서 산화막(40) 및 실리콘 웨이퍼(39)를 에칭한 후, 레지스트층(15)을 박리하여 도 12e에 나타나듯이, 잉크 압력실(33)등이 형성된 헤드 기대(12)를 얻는다.After etching the oxide film 40 and the silicon wafer 39 using the resist layer 15 as a mask, the resist layer 15 is peeled off, and as shown in FIG. 12E, the head in which the ink pressure chamber 33 and the like are formed. Get expectation 12
이렇게 하여 제조된 헤드 기대(12)에 도 12f에 나타내듯이, 잉크 압력실(33)에 대응한 위치로 잉크 토출용 노즐구(13)가 형성된 노즐 플레이트(35)를 장착층을 끼는등으로 하여 접합(접착)하며, 또한, 배선패턴, 신호회로, 잉크탱크 등을 형성하여 잉크 젯 프린터 헤드를 얻는다.As shown in Fig. 12F, the nozzle plate 35 having the ink ejection nozzles 13 formed at a position corresponding to the ink pressure chamber 33 is fitted to the head base 12 manufactured in this way. Bonding (gluing), and also forming a wiring pattern, a signal circuit, an ink tank and the like to obtain an ink jet printer head.
(발명의 개시)(Initiation of invention)
최근, 퍼스널 컴퓨터의 발달에 따라서, 잉크 젯 프린터가 급속하게 보급되고 있다. 금후, 잉크 젯 프린터의 원활한 보급을 위해서는, 저 코스트화 및 고해상도화가 필요하며, 그것을 실현하기 위해서는, 잉크 젯 프린터 헤드의 저 코스트화 및 고해상도화는 필요불가피의 과제이다.In recent years, with the development of personal computers, ink jet printers are rapidly spreading. In the future, low cost and high resolution are required for smooth dissemination of ink jet printers, and low cost and high resolution of ink jet printer heads are indispensable problems in order to realize them.
그러나, 전술의 종래기술에서는, 헤드 기대의 제조에 상당히 많은 공정을 필요로 하며, 비약적인 저 코스트화는 용이하지 않다.However, in the above-described prior art, a considerable number of steps are required for the manufacture of the head base, and the dramatic low cost is not easy.
또한, 고 해상도화에 동반하여 잉크 압력실의 폭 및 높이, 잉크 압력실을 구분하는 격벽의 폭(도 12a 내지 도 12f에 있어서, 각각 W, H, W'로 나타내고 있다)을 작게할 필요가 있다.In addition, it is necessary to reduce the width and height of the ink pressure chamber and the width of the partition wall (indicated by W, H, and W 'in Figs. 12A to 12F, respectively) in combination with high resolution. have.
그러나, 전술한 종래기술에서는, 잉크 압력실의 높이는, 사용하는 실리콘 웨이퍼의 두께와 거의 동일하다. 따라서, 잉크 압력실의 높이를 낮게하기 위해서는, 더욱 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않으면 않된다. 그렇지만, 현상태에서도 약 200㎛의 두께의 것을 사용하고 있으며, 이것보다 더욱 얇은 실리콘 웨이퍼의 사용은, 강도 등의 점으로 프로세스 유동의 경우 핸드링이 곤란하게 된다.However, in the above-described prior art, the height of the ink pressure chamber is almost equal to the thickness of the silicon wafer to be used. Therefore, in order to lower the height of the ink pressure chamber, a thinner silicon wafer must be used. However, even in the present state, a thickness of about 200 µm is used, and the use of a thinner silicon wafer becomes difficult to handle in the case of process flow due to strength and the like.
더 나아가서는, 전술한 종래기술에서는, 헤드기대와 노즐 플레이트를 접착제를 사용하여 일체화시키고 있으며, 고해상도화에 의해 잉크 압력실로 접착제가 삐져 나오지 않도록 하는 것이 곤란하게 된다.Furthermore, in the above-described prior art, the head expectation and the nozzle plate are integrated using an adhesive, and it is difficult to prevent the adhesive from sticking out of the ink pressure chamber by the high resolution.
그래서, 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적으로 하는 점은, 저렴한 가격으로 고해상도화에 대응가능한 잉크 젯 프린터 헤드를 간단한 공정에 의해 제조하는 것이 가능한 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a method of manufacturing an ink jet printer head capable of manufacturing an ink jet printer head capable of coping with high resolution at a low price by a simple process. It is to offer.
본 발명에 따른 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법은, 잉크 압력실을 형성하는 헤드 기대상에 설치된 전기신호에 의해 변형하는 압전소자에 의해, 상기 잉크압력실을 가압하여 잉크를 토출하는 잉크 젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 헤드기대의 제조공정은, 상기 헤드 기대에 따른 소정의 요철패턴을 갖는 원반을 제조하는 제 1공정과, 상기 원반의 요철패턴을 갖는 표면상에 상기 헤드기대 형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 상기 헤드기대를 형성하는 제 2공정과, 상기 헤드기대를 상기 원반으로부터 박리하는 제 3공정과, 상기 헤드 기대상에 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 제 4공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 특징에 의해, 잉크 토출용 노즐 일체형의 잉크 젯 프린터 헤드를 간단한 공정에 의해 제조할 수 있기 때문에 저렴하고 고해상도에 대응할 수 있는 잉크 젯 프린터 헤드를 제공하는 것이 가능하다.The ink jet printer head manufacturing method according to the present invention is an ink jet printer head for pressurizing the ink pressure chamber and discharging ink by a piezoelectric element that is deformed by an electrical signal provided on the head base forming the ink pressure chamber. In the manufacturing method of the head base, the manufacturing process of the head base includes the first process of manufacturing a disc having a predetermined uneven pattern in accordance with the head base, and the head expecting material on the surface having the uneven pattern of the disc. A second step of forming the head expectation by applying and solidifying the film, a third step of peeling the head expectation from the disc, and a fourth step of forming an ink ejection nozzle on the head base. Characterized in that. This feature makes it possible to provide an ink jet printer head which is inexpensive and can cope with high resolution because the ink jet printer head of the ink discharge nozzle type can be manufactured by a simple process.
본 발명은, 요약하면, 원반을 틀로서 헤드 기대를 전사형성하는 방법이다. 상기 원반은, 일단 제조하면 그후, 내구성이 허락하는 한 몇번이라도 사용할 수 있기 때문에, 2개째 이후의 헤드 기대의 제조공정에서 생략할 수 있으며, 공정수의 감소 및 낮은 가격화를 도모할 수 있다.In summary, the present invention is a method of transferring and forming a head base using a disk. Since the disk can be used as many times as the durability permits once it has been manufactured, it can be omitted in the manufacturing process of the second and subsequent head bases, and the number of steps can be reduced and the cost can be lowered.
또한, 노즐 플레이트가 일체 형성되기 때문에, 고해상도화가 용이하게 된다.In addition, since the nozzle plate is integrally formed, high resolution can be easily achieved.
제 1공정으로서, 구체적으로는 예를들면 다음의 방법이 있다.As a 1st process, the following method is specifically mentioned, for example.
(1) 원반 모재상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 에칭에 의해 상기 원반 모재상에 상기 요철패턴을 형성하여 상기 원반을 제조하는 공정.(1) forming a resist layer on the master base material according to a predetermined pattern, and then forming the uneven pattern on the master base material by etching to produce the master.
이 공정에 의하면, 에칭 조건을 바꾸는 것에의해, 요철패턴의 형상을 고정도이며 자유로이 제어하는 것이 가능하다.According to this step, it is possible to freely control the shape of the uneven pattern with high accuracy by changing the etching conditions.
상기 원반모재로서는, 실리콘 웨이퍼가 바람직하다. 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 기술은, 반도체 디바이스의 제조기술로서 사용되고 있으며, 고정도의 가공이 가능하게 된다.As the disk base material, a silicon wafer is preferable. The technique of etching a silicon wafer is used as a manufacturing technique of a semiconductor device, and high precision processing becomes possible.
또한, 상기 원반모재로서는, 석영유리도 바람직하다. 석영유리는, 기계적 강도, 내열성, 내약품성 등에 우수하며, 자세하게는 후술한다. 원반과 헤드 기대계면에 조사광을 조사하여 박리성을 향상시키는 수단에 있어서 바람직하게 사용되는 단파장 영역의 광에 대한 투과성에 우수하다.Moreover, as said disk base material, quartz glass is also preferable. Quartz glass is excellent in mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, etc., and is mentioned later in detail. It is excellent in the permeability to the light of the short wavelength region which is preferably used in the means for irradiating the disk and the head expectation interface with the irradiation light to improve the peelability.
(2)제 2의 원반상에 소정의 패턴에 따른 레지스트층을 형성하며, 이어서, 상기 제 2원반 및 레지스트층을 도체화하며, 게다가 전기 도금법에 의해 금속을 전착시켜 금속층을 형성한 후, 이 금속층을 상기 제 2원반 및 레지스트층으로부터 박리하여 상기 원반을 제조하는 공정.(2) A resist layer in accordance with a predetermined pattern is formed on the second disk, and then the second disk and the resist layer are conductored, and the metal layer is formed by electrodepositing the metal by electroplating. Peeling a metal layer from the second disc and resist layer to produce the disc.
이 공정에 의해 얻어진 금속제 원반은, 일반적으로 내구성 및 박리성에 우수하다.The disk made of metal obtained by this step is generally excellent in durability and peelability.
이어서, 상기 헤드 기대형성용 재료는, 에너지의 부여에 의해 경화가능한 물질인 것이 바람직하다.Next, it is preferable that the said head base material is a substance which can be hardened by provision of energy.
이와같은 물질을 이용하면, 원반상에 도포하는 경우에는 저점성의 액상의 물질로서 취급되는 것이 가능하기 때문에, 원반상의 오목부의 미세부에까지 헤드 기대 형성용 재료를 용이하게 충진하는 것이 가능하며, 따라서 원반상의 요철패턴을 정밀하게 전사하는 것이 가능하게 된다.When such a substance is used, it can be treated as a low-viscosity liquid substance in the case of coating on the disc, and thus it is possible to easily fill the head base forming material up to the fine portion of the disc-shaped recess, therefore the disc It is possible to accurately transfer the uneven pattern of the image.
에너지로서는, 광, 열, 혹은 광 및 열의 양쪽중 어느 것인 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것으로서, 범용의 노광장치나 베이크로, 핫플레이트가 이용가능하며, 낮은 설비가격화, 공간의 절약화를 도모할 수 있다.As the energy, one of light, heat, or both light and heat is preferable. By doing so, a general-purpose exposure apparatus, a bake, and a hot plate can be used, and the cost of equipment and space can be reduced.
또한, 상기 헤드기대는, 요구되는 기계적 강도, 내식성, 내열성 등의 물성은 만족하며, 또한, 원반상의 오목부의 미세부까지 용이하게 충진하는 것이 가능하다면, 열 가소성의 물질에 의해 형성하여도 좋다.The head expectation may be formed of a thermoplastic material as long as it can satisfy the required mechanical strength, corrosion resistance, heat resistance, and the like, and can easily fill the fine portion of the disc recess.
이와같은 물질로서는, 구체적으로는 예를들어, 수화유리가 바람직하다.As such a substance, specifically, for example, hydrated glass is preferable.
수화유리는, 저온에서 가소성을 나타내는 유리재료이며, 성형후에 탈수처리를 시행하는 것에의해 기계적 강도, 내식성, 내열성에 우수한 헤드 기대가 얻어진다.Hydrated glass is a glass material exhibiting plasticity at low temperatures, and dehydration treatment is performed after molding to obtain a head base excellent in mechanical strength, corrosion resistance, and heat resistance.
또한, 제 3공정에서는, 원반과 헤드기대의 재질의 조합에 의해서는, 밀착성이 높게되어 버리며, 원반으로부터의 헤드기대를 박리하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 이와같은 경우, 이하에 열거하는 어느것의 방법, 혹은 2방법 이상을 병용하는 것으로서, 원반으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행할 수 있다.Further, in the third step, the adhesiveness becomes high due to the combination of the material of the disc and the head base, and it may be difficult to separate the head base from the disc. In such a case, by using any method or two or more methods listed below together, the frame | skeleton from a disk can be performed favorably.
(3) 상기 원반상에 형성되는 요철패턴의 오목부 형상을, 개구부가 저부보다 넓은 테이퍼 형상으로 하는 방법.(3) A method in which the concave portion of the concave-convex pattern formed on the disk has a tapered shape in which the opening is wider than the bottom portion.
(4) 상기 요철패턴을 갖는 원반표면에, 상기 헤드 기대와의 밀착성이 낮은 재질로 이루어지는 이형층을 형성하는 방법.(4) A method for forming a release layer made of a material having low adhesion to the head base on a disk surface having the uneven pattern.
(5) 상기 원반과 헤드 기대의 계면에 조사광을 조사하는 방법.(5) A method of irradiating irradiation light to an interface between the disk and the head base.
이 경우, 조사광의 조사에 의해 내부 또는 상기 원반과의 계면에 있어서 박리를 발생시키는 분리층을, 원반과 헤드 기대와의 사이에 설치되어도 좋다. 이렇게 하는 것으로, 헤드 기대에 직접 손상을 부여하는 일이 없으며, 또한, 헤드 기대 형성용 재료의 선택의 자유도도 늘어난다.In this case, the separation layer which produces peeling in the inside or an interface with the said disk by irradiation of irradiation light may be provided between the disk and the head base. This does not directly damage the head base, and also increases the degree of freedom in selecting the head base forming material.
(6) 리소그래피 법에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.(6) A method of forming the ink ejecting nozzle port by a lithography method.
(7) 레이저 광에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.(7) A method of forming the ink ejecting nozzle port by laser light.
(8) 수속 이온빔에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.(8) A method of forming the ink ejection nozzle port by a converging ion beam.
(9) 방전가공에 의해 상기 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 방법.(9) A method of forming the ink ejection nozzle opening by electric discharge machining.
또한, 본 발명은 상기 각 공정에 의해 제조된 잉크 젯 프린터 헤드인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the ink jet printer head manufactured by the above steps.
본 발명은, 잉크 토출의 구동원에 압전체 소자를 사용하는 잉크 젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ink jet printer head using a piezoelectric element as a drive source for ink ejection, and a manufacturing method thereof.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 있어서의 헤드 기대를 제조하는 공정을 나타내는 설명도.1A to 1D are explanatory diagrams showing a step of manufacturing a head base in an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1공정의 제 1의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.2A to 2E are explanatory diagrams showing a step of manufacturing a disc in a first embodiment of the first step of the present invention.
도 3a 내지 도 3c는본 발명의 제 1공정의 제 2의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.3A to 3C are explanatory diagrams showing a step of manufacturing a disc in a second embodiment of the first step of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1공정의 제 2의 실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.4A to 4C are explanatory diagrams showing a step of manufacturing a disc in a second embodiment of the first step of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 원반을 나타내는 설명도.5 is an explanatory diagram showing a master in an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서의 이형층이 형성된 원반을 나타내는 설명도.6 is an explanatory diagram showing a disk on which a release layer is formed in an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서의 조사광을 조사하는 공정을 설명하는 설명도.7 is an explanatory diagram illustrating a step of irradiating irradiation light in an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서의 조사광을 조사하는 공정을 설명하는 설명도.8 is an explanatory diagram illustrating a step of irradiating irradiation light in an embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시예에 있어서의 잉크 토출용 노즐구를 형성하는 공정을 나타내는 설명도.9A to 9E are explanatory diagrams showing a step of forming an ink ejecting nozzle port in an embodiment of the present invention.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 있어서의 헤드 기대상에 압전소자를 형성하는 공정을 나타내는 설명도.10A to 10D are explanatory diagrams showing a step of forming a piezoelectric element on a head base in an embodiment of the present invention.
도 11은 잉크 젯 프린터 헤드의 구조의 일예를 나타내는 설명도.11 is an explanatory diagram showing an example of the structure of an ink jet printer head.
도 12a 내지 도 12f는 잉크 젯 프린터 헤드의 종래의 제조공정의 일예를 나타내는 설명도.12A to 12F are explanatory diagrams showing an example of a conventional manufacturing process of an ink jet printer head.
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
10 : 원반(green sheet) 11 : 오목부(recess)10: green sheet 11: recess
12 : 헤드 기대(head base)12: head base
13 : 잉크 토출용 노즐구(ink discharging nozzle port)13: ink discharging nozzle port
14 : 원반모재(original plate substrate)14: original plate substrate
15 : 레지스트 층(resist layer) 16 : 마스크(mask)15 resist layer 16 mask
17 : 광(light) 18 : 노광영역(exposure region)17 light 18 exposure region
19 : 에챤트(etchant)19: etchant
20 : 제 2의 원반(second original plate)20: second original plate
21 : 마스크(mask) 22 : 도체화층(conductive layer)21 mask 22 conductive layer
23 : 금속층(metal layer) 24 : 이형층(stripping layer)23: metal layer 24: stripping layer
25 : 조사광(irradiated light) 26 : 분리층(decomposing layer)25: irradiated light 26: decomposing layer
27 : 마스크(mask)27 mask
28 : 제 3의 원반(third original plate)28: third original plate
29 : 공통전극(common electrode)29: common electrode
30 : 압전체 박막(piezo-electric thin film)30: piezo-electric thin film
31 : 상전극(upper electrode)31: upper electrode
32 : 압전소자(piezo-electric element)32: piezo-electric element
33 : 잉크 압력실(ink pressure chamber)33: ink pressure chamber
34 : 접착층(adhesive layer)34: adhesive layer
35 : 노즐 플레이트(nozzle plate)35: nozzle plate
36 : 잉크 공급구(ink inlet)36 ink inlet
37 : 리저버(reservoir) 38 : 잉크 탱크구(ink tank inlet)37: reservoir 38: ink tank inlet
39 : 실리콘 기판(wafer) 40 : 열산화막(thermal oxide film)39 silicon wafer 40 thermal oxide film
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)(The best form to carry out invention)
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described with reference to drawings.
도 1a 내지 도 1d는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 헤드 기대를 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.1A to 1D are explanatory views showing a step of manufacturing the head base in the embodiment of the present invention.
본 발명의 헤드 기대의 제조방법은, 도 1a에 나타내듯이, 제조하고자 하는 헤드 기대에 따은 요철패턴을 갖는 원반(10)을 제조하는 제 1공정과, 도 1b에 나타내듯이 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에 헤드 기대형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에 의해 헤드 기대(12)를 형성하는 제 2공정과, 도 1c에 나타내듯이, 이 헤드 기대(12)를 원반(10)으로부터 박리하는 제 3공정과, 도 1d에 나타내듯이, 헤드 기대(12)상에 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 제 4공정으로 이루어진다.The manufacturing method of the head base of this invention is a 1st process of manufacturing the disk 10 which has the uneven | corrugated pattern according to the head base to manufacture as shown in FIG. 1A, and the unevenness | corrugation of the disk 10 as shown in FIG. 1B. 2nd process of forming the head base 12 by apply | coating and solidifying a head base formation material on the surface which has a pattern, and as shown in FIG. 1C, this head base 12 is peeled from the disk 10 1D, and the 4th process of forming the ink discharge nozzle opening 13 on the head base 12 as shown in FIG. 1D.
(제 1공정)(First process)
제조하고자 하는 헤드 기대에 따른 요철패턴을 갖는 원반(10)을 제조하는 공정이다.It is a process of manufacturing the disc 10 which has the uneven | corrugated pattern according to the head expectation to manufacture.
도 2a 내지 도 2e는, 제 1공정의 제 1실시예에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.2A to 2E are explanatory diagrams showing a step of manufacturing a disc in the first embodiment of the first step.
구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.Specifically, it is performed by the following method.
우선, 도 2a에 나타내듯이, 원반모재(14)상에 레지스트 층(15)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a resist layer 15 is formed on the master base material 14.
원반모재(14)는, 표면을 에칭하여 원반으로 하기 위한 것으로서, 여기에서는 실리콘 웨이퍼가 사용되어 진다. 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 기술은, 반도체 디바이스의 제조 기술에 있어서 확립되어 있으며, 고정도인 에칭이 가능하다.The disk base material 14 is for etching a surface to make a disk, and a silicon wafer is used here. The technique of etching a silicon wafer is established in the manufacturing technique of a semiconductor device, and high precision etching is possible.
또한, 원반모재(14)는, 에칭가능한 재료라면, 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것이 아닌, 예를들면, 유리, 석영, 수지, 금속, 세라믹 등의 기판 혹은 필름등이 이용될 수 있다.In addition, the disk base material 14 is not limited to a silicon wafer as long as it is an etchable material. For example, a substrate or a film such as glass, quartz, resin, metal, ceramic, or the like may be used.
레지스트 층(15)을 형성하는 물질로서는, 예를들면, 반도체 디바이스 제조에 있어서 일반적으로 사용되고 있다. 크레졸 노보락계 수지에 감광제로서 지아조나프트키논 유도체를 배합한 시판의 포지형의 레지스트를 그대로 이용할 수 있다. 여기에서, 포지형의 레지스트란, 노광된 영역이 현상액에 의해 선택적으로 제저가능하게 되는 레지스트를 말한다.As a material which forms the resist layer 15, it is generally used in semiconductor device manufacture, for example. The commercially available forge type resist which mix | blended a diazonaft quinone derivative as a photosensitive agent to cresol novolak-type resin can be used as it is. Here, a positive type resist means the resist by which the exposed area | region can be selectively removed by a developing solution.
레지스트 층(15)을 형성하는 방법으로서는, 스핀코팅법(spin coating), 딥핑법(dipping), 스프레이 코팅법(spray coating), 롤 코팅법(roll coating), 바코팅법(bar coating)등의 방법을 이용하는 것이 가능하다.As a method of forming the resist layer 15, a spin coating method, a dipping method, a spray coating method, a roll coating method, a bar coating method, etc. It is possible to use the method.
이어서, 도 2b에 나타내듯이, 마스크(16)를 레지스트 층(15)의 위에 배치하며, 마스크(16)를 통해 레지스트 층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여 노광영역(18)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the mask 16 is disposed on the resist layer 15, and the light 17 is irradiated only to a predetermined region of the resist layer 15 through the mask 16 to expose the exposure region 18. To form.
마스크(16)는, 도 2e에 나타나는 오목부(11)에 대응한 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴형성된 것이다.The mask 16 is patterned so that the light 17 may transmit only in the region corresponding to the recess 11 shown in FIG. 2E.
또한, 오목부(11)는, 제조하고자 하는 잉크 젯 헤드의 잉크 압력실, 잉크 공급구, 리저버 등을 형성하는 간벽의 형성 및 배열에 따라서 형성된다.In addition, the recessed part 11 is formed according to formation and arrangement | sequence of the partition wall which forms the ink pressure chamber, the ink supply port, the reservoir, etc. of the ink jet head to manufacture.
그리고, 레지스트 층(15)을 노광한 후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 2c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제거되어 원반모재(14)가 노출되며, 그 이외의 영역은 레지스트 층(15)에 의해 덮여진 그대로의 상태로 된다.After exposing the resist layer 15 and developing under predetermined conditions, as shown in Fig. 2C, only the resist in the exposure region 18 is selectively removed to expose the master base material 14, The other areas are left as they are covered by the resist layer 15.
이와같이 하여 레지스트 층(15)이 패터닝되면, 도 2d에 나타내듯이, 이 레지스트 층(15)을 마스크로서 원반모재(14)를 소정의 깊이로 에칭한다.When the resist layer 15 is patterned in this manner, as shown in Fig. 2D, the master substrate 14 is etched to a predetermined depth using the resist layer 15 as a mask.
에칭의 방법으로서는 웨트 방식 또는 드라이 방식이 있지만, 원반모재(14)의 재질, 에칭 단면형상이나 에칭 레이트 등의 제반 특성에 있어서 요구되는 사양에 따라서 적절하게 선택된다. 제어성의 점으로 말하면, 드라이 방식의 쪽이 우수하며, 에칭 가스종류, 가스유량, 가스압, 바이어스 전압 등의 조건을 변경하는 것에의해 오목부(11)를 구형으로 가공하거나, 테이퍼를 장착하거나 하면, 소망의 형상으로 에칭할 수 있다. 특히, 유도 결합형(inductive coupling;ICP)방식, 일렉트론 사이크로트론 공명(electron cyclotron resonance;ECR)방식, 헬리콘파 여기방식(helicon wave exciting method)등의 고밀도 플라즈마 에칭방식(plasma etching method)은 원반모재(14)를 깊게 에칭하는데 바람직하다.Although a wet method or a dry method is used as an etching method, it is suitably selected according to the specification requested | required in the various characteristics, such as the material of the master base material 14, an etching cross-sectional shape, and an etching rate. In terms of controllability, the dry method is better, and when the recess 11 is formed into a sphere or a taper is formed by changing conditions such as etching gas type, gas flow rate, gas pressure, bias voltage, It can be etched into a desired shape. Particularly, high density plasma etching methods such as inductive coupling (ICP), electron cyclotron resonance (ECR), and helicon wave exciting methods are used. It is preferable to etch the base material 14 deeply.
이어서, 에칭 완료후에, 도 2e에 나타내듯이, 레지스트 층(15)을 제거하여 헤드 기대에 따른 요철패턴을 갖는 원반(10)으로 한다.Subsequently, after the etching is completed, as shown in FIG. 2E, the resist layer 15 is removed to form a disk 10 having a concave-convex pattern in accordance with the head expectations.
상기 실시예에서는, 원반모재상에 요철패턴을 형성하는 경우에, 포지형의 레지스크를 이용하였지만, 노광영역이 현상액에 대하여 불용화하며, 미노광 영역이 현상액에 의해 선택적으로 제거가능하게 되는 네가형의 레지스트를 사용하여도 좋으며, 이경우에는, 상기 마스크(16)와는 패턴이 반전한 마스크가 사용된다. 혹은 마스크를 사용하지 않고, 레이저 혹은 전자선에 의해 직접 레지스트를 패턴형상으로 노광하여도 좋다.In the above embodiment, in the case of forming a concave-convex pattern on the base mother material, a positive resist is used, but the negative area in which the exposed area is insoluble in the developer and the unexposed area is selectively removable by the developer is used. A resist of a type may be used. In this case, a mask in which the pattern is inverted from that of the mask 16 is used. Alternatively, the resist may be directly exposed to the pattern by a laser or an electron beam without using a mask.
이어서, 제 1공정의 제 2의 실시형태에 관하여 설명한다.Next, 2nd Embodiment of a 1st process is described.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는, 제 1공정의 제 2의 실시형태에 있어서의 원반을 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.3A-3C and 4A-4C are explanatory drawing which shows the process of manufacturing the disk in 2nd Embodiment of a 1st process.
구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.Specifically, it is performed by the following method.
우선, 도 3a에 나타내듯이, 제 2의 원반(20)위에 레지스트 층(15)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a resist layer 15 is formed on the second master 20.
제 2의 원반(20)은, 프로세스 유동에 있어서의 레지스트 층(15)의 지지체로서의 역할을 담당하는 것이며, 프로세스 유동에 필요한 기계적 강도나 약액 내성 등의 프로세스 내성을 가지며, 레지스트 층(15)을 형성하는 물질과의 번짐성, 밀착성이 양호한 것이라면 특히 한정되는 것은 없다. 예를들면, 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 수지, 금속, 세라믹 등의 기판이 이용될 수 있다. 여기에서는, 표면을 산화 세륨계의 연마제를 사용하여 평탄하게 연마한 후, 세정, 건조한 유리제 원반을 사용하고 있다.The second disk 20 plays a role as a support for the resist layer 15 in the process flow, has a process resistance such as mechanical strength and chemical resistance required for the process flow, and the resist layer 15 is It will not specifically limit, if it is a thing with favorable blurring property and adhesiveness with the material to form. For example, substrates such as glass, quartz, silicon wafers, resins, metals, ceramics and the like can be used. Here, the surface is polished flat using a cerium oxide-based abrasive, and then a washed and dried glass disk is used.
또한, 레지스트 층(15)을 형성하는 물질 및 방법으로서는, 상기 제 1의 실시형태에 있어서 설명한 물질 및 방법과 동일한 것이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.In addition, as the substance and the method which form the resist layer 15, since the thing similar to the substance and the method demonstrated in said 1st Embodiment is used, description is abbreviate | omitted.
이어서, 도 3b에 나타내듯이, 마스크(21)를 레지스트 층(15)의 위에 배치하며, 마스크(21)를 통해 레지스트 층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여 노광영역(18)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, the mask 21 is disposed on the resist layer 15, and the light 17 is irradiated only to a predetermined region of the resist layer 15 through the mask 21 to expose the exposure region 18. To form.
마스크(21)는, 제조하고자 하는 원반(10)의 볼록부에 상당하는 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴 형성된 것으로서, 도 2a 내지 도 2e의 마스크(16)와 패턴이 반전한 관계에 있다.The mask 21 is patterned to transmit light 17 only in the region corresponding to the convex portion of the disk 10 to be manufactured, and the mask 16 and the pattern of FIGS. 2A to 2E are inverted. In a relationship.
그리고, 레지스트 층(15)을 노광한후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 3c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제저되어 레지스트 층(15)이 패터닝 된다.Then, after exposing the resist layer 15 and developing under predetermined conditions, as shown in Fig. 3C, only the resist in the exposure region 18 is selectively removed and the resist layer 15 is patterned.
그리고, 이어서 도 4a에 나타내듯이, 레지스트 층(15) 및 제 2의 원반(20)위에 도체화층(22)을 형성하여 표면을 도체화한다.Subsequently, as shown in FIG. 4A, the conductor layer 22 is formed on the resist layer 15 and the second disk 20 to form a conductor.
도체화층(22)으로서는 예를들면, Ni를 500Å∼ 1000Å의 두께로 형성하면 좋다. 도체화층(22)의 형성방법으로서는, 스퍼터링, CVD, 증착, 무전해 도금법 등의 방법을 사용하는 것이 가능하다.As the conductorization layer 22, Ni may be formed in the thickness of 500 kV-1000 kV, for example. As the method for forming the conductive layer 22, it is possible to use a method such as sputtering, CVD, vapor deposition, or electroless plating.
그리고 나아가서, 이 도체화층(22)에 의해 도체화된 레지스트 층(15) 및 제 2의 원반(20)을 음극으로서, 칩형상 혹은 볼형상의 Ni를 양극으로서, 전기 도금법에 의해 Ni를 전착시켜서, 도 4b에 나타내듯이 금속층(23)을 형성한다.Furthermore, Ni is electrodeposited by electroplating by using the resist layer 15 and the second disk 20 conductively formed by the conductive layer 22 as a cathode, and a chip or ball-shaped Ni as an anode. 4B, the metal layer 23 is formed.
전기 도금액의 조성의 일예를 이하에 나타낸다.An example of the composition of an electroplating liquid is shown below.
스루화밍산 니켈 : 500g/1Nickel Thruming Acid: 500g / 1
붕산 : 30g/1Boric acid: 30 g / 1
염화니켈 : 5g/1Nickel Chloride: 5g / 1
레베링제 : 15mg/1Levering Agent: 15mg / 1
이어서, 도 4c에 나타내듯이 도체화층(22) 및 금속층(23)을 제 2의 원반920)으로부터 박리한 후, 필요에 따라서 세정하여 이것을 원반(10)으로 한다.Subsequently, as shown in FIG. 4C, the conductorization layer 22 and the metal layer 23 are peeled off from the 2nd disk 920, and it wash | cleans as needed, and makes this the disk 10. As shown to FIG.
또한, 도체화층(22)은, 필요에 따라서 박리철를 시행하는 것에의해 금속층(23)으로부터 제거하여도 좋다.In addition, you may remove the conductor layer 22 from the metal layer 23 by performing peeling iron as needed.
또한, 제 2의 원반(20)은, 내구성이 허가하는 한도에서, 재생, 세정처리를 시행하는 것에 의해 재이용 가능하다.In addition, the second disc 20 can be reused by performing regeneration and cleaning treatment to the extent that durability is permitted.
상기 제 2의 실시형태에 있어서도 상기 제 1의 실시형태와 마찬가지로, 네가형의 레지스트를 이용하여도 좋고, 이 경우에는, 상기 마스크(21), 즉, 도 2a 내지 도 2e의 마스크(16)와 마찬가지의 패턴을 갖는 마스크가 사용되어진다. 혹은, 마스크를 사용하지 않고, 레이저 광 혹은 전자선에 의해 직접 레지스트를 패턴형상에 노광하여도 좋다.In the second embodiment as well as the first embodiment, a negative type resist may be used. In this case, the mask 21, that is, the mask 16 of FIGS. 2A to 2E and A mask having the same pattern is used. Alternatively, the resist may be directly exposed to the pattern shape by laser light or electron beam without using a mask.
(제 2공정)(2nd step)
제 1공정에 있어서 제조한 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에, 헤드 기대형성용 재료를 도포, 고화시키는 것에의해 헤드 기대(12)를 형성하는 공정이다.It is a process of forming the head base 12 by apply | coating and solidifying a head base formation material on the surface which has the uneven | corrugated pattern of the raw material 10 manufactured in the 1st process.
헤드 기대형성용 재료로서는, 잉크 젯 헤드의 헤드 기대로서 요구되는 기계적 강도나 내식성등의 특성을 만족하는 것이며, 또한, 프로세스 내성을 갖는 것이라면 특히 한정되는 것은 아니며, 여러종류의 물질이 이용가능하지만, 에너지의 부여에 의해 경화가능한 물질인 것이 바람직하다.As the material for forming the head base, it is not particularly limited as long as it satisfies the characteristics such as mechanical strength and corrosion resistance required as the head base of the ink jet head, and also has process resistance, but various kinds of materials can be used. It is preferred that the material is curable by the application of energy.
이와같은 물질을 이용하면, 원반상에 도포하는 경우에는 저점성의 액상의 물질로서 취급될 수 있다. 그때문에, 원반상의 오목부의 미세부에까지 헤드 기대형성용 재료를 용이하게 충진는 것이 가능하게되며, 따라서, 원반상의 요철패턴을 정밀하게 전사하는 것이 가능하게 된다.If such a substance is used, it can be treated as a low-viscosity liquid substance when applied on the disc. Therefore, it is possible to easily fill the head base forming material up to the fine portion of the disc-shaped recess, and thus it is possible to accurately transfer the disc-shaped uneven pattern.
에너지로서는, 광, 열, 혹은 광 및 열의 양쪽의 어느것인 것이 바람직하다. 이렇게 하므로써, 범용의 노광장치나 베이크로, 핫플레이크를 이용할 수 있으며, 저설비 가격화, 공간 절약화를 도모할 수 있다.As energy, it is preferable that they are either light, heat, or both light and heat. In this way, a general-purpose exposure apparatus, a bake, and a hot flake can be used, and the cost of equipment and space can be reduced.
이와같은 물질로서는, 구체적으로 예를들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지, 노보락계 수지, 스틸렌계 수지, 폴리이미드계 등의 합성수지, 폴리시라잔 기대형성용 재료를 원반(10)상에 도포한다.Specific examples of such materials include synthetic resins such as acrylic resins, epoxy resins, melamine resins, novolac resins, styrene resins, polyimide resins, and polysilazane base forming materials. Apply to
이와같은 헤드 기대형성용 재료를 도포하는 방법으로서는, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이 코팅법, 롤 코팅법, 바코팅법등이 이용될수 있다.As a method of applying such a head base forming material, a spin coating method, a dipping method, a spray coating method, a roll coating method, a bar coating method, or the like can be used.
헤드 기대형성용 재료에 용제성분을 포함하는 것은, 열처리를 행하여 용제를 제거한다.Including a solvent component in the head base forming material removes the solvent by performing a heat treatment.
그리고, 헤드 기대형성용 재료에 따른 경화처리를 시행하는 것에 의해, 고화시키는 헤드 기대(12)를 형성한다.Then, the head base 12 to be solidified is formed by performing a curing treatment in accordance with the head base forming material.
또한, 헤드 기대형성용 재료로서 열 가소성의 물질을 이용하여도 좋다. 이와같은 물질로서는, 수화 유리가 바람직하다. 수화 유리란, 수∼수십wt%의 물을 함유한 상온에서 고체의 유리이며, 저온(조성에 의해서는 100℃이하)에서 가소성을 나타낸다. 이 수화 유리를 헤드 기대에 성형후에 탈수 처리를 시행하면 기계적 강도, 내식성, 내열성에 우수한 헤드 기대가 얻어진다.In addition, a thermoplastic material may be used as the material for forming the head base. As such a substance, hydrated glass is preferable. Hydrated glass is a solid glass at normal temperature containing several to several ten wt% of water, and shows plasticity at low temperature (100 degrees C or less by composition). If the hydrated glass is dehydrated after molding to the head base, a head base excellent in mechanical strength, corrosion resistance and heat resistance can be obtained.
(제 3공정)(3rd step)
제 2공정에 있어서 원반(10)위에 형성한 헤드 기대(12)를, 원반(10)으로부터 박리하는 공정이다.It is a process of peeling the head base 12 formed on the disk 10 in the 2nd process from the disk 10.
박리 방법으로서는, 구체적으로 예를들면, 헤드 기대(12)가 형성된 원반(10)을 고정하며, 헤드 기대(12)를 흡착유지하여 기계적으로 당겨 벗긴다.Specifically, as the peeling method, for example, the disk 10 on which the head base 12 is formed is fixed, and the head base 12 is sucked and held and mechanically pulled off.
박리의 경우, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 재질의 조합에 의해서는 밀착성이 높게되며, 원반(10)에서 헤드 기대(12)를 박리하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.In the case of peeling, adhesiveness becomes high by the combination of the material of the disk 10 and the head base 12, and it may become difficult to peel the head base 12 from the disk 10. FIG.
이와같은 경우, 예를들면 도 5에 나타내듯이, 원반(10)위세 형성되는 요철패턴의 오목부 형상을, 개구부가 저부보다 큰 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직 하다. 이와같이 하는 것으로서, 박리의 경우에 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 사이에 활동하는 마찰력 등의 응력을 저감할 수 있기 때문에 원반(10)으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행할 수 있다.In such a case, for example, as shown in FIG. 5, it is preferable that the concave portion of the concave-convex pattern formed on the disk 10 is formed into a taper shape in which the opening is larger than the bottom portion. By doing in this way, in the case of peeling, since the stress, such as the frictional force which acts between the disk 10 and the head base 12, can be reduced, the mold release from the disk 10 can be performed favorably.
또한, 도 6에 나타내듯이, 원반(10)의 요철패턴을 갖는 표면상에 헤드기대(12)와의 밀착성이 낮은 재질로 이루어지는 이형층(24)을 형성하여도 동일한 효과가 얻어진다. 이형층(24)으로서는, 원반(10) 및 헤드 기대(12)의 재질에 맞추어서 적절 선택하면 좋다.6, the same effect can be obtained even if the release layer 24 which consists of a material with low adhesiveness with the head base 12 on the surface which has the uneven | corrugated pattern of the disk 10 is formed. As the mold release layer 24, what is necessary is just to select suitably according to the material of the disk 10 and the head base 12.
또한, 도 7에 나타내듯이, 박리하기 전에, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 조사광(25)을 조사하여 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 밀착력을 저감 또는 소실시켜서 원반(10)으로부터의 틀 빠짐을 양호하게 행하도록 하여도 좋다. 이 방법은, 조사광(25)에 의해 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 있어서, 원자간 또는 분자간의 여러 종류의 결합력을 저감 또는 소실시키는 일, 실제로는, 어브레이션(ablation) 등의 현상을 발생시켜서 계면박리에 이르도록 하는 것이다.In addition, as shown in FIG. 7, before peeling, the irradiation light 25 is irradiated to the interface of the disk 10 and the head base 12, and the adhesion between the disk 10 and the head base 12 is reduced or lost. You may make it good to perform out of frame from the disk 10. This method reduces or eliminates various kinds of bonding forces between atoms or molecules at the interface between the disk 10 and the head base 12 by the irradiation light 25, and in fact, ablation. The phenomenon such as this is generated to reach the interface peeling.
더나아가서는, 조사광(25)에 의해 헤드 기대(12)로부터의 기체가 방출되며, 분리효과가 발현되는 경우도 있다. 즉, 헤드 기대(12)에 합유되어 있던 성분이 기화하여 방출되어 분리에 기여한다.Furthermore, the gas from the head base 12 is emitted by the irradiation light 25, and the separation effect may be expressed in some cases. That is, the components retained in the head base 12 are vaporized and released to contribute to the separation.
조사광(25)으로서는, 예를들면, 엑시마 레이저 광이 바람직하다. 엑시마 레이저는, 단파장 영역에서 높은 에너지를 출력하는 장치가 실용화되어 있으며, 매우 단시간의 처리가 가능하게 된다. 따라서, 계면근방에 있어서만 어브레이션이 일어나게 되며, 원반(10) 및 헤드 기대(12)에 온도 충격을 거의 부여하지 않는다.As the irradiation light 25, for example, excima laser light is preferable. The Exima laser has been put into practical use for a device that outputs high energy in a short wavelength region, and can be processed in a very short time. Therefore, abrasion occurs only in the vicinity of the interface, and hardly imparts temperature shock to the disk 10 and the head base 12.
또한, 조사광(25)으로서는, 원반(10)과 헤드 기대(12)의 계면에 있어서 계면 박리를 일으키는 것이라면 엑시마 레이저 광에 한정되는 것이 아닌, 여러종류의 광(방사선)이 이용가능하게 된다.In addition, as irradiation light 25, various kinds of light (radiation), which is not limited to excimer laser light, can be used as long as the interface peeling occurs at the interface between the master 10 and the head base 12. .
이 경우, 원반(10)은 조사광(25)에 대하여 투과성을 갖는 것이 필요하다. 투과율은 10%이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50%이상 이다. 투과율이 지나치게 낮으면, 조사광의 원반 투과시의 감쇄가 크게되며, 어브레이션 등의 현상을 일으키는데 필요한 광량이 크게된다. 석영유리는, 단파장 영역의 투과율이 높으며, 기계적 강도나 내열성에 있어서도 우수하게 되어 있기 때문에 원반재료로서 바람직하다.In this case, the master 10 needs to have transparency to the irradiation light 25. The transmittance is preferably 10% or more, and more preferably 50% or more. If the transmittance is too low, the attenuation at the time of disk transmission of the irradiation light becomes large, and the amount of light required to cause a phenomenon such as abrasion becomes large. Quartz glass is preferred as a raw material because the glass has a high transmittance in the short wavelength region and is excellent in mechanical strength and heat resistance.
또한, 도 8에 나타내듯이, 조사광(25)에 의해 원반(10)과의 계면에 있어서 박리를 발생시키는 분리층(26)을 원반(10)과 헤드 기대(12)와의 사이에 설치하여도 좋다. 분리층(26)내 및/또는 계면에 있어서 어브레이션 박리가 일어나도록 하는 것으로, 원반(10) 및 헤드 기대(12)에 직접충격을 부여하는 일은 없다.In addition, as shown in FIG. 8, even if the separation layer 26 which produces peeling in the interface with the disk 10 by the irradiation light 25 is provided between the disk 10 and the head base 12. FIG. good. Ablation peeling occurs in the separation layer 26 and / or at the interface, so that the impact is not directly imparted to the disk 10 and the head base 12.
분리층(26)으로서는, 구제적으로는 예를들면 비정질 실리콘, 질콘산 화합물, 산화 랜탐, 랜탐산 화합물 등의 각종 산화물 세라믹스, (강)유전체 혹은 반도체, 질화규소, 질화 알루미늄, 질화 티탄 등의 질화 세라믹스 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드, 폴리이미드 등의 유기고분자 재료, Al, Li. Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, Sm의 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 합금, 등이 이용되며, 이것들의 중에서 프로세스 조건, 원반(10) 및 헤드기대(12)의 재질등에 따라서 적절하게 선택된다.As the separating layer 26, for example, various oxide ceramics such as amorphous silicon, a nitrate compound, a rantam oxide, a rantam acid compound, nitrides of (strong) dielectric or semiconductors, silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride and the like Organic polymer materials such as ceramics acrylic resin, epoxy resin, polyamide, polyimide, Al, Li. One, two or more alloys selected from Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, and Sm, and the like are used, and among these, process conditions, disk 10 and head expectations. It is suitably selected according to the material of (12).
분리층(26)의 형성방법으로서는, 특히 한정되는 것은 아니며, 분리층(26)의 조성이나 형성막 두께에 따라서 적절하게 선택된다. 구체적으로는 예를들면, CVD, 증착, 스퍼터링, 이온 플레팅 등의 각종 기층성장법, 전기 도금, 무전해 도금, 랭그뮤어·브로겟(LB)법, 스핀코팅법, 딥핑법, 스프레이 코팅법, 롤 코팅법. 바코팅법등이 이용 될 수 있다.The formation method of the separation layer 26 is not particularly limited, and is appropriately selected depending on the composition of the separation layer 26 and the thickness of the formed film. Specifically, for example, various substrate growth methods such as CVD, vapor deposition, sputtering, ion plating, electroplating, electroless plating, langmue brogue (LB) method, spin coating method, dipping method, spray coating method Roll coating method. Bar coating can be used.
분리층(26)의 두께는, 박리목적이나분리층(26)의 조성등에 의해 다르지만, 통상은, 1nm∼20㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10nm∼20㎛, 더욱 바람직하게는 40nm∼1㎛정도이다. 분리층(26)의 두께가 지나치게 얇으면 헤드 기대(12)에의 손실이 크게되며, 또한, 막두께가 지나치게 두꺼우면, 분리층(26)의 양호한 박리성을 확보하기 위해 필요한 조사광의 광량을 크게 하지 않으면 않된다. 또한, 분리층(26)의 막두께는, 가능한한 균일한 것이 바람직하다.The thickness of the separation layer 26 varies depending on the purpose of peeling, the composition of the separation layer 26, etc., but it is usually preferably 1 nm to 20 µm, more preferably 10 nm to 20 µm, more preferably 40 nm to It is about 1 μm. If the thickness of the separation layer 26 is too thin, the loss to the head base 12 is large, and if the film thickness is too thick, the amount of irradiation light required to secure good peeling property of the separation layer 26 is large. You must do it. In addition, the film thickness of the separation layer 26 is preferably as uniform as possible.
그리고, 박리후에 분리층(26)의 잔해를 세정 처리 등을 시행하는 것에 의해 제거한다.And after peeling, the debris of the separation layer 26 is removed by performing a washing process or the like.
(제 4공정)(4th step)
제 3공정에 있어서 얻어진 헤드 기대(12)상에 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 공정이다.It is a process of forming the ink discharge nozzle opening 13 on the head base 12 obtained in the 3rd process.
잉크 토출용 노즐구(13)의 형성방법으로서는, 특히 한정되는 것은 아니며, 구체적으로 예를들면, 리소그래피법, 레이저 가공, FIB가공, 방전가공등이 이용된다.The method for forming the ink ejection nozzles 13 is not particularly limited, and specifically, for example, lithography, laser processing, FIB processing, discharge processing and the like are used.
도 9a 내지 도 9e는, 리소그래피법에 의해 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.9A to 9E are views showing a step of forming the ink ejection nozzles 13 by the lithography method. Specifically, it is performed by the following method.
우선, 도 9a에 나타내듯이, 헤드 기대(12)상에 레지스트 층(15)을 형성한다.First, as shown in FIG. 9A, a resist layer 15 is formed on the head base 12.
레지스트 층(15)을 형성하는 물질 및 방법으로서는, 도 2a 내지 도 2e에 있어서 설명한 물질 및 방법과 동일한 것이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.As the material and method for forming the resist layer 15, the same materials and methods as those described with reference to Figs. 2A to 2E are used, and thus description thereof is omitted.
이어서, 도 9b에 나타내듯이, 마스크(27)를 레지스트 층(15)의 위에 배치하며, 마스크(27)를 통해 레지스트 층(15)의 소정 영역에만 광(17)을 조사하여, 노광영역(18)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9B, the mask 27 is disposed on the resist layer 15, and the light 17 is irradiated only to a predetermined region of the resist layer 15 through the mask 27, thereby exposing the exposure region 18. ).
마스크(27)는, 도 9e에 나타내는 잉크 토출용 노즐구(13)에 대응한 영역에 있어서만, 광(17)이 투과하도록 패턴형성 된 것이다.The mask 27 is pattern-formed so that the light 17 may transmit only in a region corresponding to the ink ejection nozzle opening 13 shown in Fig. 9E.
그리고, 레지스트 층(15)을 노광한 후, 소정의 조건으로 현상처리를 행하면, 도 9c에 나타내듯이, 노광영역(18)의 레지스트만이 선택적으로 제거되어 헤드 기대(12)가 노출되며, 그 이외의 영역은 레지스트 층(15)에 의해 덮힌 그대로의 상태로 된다.After exposing the resist layer 15 and developing under predetermined conditions, as shown in Fig. 9C, only the resist in the exposure area 18 is selectively removed to expose the head base 12. The other areas are left in the state covered by the resist layer 15.
이렇게 하여 레지스트 층(15)이 패턴화 되면, 도 9d에 나타내듯이, 이 레지스트 층(15)를 마스크로서 헤드 기대(12)를 관통할 때까지 에칭한다.When the resist layer 15 is patterned in this way, as shown in FIG. 9D, this resist layer 15 is etched until it penetrates the head base 12 as a mask.
에칭의 방법으로서는 웨트방식 또는 드라이 방식이 있지만, 잉크 젯 기대(12)의 재질에 따라서, 에칭 단면형상, 에칭레이트, 면내 균일성 등의 점에서 적절하게 선택된다. 제어성의 점으로 말하자면 드라이 방식의 쪽이 우수하며, 예를들어, 평행 편판형 레크티브 이온 에칭(reactive ion etching;RIE)방식, 유도 결합형(inductive coupling;ICP)방식, 일렉트론 사이크로트론 공명(electron cyclotron resonance;ECR)방식, 헬리콘파 여기방식, 마그네트론 방식, 플라즈마 에칭방식, 이온빔 에칭방식 등의 장치가 이용되며, 에칭 가스종류, 가스 유량, 가스압, 바이어스 전압 등의 조건을 변경하는 것에 의해 잉크 토출용 노즐구(13)를 구형으로 가공하거나, 데이퍼를 장착하거나 하면, 소망의 형상으로 에칭하는 것이 가능하다.Although a wet method or a dry method is used as an etching method, it is suitably selected from the point of etching cross-sectional shape, an etching rate, in-plane uniformity, etc. according to the material of the ink jet base 12. In terms of controllability, the dry method is better, for example, parallel plate-type reactive ion etching (RIE) method, inductive coupling (ICP) method, and electron cyclotron resonance ( Devices such as electron cyclotron resonance (ECR) method, helicon wave excitation method, magnetron method, plasma etching method, ion beam etching method and the like are used. If the discharge nozzle opening 13 is processed into a spherical shape, or if the data is attached, it can be etched in a desired shape.
이어서, 에칭완료후에 도 9e에 나타내듯이, 레지스트 층(15)을 제거하면, 잉크 토출용 노즐구(13)가 형성되어진 헤드 기대(12)가 얻어진다.Subsequently, after the etching is completed, as shown in FIG. 9E, when the resist layer 15 is removed, the head base 12 on which the ink ejection nozzle opening 13 is formed is obtained.
또한, 레이저 가공에 사용되는 레이저 장치로서는, 각종 기체 레이저, 고체 레이저(반도체 레이저)등이 이용되지만, KrF 등의 엑시마 레이저, YAG레이저, Ar레이저, He-Cd레이저, CO2레이저등이 바람직하게 사용되며, 그 중에서도 엑시마 레이저가 바람직 하다.As the laser device used for laser processing, various gas lasers, solid state lasers (semiconductor lasers) and the like are used, but excimer lasers such as KrF, YAG lasers, Ar lasers, He-Cd lasers, and CO 2 lasers are preferable. It is used, and the excimer laser is especially preferable.
엑시마 레이저는, 단파장 영역에서 높은 에너지의 레이저 광을 출력하기 위해, 매우 단시간에 가공이 가능하며, 따라서, 생산성이 높다.The excima laser can be processed in a very short time in order to output high-energy laser light in the short wavelength region, and therefore the productivity is high.
리소그래피법에 의하면, 한 번에 복수개소의 잉크 토출용 노즐구(13)를 형성하는 것이 가능하지만, 설비 가격 및 재료 가격이 높고, 필요하게 되는 설비 공간도 넓게된다.According to the lithography method, it is possible to form a plurality of ink ejection nozzles 13 at one time, but the equipment cost and material cost are high, and the equipment space required is also widened.
한편, 레이저 가공, FIB가공 및 방전가공은, 잉크 토출용 노즐구(13)를 한 개소마다 형성하기 때문에 생산성이 열화되지만, 저 설비 가격화, 저 재료 가격화 및 공간 절약화에 우수하다.On the other hand, since laser processing, FIB processing, and discharge processing form the ink ejection nozzles 13 for each position, productivity is deteriorated, but it is excellent in low equipment cost, low material cost, and space saving.
이상 서술한 헤드기대의 제조방법에 의하면, 원반(10)은, 일단 제조하면, 그후, 내구성이 허가되는한 몇번이라도 사용할 수 있기 때문에, 2매째 이후의 도광체의 제조공정에 있어서 생략할 수 있으며, 공정수의 감소 및 낮은 가격화를 도모할 수 있다.According to the manufacturing method of the head base described above, since the master 10 can be used as many times as long as the durability is allowed after it is manufactured, it can be omitted in the manufacturing process of the light guide body after the 2nd sheet. As a result, the number of process steps can be reduced and the price can be lowered.
이어서, 상기 실시예에 있어서 형성된 헤드 기대(12)에 압전소자를 형성하는 공정의 일예를 도 10a 내지 도 10d를 이용하여 설명한다. 이 공정에 의하면, 압전소자는, 일단, 제 3의 원반(28)위에 형성되어서 헤드기대(12)위에 전사된다. 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 행해진다.Next, an example of a process of forming a piezoelectric element in the head base 12 formed in the above embodiment will be described with reference to FIGS. 10A to 10D. According to this process, the piezoelectric element is once formed on the third disk 28 and transferred onto the head base 12. Specifically, it is performed by the following method.
우선, 도 10a에 나타내듯이, 제 3의 원반(28)위에 공통전극(29), 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 차례로 적층한다.First, as shown in FIG. 10A, the common electrode 29, the piezoelectric thin film 30, and the upper electrode 31 are sequentially stacked on the third disk 28. As shown in FIG.
제 3의 원반(28)은, 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝하여 소자화하는 경우의 지지체로서의 역할을 담당하는 것이며, 프로세스 내성, 특히, 내열성이나 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝한 후의 공정에 있어서 헤드 기대(12)와 접합(접착)된 후, 공통전극(29)과 제 3의 원반(28)과의 계면에서 박리되게 되기 때문에, 제 3의 원반(28)은 공통전극(29)과 밀착성이 그다지 높지 않은 것이 바람직하다.The third disk 28 plays a role as a support in the case where the piezoelectric thin film 30 and the upper electrode 31 are patterned and is formed, and it is preferable to have process resistance, in particular, heat resistance and mechanical strength. In addition, after the piezoelectric thin film 30 and the upper electrode 31 are patterned, the piezoelectric thin film 30 and the upper electrode 31 are bonded (bonded) to the head base 12 and then at the interface between the common electrode 29 and the third disk 28. Since the third disc 28 is not likely to have high adhesion to the common electrode 29, the third disc 28 is preferable.
공통전극(29) 및 상전극(31)으로서는, 도전율이 높은 것이라면 특히 한정되는 것은 아니며, 예를들면, Pt, Au, Al, Ni, In등이 이용된다. 또한, 공통전극(29) 및 상전극(31)의 형성방법으로서는, 이것들의 재질이나 형성막 두께에 따라서 적절하게 선택하면 좋으며, 예를들면, 스퍼터링, 증착, CVD, 전기 도금, 무전해 도금등이 이용된다.The common electrode 29 and the upper electrode 31 are not particularly limited as long as the conductivity is high. For example, Pt, Au, Al, Ni, In, and the like are used. In addition, the method for forming the common electrode 29 and the upper electrode 31 may be appropriately selected depending on the material and the thickness of the formed film. For example, sputtering, vapor deposition, CVD, electroplating, electroless plating, and the like. This is used.
압전체 박막(30)으로서는 잉크 젯 프린터용에는, 질콘산 티탄산연(PZT)계가 바람직하다. PZT계의 성막방법으로서는, 졸겔법이 바람직하다. 졸겔법(sol-gelAs the piezoelectric thin film 30, a lead titanate titanate (PZT) system is preferable for an ink jet printer. As a PZT type film-forming method, the sol-gel method is preferable. Sol-gel method
method)에 의하면, 간편한 방법으로서 양질의 박막이 얻어진다.method), a thin film of good quality can be obtained as a simple method.
소정의 성분으로 조정한 PZT계 층을 공통전극(29)상에 스핀코팅로 도포하여 가소성한다는 공정을 소정 횟수 반복하는 것에 의해 비정질의 겔박막을 형성하며, 그 후 또한 본 소성하여 페로브스카이트(perovskite)결정구조를 갖는 압전체 박막(30)을 얻는다.The amorphous gel thin film was formed by repeating a predetermined number of times of applying a PZT-based layer adjusted to a predetermined component by spin coating on the common electrode 29 and plasticizing it, and then firing the same to produce perovskite. A piezoelectric thin film 30 having a (perovskite) crystal structure is obtained.
또한, 압전체 박막(30)의 형성방법으로서는, 졸겔법이외에 스퍼터법을 사용하여도 좋다.As the method for forming the piezoelectric thin film 30, a sputtering method may be used in addition to the sol-gel method.
이어서, 도 10b에 나타내듯이 도 10c의 헤드 기대(12)의 잉크 압력실(33)의 패턴에 따라서 압전체 박막(30) 및 상전극(31)을 패터닝하여 압전소자(32)로 한다.Next, as shown in FIG. 10B, the piezoelectric thin film 30 and the upper electrode 31 are patterned according to the pattern of the ink pressure chamber 33 of the head base 12 of FIG. 10C to form the piezoelectric element 32.
패터닝 방법으로서는, 예를들면, 도 12a 내지 도 12f에 나타내는 리소그래피법이 이용되기 때문에 설명을 생략한다.As the patterning method, for example, since the lithography method shown in Figs. 12A to 12F is used, description thereof is omitted.
이어서, 도 10c에 나타내듯이, 공통전극(29) 및 압전소자(32)가 형성된 제 3의 원반(28)에 도 1a 내지 도 1d는 공정에 의해 얻어진 헤드 기대(12)를 접합, 혹은 접착층(34)을 통해 접합시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 10C, the head base 12 obtained by the process is bonded or bonded to the third disk 28 having the common electrode 29 and the piezoelectric element 32 formed thereon. Through 34).
접착층(34)으로서는, 헤드 기대(12), 공통전극(29) 및 압전소자(32)의 재질에 따라서 적절하게 선택하면 좋다.The adhesive layer 34 may be appropriately selected depending on the materials of the head base 12, the common electrode 29, and the piezoelectric element 32.
그리고, 도 10d에 나타내듯이, 헤드 기대(12), 공통전극(29) 및 압전소자(32)를 일체적으로 제 3의 원반상(28)으로부터 박리한다.As shown in FIG. 10D, the head base 12, the common electrode 29, and the piezoelectric element 32 are peeled off from the third disk shape 28 integrally.
만일, 제 3의 원반(28)과 공통전극(29)과의 밀착성이 높으며, 박리가 곤란하게 되는 경우에는, 상기 도 7의 공정에서 설명한 것과 동일하게, 조사광을 조사하는 것에 의해 박리를 촉진시켜도 좋으며, 더나아가서는, 도 8에 나타내듯이 분리층을 설치하여도 좋다.If the adhesion between the third disk 28 and the common electrode 29 is high and the peeling becomes difficult, the peeling is accelerated by irradiating the irradiation light in the same manner as described in the process of FIG. In addition, as shown in Fig. 8, a separation layer may be provided.
이렇게 하여 헤드 기대(12)상에 압전소자(32)가 형성되면, 이후 또한, 배선패턴, 신호회로, 잉크탱크등과 조합하여 잉크 젯 프린터 헤드를 얻는다.In this way, when the piezoelectric element 32 is formed on the head base 12, an ink jet printer head is obtained further in combination with a wiring pattern, a signal circuit, an ink tank, and the like.
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