KR100470592B1 - 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드는 잉크를 가열하기 위한 저항체와 저항체를 보호하도록 저항체 위에 보호층을 형성한 기판; 기판을 관통하는 잉크 공급구; 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 유로구조를 형성하도록 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 보호층 위에 형성된 쳄버 플레이트; 및 노즐을 형성하도록 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트 위에 형성된 노즐 플레이트를 포함한다. 본 발명의 프린트 헤드 제조방법은 상면에 잉크를 가열하기 위한 저항체를 내장하고 저항체 위에 보호층이 형성된 기판을 마련하는 단계, 보호층 상에 포토 레지스트를 형성하는 단계, 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 유로구조의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 포토 레지스트을 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트를 형성하는 단계, 쳄버 플레이트 상에 드라이 필름 레지스트를 형성하는 단계, 및 노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 드라이 필름 레지스트를 패터닝하여 노즐 플레이트를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 노즐 플레이트 형성시 하층의 쳄버 플레이트용 포토 레지스트가 용해되지 않도록 노즐 플레이트를 드라이 필름 레지스트로 형성함으로써, 쳄버 플레이트의 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 치수 정확성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린터의 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모노리식(monolithic) 버블 잉크젯(bubble-ink jet) 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린터는 소음이 작고 해상도가 우수할 뿐 아니라 저가로 칼라 구현이 가능하기 때문에, 소비자의 수요가 급속하게 신장되고 있다.
또한, 반도체 기술의 발전과 더불어, 잉크젯 프린터의 핵심 부품인 프린터 헤드의 제조 기술도 지난 10년 동안 비약적으로 발전하였다. 그 결과, 현재 약 300개의 분사 노즐을 구비하며 600dpi의 해상도를 제공할 수 있는 프린트 헤드가 사용후 폐기 가능한 형태의 잉크 카트리지에 장착되어 사용되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 잉크젯 프린터용 프린트 헤드(10)가 개략적으로 예시되어 있다.
통상적으로, 잉크는 프린트 헤드(10)의 기판(1) 뒷면으로부터 제 1 잉크 공급로(2)를 통하여 기판(1)의 전면으로 공급된다.
제 1 잉크 공급로(2)를 통해서 공급되는 잉크는 쳄버 플레이트(8)와 노즐 플레이트(9)에 의해 형성된 제 2 잉크 공급로(3)를 따라서 잉크 쳄버(4)에 도달한다. 잉크 쳄버(4)에 일시적으로 정체된 잉크는 보호층(5) 아래에 있는 히터(6)로부터 발생된 열에 의해서 순간적으로 가열된다.
이 때, 잉크는 폭발성 버블을 발생하고, 이에 따라 잉크 쳄버(4)내의 잉크 중 일부가 발생된 버블에 의해 잉크 쳄버(4) 위에 형성된 잉크 노즐(7)을 통하여 프린트 헤드(10) 밖으로 토출된다.
이러한 프린트 헤드(10)에서, 쳄버 플레이트(8)와 노즐 플레이트(9)는 잉크의 흐름, 잉크의 분사 모양, 및 분사 주파수 특성에 영향을 주는 중요한 요소이다. 따라서, 쳄버 플레이트(8)와 노즐 플레이트(9)의 재질, 형상 및 제조방법 등에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
현재, 쳄버 플레이트 및 노즐 플레이트와 관련한 프린트 헤드의 제조방식은 기판과 노즐 플레이트를 별도로 제조한 후 이들을 정렬시켜서 접착제로 붙이는 하이브리드(hybrid) 방식과 쳄버 플레이트와 노즐 플레이트를 기판위에 일체 또는 별개로 직접 형성하는 모노리식 방식이 널리 사용되고 있다.
하이브리드 방식은 노즐 플레이트 만을 따로 제조한 후 중합체(polymer)로 만들어진 쳄버 플레이트가 있는 기판 위에 정렬시켜서 접착제로 붙이는 방식, 및 노즐 플레이트와 쳄버 플레이트를 같이 제조한 후 기판에 정렬시켜서 접착제로 붙이는 방식으로 나눌 수 있다.
일반적으로, 모노리식 방식에 따른 프린트 헤드의 제조방법은 하이브리드 방식에 비해서 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 모노리식 방식은 까다로운 조건을 만족시켜야만 하는 접착제가 불필요하고, 노즐 플레이트를 기판과 정렬시켜서 접착제로 붙이는 작업과 이를 수행하기 위한 장비들이 불필요하다.
둘째, 모노리식 방식은 하이브리드 방식에 비해서 보다 정교하게 기판, 쳄버 플레이트 및 노즐 플레이트들을 정렬시킬 수 있다. 그러므로, 제조 공정을 줄일 수 있어서 제조 원가의 절감과 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 정밀한 정렬이 필요한 고 해상도용 프린트 헤드의 제조에 적당하다.
이러한 모노리식 방식에 따른 종래의 프린트 헤드(10'; 도 2e)의 제조과정의 한 예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2 a에 도시한 바와 같이, 히터(6)와 보호층(5)이 형성된 실리콘 기판(1)의 뒷면에 잉크 공급구를 구성하는 제 1 잉크 공급로(2)를 형성하기 위한 에비 제 1 잉크 공급로(2')가 형성된다. 이 때, 기판(1)은 예비 제 1 잉크 공급로(2')에서 완전히 관통되지 않고 일정 두께가 남겨진다.
그 다음, 기판(1)의 보호층(5) 위쪽에 포지티브 포토 레지스트가 형성되고, 포지티브 포토레지스트는 포토 마스크(도시하지 않음)를 사용하는 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 패터닝되고, 그 결과 도 2b에 도시한 바와 같이, 보호층(5) 위에 희생층인 포지티브 포토레지스트 몰드(photoresist mold)(3')가 형성된다. 포지티브 포토레지스트 몰드(3')는 추후 에칭으로 제거되어 제 2 잉크 공급로(3), 잉크 쳄버(4) 등의 유로구조를 제공한다. 포지티브 포토 레지스트 몰드(3')의 두께는 약 30~40㎛로, 추후 형성될 제 2 잉크 공급로(3)와 잉크 쳄버(4)의 높이가 된다.
보호층(5) 위에 포지티브 포토레지스트 몰드(3')가 형성된 후, 기판(1)의 전면에는 네가티브 포토 레지스트로써 감광성 에폭시 수지층이 코팅으로 형성된다.
그 다음, 감광성 에폭시 수지층은 노즐의 패턴이 형성된 포토 마스크(도시하지 않음)에 의해 노광된 후 마이크로펀칭(micro-punching) 또는 리소그라피 공정에 의해 패터닝되고, 그 결과 도 2c에 도시한 바와 같이, 노즐(7')이 형성된 쳄버/노즐 플레이트(9')가 형성된다.
쳄버/노즐 플레이트(9')가 형성된 후, 기판(1)의 뒷면에서 예비 제 1 잉크 공급로(2')를 형성하는 기판부분은 실리콘 에칭에 의해 등방성(isotropic)으로 제거되며, 그 결과 제 1 잉크 공급로(2)가 형성된다.
그 후, 포토 레지스트 몰드(3')가 용매에 의해 용해되어 제거되면, 잉크 쳄버(4) 및 제 2 잉크 공급로(3)가 형성되고, 프린트 헤드(10')의 제조가 종료된다.
그러나, 이러한 종래의 모노리식 방식에 따른 프린트 헤드(10')의 제조방법은 노즐 플레이트와 쳄버 플레이트를 별도로 형성하지 않고 일체로 형성할 수 있다는 잇점은 있으나, 포지티브 포토 레지스트 몰드(3') 위에 네가티브 포토 레지스트인 감광성 에폭시 수지층이 형성되는 구조를 가짐으로, 상층의 감광성 에폭시 수지층이 하층의 포지티브 포토 레지스트 몰드(3') 위에 코팅될 때, 하층의 포지티브 포토 레지스트 몰드(3')가 상층의 감광성 에폭시 수지의 용매에 의해 쉽게 용해되며, 이로 인해 정확한 치수의 잉크 쳄버(4), 리스트릭터(도시하지 않음), 제 2 잉크 공급로(3) 등의 유로구조가 형성되기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 네가티브 포토 레지스트에 강한 포지티브 포토레지스트를 사용하는 방법을 고려해 볼수 있으나, 네가티브 포토 레지스트에 강한 포지티브 포토 레지스트는 대부분 두께 10㎛ 이상으로 코팅하기 어려울 뿐 아니라 자외선(Ultraviolet:UV) 감광도가 낮아 충분한 깊이로 패터닝되지 않는다.
이와 같이, 네가티브 포토 레지스트에 강한 포지티브 포토 레지스트를 사용하더라도, 충분한 두께의 코팅력과 UV 감광도를 갖는 조건을 만족하는 최적의 포지티브 포토 레지스트 재료를 구하기 어렵기 때문에, 포지티브 포토 레지스트 몰드가 네가티브 포토 레지스트의 용매에 의해 용해되는 문제를 완벽하게 방지하지는 못한다.
또한, 이러한 네가티브 포토 레지스트를 구성하는 감광성 에폭시 수지층에 노즐(7')을 포토리소그래피 공정을 사용하지 않고 마이크로 펀칭 또는 레이저 연마에 의해 형성할 경우, 노즐 모양 및 크기를 정확하게 가공하기 어려움으로, 작업 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 노즐 플레이트 형성시 하층의 쳄버 플레이트용 포토 레지스트가 용해되지 않도록 노즐 플레이트를 드라이 필름 레지스트로 형성함으로써, 쳄버 플레이트의 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등 유로구조의 치수 정확성이 저하되는 문제를 방지하게 한 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 한 실시 양태에 따르면, 본 발명은 잉크를 가열하기 위한 저항체와 저항체를 보호하도록 저항체 위에 보호층을 형성한 기판, 및 기판을 관통하는 잉크 공급구를 포함하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 유로구조를 형성하도록 제 1 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 보호층 위에 형성된 쳄버 플레이트, 및 노즐을 형성하도록 드라이 필름(dry film) 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트 위에 형성된 제 1 노즐 플레이트를 포함하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
선택적으로, 본 발명의 프린트 헤드는 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 제 1 노즐 플레이트 위에 형성된 제 2 노즐 플레이트를 더 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드(polyimide) 중의 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 양태에 따르면, 본 발명은 상면에 잉크를 가열하기 위한 저항체를 내장하고 저항체 위에 보호층이 형성된 기판을 마련하는 단계, 보호층 상에 포토 레지스트를 형성하는 단계, 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 유로구조의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트를 형성하는 단계, 쳄버 플레이트상에 드라이 필름 레지스트를 형성하는 단계, 및 노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 노즐 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공한다.
양호한 실시예에 있어서, 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 프린트 헤드의 제조방법은 기판을 마련하는 단계 후 기판의 뒷면에 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 형성하는 단계, 쳄버 플레이트를 형성하는 단계 후 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 에칭하여 완전한 잉크공급구를 형성하는 단계, 및 에칭시 기판의 표면에 유입된 유기물을 크리닝하는 단계를 더 포함한다. 예비 잉크공급구를 형성하는 단계는 실리콘 드라이 에칭법에 의해 약 20 ㎛ 정도의 기판 두께가 남겨지도록 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 프린트 헤드의 제조방법은 노즐 플레이트를 형성하는 단계 후 노즐 플레이트가 형성된 기판을 플러드 노광(flood exposure) 하는 단계, 및 노즐 플레이트가 형성된 기판을 하드 베이킹하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에 따르면, 본 발명은 상면에 잉크를 가열하기 위한 저항체를 내장하고 저항체 위에 보호층이 형성된 기판을 마련하는 단계, 보호층 상에 제 1 포토 레지스트를 형성하는 단계, 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로등의 유로구조의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 제 1 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 쳄버 플레이트를 형성하는 단계, 쳄버 플레이트 상에 드라이 필름 레지스트를 형성하는 단계, 드라이 필름 레지스트 상에 제 2 포토 레지스트를 형성하는 단계, 및 노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 제 2 포토 레지스트와 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 노즐 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공한다.
양호한 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
노즐 플레이트를 형성하는 단계는 드라이 필름 레지스트를 형성한 후 노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 드라이 필름 레지스트를 노광하는 단계, 제 2 포토 레지스트를 형성한 후 노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계, 및 드라이 필름 레지스트를 현상하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 프린트 헤드의 제조방법은 기판을 마련하는 단계 후 기판의 뒷면에 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 형성하는 단계, 제 2 포토레지스트층을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계 후 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 에칭하여 완전한 잉크공급구를 형성하는 단계, 및 에칭시 기판의 표면에 유입된 유기물을 크리닝하는 단계를 더 포함한다. 예비 잉크공급구를 형성하는 단계는 실리콘 드라이 에칭법에 의해 약 20 ㎛ 정도의 기판 두께가 남겨지도록 수행되는 것이 바람직하다.
선택적으로, 잉크공급구를 형성하는 단계와 유기물을 크리닝하는 단계는 쳄버 플레이트를 형성하는 단계 후 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 프린트 헤드의 제조방법은 드라이 필름 레지스트를 현상하는 단계 후 노즐 플레이트가 형성된 기판을 플러드 노광하는 단계, 및 노즐 플레이트가 형성된 기판을 하드 베이킹하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법을 첨부도면에 관하여 상세히 서술하기로 한다,
(실시예 1)
도 3d를 참조하면, 본 발명의 양호한 일실시예에 따른 모노리식 버블 잉크젯프린트 헤드(100)가 예시되어 있다.
이 실시예의 프린트 헤드(100)는 잉크를 가열하기 위한 히터(106)와 히터(106)를 보호하도록 히터(106) 위에 보호층(105)을 형성한 실리콘 기판(101); 기판(101)을 관통하는 잉크공급구를 구성하는 제 1 잉크 공급로(102); 잉크 쳄버(104), 리스트릭터(도시하지 않음), 제 2 잉크 공급로(103) 등의 유로구조의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 보호층(105) 위에 형성된 쳄버 플레이트(108); 및 노즐(107)의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트(108) 위에 형성된 노즐 플레이트(109)를 포함한다.
히터(106)는 노즐(107)의 형태와 상응한 환형 형태를 갖는 불순물이 도핑된 폴리 실리콘과 같은 저항 발열체로 이루어진다. 히터(106) 위에 형성된 보호층(105)은 실리콘 질화막으로 형성된다.
쳄버 플레이트(108)는 리스트릭터(도시하지 않음), 제 2 잉크 공급로(103), 잉크쳄버(104) 등의 유로구조의 패턴을 구성하고, 노즐 플레이트(109)는 노즐(107)의 패턴을 구성한다.
쳄버 플레이트(108)를 형성하는 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감광성 에폭시계 폴리머나 폴리이미드에 의해 10-100㎛, 바람직하게는 약 30~40㎛의 두께로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(101)에 히터(106)와 보호층(105)이 형성된다.
이 때, 히터(106)는 실리콘 기판(101)의 전면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘을 증착시킨 다음, 이를 환형 형태로 패터닝하는 것에 의해 형성된다. 보다 상세히 설명하면, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘은 저압 화학기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)에 의해 불순물로써 예를들어 인(P)의 소스가스와 함께 증착함으로써 대략 0.7 내지 1㎛ 두께로 형성된다. 이 폴리 실리콘막의 증착 두께는, 히터(106)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 형성할 수도 있다. 실리콘 기판(101)의 전면에 증착된 폴리 실리콘막은 포토마스크와 포토 레지스트를 이용한 포토리소스래피 공정과 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로하여 에칭하는 공정에 의해 패터닝되고, 그 결과 히터(105)가 형성된다.
또한, 보호층(105)은 히터(106)의 보호막으로써 실리콘 질화막을 대략 0.5㎛ 두께로 LPCVD로 증착하는 것에 의해 형성된다.
그 다음, 실리콘 기판(101)의 뒷면에 잉크공급구를 구성하는 제 1 잉크 공급로(102)를 형성하기 위한 예비 제 1 잉크공급로(102')가 형성된다. 이 때, 기판(101)은 예비 제 1 잉크공급로(102')에서 완전히 관통되지 않고 약 20㎛ 의 두께가 남겨진다.
그 다음, 기판(101)의 보호층(105) 위쪽에 SU-8 및 polyimide 중의 하나로 형성된 네거티브 포토 레지스트가 형성되고, 네거티브 포토 레지스트는 잉크 챔버(104), 리스트릭터, 제 2 잉크공급로(103) 등의 유로구조의 패턴이 형성된 포토 마스크(도시하지 않음)를 사용하여 UV 노광 및 현상하는 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝된다.
그 결과, 도 3b에 도시한 바와 같이, 보호층(105) 위에는 쳄버 플레이트(108)가 형성된다. 쳄버 플레이트(108)는 추후 잉크 쳄버(104), 리스트릭터, 제 2 잉크 공급로(103) 등의 유로구조를 제공한다. 쳄버 플레이트(108)의 두께는 10-100㎛, 바람직하게는 약 30~40㎛로, 추후 형성될 제 2 잉크 공급로(103)와 잉크 쳄버(104)의 높이가 된다.
보호층(5) 위에 쳄버 플레이트(108)가 형성된 후, 제 1 잉크 공급로(102)를 형성하기 위해, 도 3c에 도시한 바와 같이, 기판(101)의 뒷면에 예비 제 1 잉크 공급로(102')에서 완전히 관통되지 않고 남아 있는 약 20㎛ 의 두께의 기판부분이 XeF2 가스 또는 BrF3 가스를 에칭가스로 사용하는 실리콘 드라이 에칭법에 의해 등방성으로 에칭되어 제거된다.
실리콘 드라이 에칭시 기판(101)의 표면에 유입된 유기물은 표준 유기 크리닝공정을 통해 제거된다.
그 후, 쳄버 플레이트(108) 위에는 드라이 필름 레지스트가 고열 및 고압으로 라미네이팅되고, 드라이 필름 레지스트는 노즐의 패턴이 형성된 포토 마스크(도시하지 않음)를 사용하여 UV 노광 및 현상하는 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝된다.
그 결과, 도 3d에 도시한 바와 같이, 노즐(107)을 형성한 노즐 플레이트(109)가 형성된다.
노즐 플레이트(109)가 형성된 후, 내화학성 및 기계적 강도를 향상시키도록노즐 플레이트(109)가 형성된 기판(101)에 대하여 수백에서 수천 mJ/㎤의 도스로 UV 노광하는 플러드 노광 공정과, 노즐 플레이트(109)와 쳄버 플레이트(108)를 보다 긴밀하게 기판(101)에 고착시키기 위해 하드 베이킹 공정이 예를 들면 130-150°C에서 30분간 진행되면, 프린트 헤드(100)의 제조가 종료된다.
(실시예 2)
도 4f를 참조하면, 본 발명의 양호한 다른 실시예에 따른 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드(200)가 예시되어 있다.
이 실시예의 모노리식 프린트 헤드(200)는 잉크를 가열하기 위한 히터(206)와 히터(206)를 보호하도록 히터(206) 위에 보호층(205)을 형성한 실리콘 기판(201); 기판(201)을 관통하는 잉크공급구를 구성하는 제 1 잉크 공급로(202); 잉크 쳄버(204), 리스트릭터(도시하지 않음), 제 2 잉크 공급로(203) 등의 유로구조의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 제 1 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 보호층(205) 위에 형성된 쳄버 플레이트(208); 노즐의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 드라이 필름 레지스트(209': 도 4c)를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트(208) 위에 형성된 제 1 노즐 플레이트(209); 및 노즐의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 제 1 노즐 플레이트(209) 위에 형성된 제 2 노즐 플레이트(210)를 포함한다.
히터(206)는 노즐(207)의 형태와 상응한 환형 형태를 갖는 불순물이 도핑된 폴리 실리콘과 같은 저항 발열체로 이루어진다. 히터(206) 위에 형성된 보호층(205)은 실리콘 질화막으로 형성된다.
쳄버 플레이트(208)는 리스트릭터, 제 2 잉크 공급로(203), 잉크쳄버(204) 등의 유로구조를 갖는 패턴을 구성하고, 제 1 및 제 2 노즐 플레이트(209, 210)는 노즐(207)들을 갖는 패턴을 구성한다.
쳄버 플레이트(208)와 제 2 노즐 플레이트(210)를 형성하는 제 1 및 제 2 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감괌성 에폭시계 폴리머나 폴리이미드로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드(200)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 히터(206)와 보호층(205)이 형성된 실리콘 기판(201)의 뒷면에 잉크 공급구를 구성하는 제 1 잉크 공급로(202)를 형성하기 위한 예비 제 1 잉크 공급로(202')가 형성된다. 이 때, 기판(201)은 예비 잉크 공급로(202')에서 완전히 관통되지 않고 약 20㎛ 의 두께가 남겨진다.
그 다음, 기판(201)의 보호층(205) 위쪽에 SU-8 및 polyimide 중의 하나로 형성된 제 1 네가티브 포토 레지스트가 형성되고, 제 1 네가티브 포토 레지스트는 잉크 챔버(204), 리스트릭터, 제 2 잉크공급로(203) 등의 유로구조의 패턴이 형성된 포토 마스크(도시하지 않음)를 사용하여 UV 노광 및 현상하는 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝된다.
그 결과, 도 4b에 도시한 바와 같이, 보호층(205) 위에는 쳄버 플레이트(208)가 형성된다. 쳄버 플레이트(208)는 추후 제 2 잉크 공급로(203), 리스트릭터, 및 잉크 쳄버(204)를 제공한다. 쳄버 플레이트(208)의 두께는 10~100㎛, 바람직하게는 약 30~40㎛로, 추후 형성될 제 2 잉크 공급로(203)와 잉크 쳄버(204)의 높이가 된다.
보호층(205) 위에 쳄버 플레이트(208)가 형성된 후, 도 4c에 도시한 바와 같이, 쳄버 플레이트(108) 위에는 드라이 필름 레지스트(209')가 고열 및 고압으로 라미네이팅되고, 드라이 필름 레지스트(209')는 노즐(107)의 패턴이 형성된 포토 마스크(도시하지 않음)를 사용하는 포토리쏘그래피 공정에 의해 패터닝된다.
이 때, 드라이 필름 레지스트(209')에 대한 포토리소그래피 공정은 다음 단계에서 제 2 포토 레지스트가 형성될 때, 제 1 네가티브 포토 레지스트로 형성된 쳄버 플레이트(208)가 제 2 네가티브 포토 레지스트의 용매에 의해 용해되는 것을 방지하기 위해, 현상은 수행되지 않고 UV 노광만 수행된다.
드라이 필름 레지스트(209')가 UV 노광된 후, 드라이 필름 레지스트(209') 위에는 SU-8 및 polyimide 중의 하나로 형성된 제 2 네가티브 포토 레지스트가 형성되고, 제 2 네가티브 포토 레지스트는 노즐(107)의 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 UV 노광 및 현상하는 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝된다.
그 결과, 도 4d에 도시한 바와 같이, 드라이 필름 레지스트(209') 위에는 예비 노즐(207')을 형성한 제 2 노즐 플레이트(210)가 형성된다.
그 후, 제 1 잉크 공급로(202)를 형성하기 위해, 도 4e에 도시한 바와 같이, 기판(101)의 뒷면에 예비 제 1 잉크 공급로(102')에서 완전히 관통되지 않고 남아 있는 약 20㎛ 의 두께의 기판부분이 실리콘 드라이 에칭법에 의해 등방성으로 에칭되어 제거된다. 실리콘 드라이 에칭시 기판(101)의 표면에 유입된 유기물은 표준 유기 크리닝공정을 통해 제거된다.
선택적으로, 제 1 잉크 공급로(202)를 형성하기 위한 실리콘 드라이 에칭공정과 크리닝공정은 도 4b에 도시한 바와 같이 보호층(205) 위에 쳄버 플레이트(208)가 형성된 후 수행될 수 있다.
그 후, 쳄버 플레이트(208)가 제 2 네가티브 포토 레지스트의 용매에 의해 용해되는 것을 방지하도록 UV 노광만 수행된 드라이 필름 레지스트(209')는 노즐의 패턴이 형성된 포토 마스크를 제 2 노즐 플레이트(210)의 예비 노즐(207')의 패턴에 맞춘 후, 소정의 현상액 또는 용매로 현상된다.
그 결과, 도 4f에 도시한 바와 같이, 제 1 노즐 플레이트(209)가 형성되며, 제 1 및 제 2 노즐 플레이트(209, 210)에는 완전한 노즐(207)이 형성된다.
제 1 노즐 플레이트(209)가 형성된 후, 내화학성 및 기계적 강도를 향상시키도록 제 1 노즐 플레이트(209)가 형성된 기판(201)에 대하여 플러드 노광하는 공정, 및 쳄버 플레이트(208)와 제 1 및 제 2 노즐 플레이트(209, 210)를 기판(201)에 보다 긴밀하게 고착시키기 위한 하드 베이킹 공정이 진행되며, 프린트 헤드(200)의 제조가 종료된다.
이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명 하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법은 노즐 플레이트 형성시 하층의 쳄버 플레이트용 포토레지스트가 용해되지 않도록 노즐 플레이트를 드라이 필름 레지스트로 형성함으로써, 쳄버 플레이트의 잉크 쳄버, 리스트릭터, 잉크공급로 등의 유로구조의 치수 정확성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 프린트 헤드의 단면도.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e는 종래의 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 예시하는 공정도.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 예시하는 공정도.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 도 4e, 및 도 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 예시하는 공정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1. 101, 201: 기판 2, 102, 202: 제 1 잉크공급로
3, 103, 203: 제 2 잉크공급로 4, 104, 204: 잉크 쳄버
5, 105, 205: 보호층 6, 106, 206: 히터
7, 107, 207: 노즐 8, 108, 208: 쳄버 플레이트
9, 109, 209, 210: 노즐 플레이트 9': 쳄버/노즐 플레이트
10, 10', 100, 200: 프린트 헤드
Claims (15)
- 잉크를 가열하기 위한 저항체와 상기 저항체를 보호하도록 상기 저항체 위에 보호층을 형성한 기판, 및 상기 기판을 관통하는 잉크공급구를 포함하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드에 있어서,쳄버, 리스트릭터, 및 잉크공급로를 포함하는 유로구조를 형성하도록 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 이루어진 제 1 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 상기 보호층 위에 형성된 쳄버 플레이트; 및노즐을 형성하도록 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 상기 쳄버 플레이트 위에 형성된 제 1 노즐 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 상기 제 1 노즐 플레이트 위에 형성된 제 2 노즐 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 포토 레지스트는 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드.
- 상면에 잉크를 가열하기 위한 저항체를 내장하고 상기 저항체 위에 보호층이 형성된 기판을 마련하는 단계;상기 보호층 상에 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 이루어진 포토 레지스트를 형성하는 단계;잉크 쳄버, 리스트릭터, 및 잉크공급로를 포함하는 유로구조의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 것에 의해 쳄버 플레이트를 형성하는 단계;상기 쳄버 플레이트 상에 드라이 필름 레지스트를 형성하는 단계; 및노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 드라이 필름 레지스트를 패터닝하여 노즐 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 삭제
- 제 4 항에 있어서,상기 기판을 마련하는 단계 후 상기 기판의 뒷면에 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 형성하는 단계;상기 쳄버 플레이트를 형성하는 단계 후 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 상기 예비 잉크공급구를 에칭하여 완전한 잉크공급구를 형성하는 단계; 및상기 에칭시 상기 기판의 표면에 유입된 유기물을 크리닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 예비 잉크공급구를 형성하는 상기 단계는 실리콘 드라이 에칭법에 의해 약 20 ㎛ 정도의 기판 두께가 남겨지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 노즐 플레이트를 형성하는 단계 후 상기 노즐 플레이트가 형성된 상기 기판을 플러드 노광하는 단계; 및상기 노즐 플레이트가 형성된 상기 기판을 하드 베이킹하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 상면에 잉크를 가열하기 위한 저항체를 내장하고 상기 저항체 위에 보호층이 형성된 기판을 마련하는 단계;상기 보호층 상에 제 1 포토 레지스트를 형성하는 단계;잉크 쳄버, 리스트린터, 잉크공급로 등의 유로구조의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 제 1 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 쳄버 플레이트를 형성하는 단계;상기 쳄버 플레이트 상에 드라이 필름 레지스트를 형성하는 단계;상기 드라이 필름 레지스트 상에 제 2 포토 레지스트를 형성하는 단계; 및노즐의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 제 2 포토 레지스트와 상기 드라이 필름 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 노즐 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 포토 레지스트는 SU-8과 같은 감광성 에폭시계 폴리머 및 폴리이미드 중의 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 노즐 플레이트를 형성하는 단계는,상기 드라이 필름 레지스트를 형성한 후 노즐의 패턴이 형성된 상기 마스크를 사용하여 상기 드라이 필름 레지스트를 노광하는 단계;상기 제 2 포토 레지스트를 형성한 후 노즐의 패턴이 형성된 상기 마스크를 사용하여 상기 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계; 및상기 드라이 필름 레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 기판을 마련하는 단계 후 상기 기판의 뒷면에 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 형성하는 단계;상기 제 2 포토 레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계 후 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 상기 예비 잉크공급구를 에칭하여 완전한 잉크공급구를 형성하는 단계; 및상기 에칭시 상기 기판의 표면에 유입된 유기물을 크리닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 기판을 마련하는 단계 후 상기 기판의 뒷면에 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 예비 잉크공급구를 형성하는 단계;상기 쳄버 플레이트를 형성하는 단계 후 상기 기판을 완전히 관통하지 않는 상기 예비 잉크 공급구를 에칭하여 완전한 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및상기 에칭시 상기 기판의 표면에 유입된 유기물을 크리닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 예비 잉크공급구를 형성하는 상기 단계는 실리콘 드라이 에칭법에 의해 약 20 ㎛ 정도의 기판 두께가 남겨지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 드라이 필름 레지스트를 현상하는 단계 후 상기 노즐 플레이트가 형성된 상기 기판을 플러드 노광하는 단계; 및상기 노즐 플레이트가 형성된 상기 기판을 하드 베이킹하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노리식 버블 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
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Citations (5)
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| JPS588661A (ja) * | 1981-07-09 | 1983-01-18 | Canon Inc | 液体噴射記録ヘツド |
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- 2002-08-08 KR KR10-2002-0046940A patent/KR100470592B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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