KR100509481B1 - 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법이 개시된다. 개시된 제조방법은, 기판 상에 히터와 전극을 형성하는 단계와, 히터와 전극이 형성된 기판 상에 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 제1 포토레지스트층 위에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 자외선(UV)에 노광시키는 단계와, 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와, 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계와, 기판의 배면으로부터 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계와, 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층을 형성하는 단계를 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 별도의 희생층 없이 포토리소그라피 공정에 의해 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조할 수 있으므로, 그 공정이 보다 단순화되고 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감광성 포토레지스트를 사용하는 포토리소그라피 공정에 의해 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
도 1에는 열구동형 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 적층된 유로형성층(20)으로 구성된다. 기판(10)에는 잉크공급구(ink feed hole, 32)가 형성되어 있으며, 유로형성층(20)에는 잉크가 채워지는 잉크챔버(ink chamber, 36)와, 잉크공급구(32)와 잉크챔버(36)를 연결하는 리스트릭터(restrictor, 34)와, 잉크챔버(36)로부터 잉크가 토출되는 노즐(38)이 형성되어 있다. 그리고, 기판(20) 상에는 잉크챔버(36) 내에 위치하도록 히터(40)가 마련되어 있다.
이러한 구성을 가진 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 잉크는 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 공급구(32)와 리스트릭터(34)를 거쳐 잉크챔버(36) 내로 공급된다. 잉크챔버(36) 내에 채워진 잉크는 그 내부에 마련된 저항발열체로 이루어진 히터(40)에 의해 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버(36) 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 잉크챔버(36) 내의 잉크가 노즐(38)을 통해 액적의 형태로 잉크챔버 밖으로 토출된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 열구동형 잉크젯 프린트헤드는 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용하여 일체로 제조될 수 있으며, 그 일례가 도 2a와 도 2b에 도시되어 있다.
먼저 도 2a를 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 저항발열물질을 도포한 뒤, 이를 패터닝하여 히터(40)를 형성한다. 그리고, 히터(40)가 형성된 기판(10)의 전 표면에 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 잉크챔버가 형성될 부위만 남도록 패터닝하여 포토레지스트(PR) 몰드(S)를 형성한다. 포토레지스트(PR) 몰드(S)는 이후에 잉크챔버를 형성하기 위해 제거되는 희생층(S)의 역할을 하게 된다. 이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 포토레지스트(PR) 몰드(S)와 기판(10) 상에 감광성 폴리머, 예컨대 에폭시 레진을 소정 두께로 도포하여 유로형성층(20)을 형성한 후, 포토리소그라피 공정에 의해 노즐(38)을 형성한다. 그리고, 기판(10)의 배면을 습식 식각하여 잉크챔버와 연결되는 잉크공급구(32)를 형성한다. 마지막으로, 잉크공급구(32)를 통해 포토레지스트(PR) 몰드(S)를 제거함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 잉크젯 프린트헤드가 완성되는 것이다.
그런데, 상기한 바와 같은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서는, 잉크챔버를 형성하기 위한 희생층으로서 별도의 포토레지스트(PR) 몰드를 형성한 뒤, 마지막 공정에서 이를 다시 제거하는 단계를 거치게 된다. 따라서, 포토레지스트(PR) 몰드의 형상시에 포토레지스트(PR) 몰드의 형상이 변형되기 쉽고, 이에 따라 잉크챔버의 형상이 변하게 되는 문제점이 있다. 또한, 포토레지스트(PR) 몰드의 제거시 찌꺼기가 잉크 유로 내에 잔류될 수 있고 제거 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 이를 제거하기 위해 사용되는 초음파에 의해 각 층간 접착성이 저하되는 문제가 발생한다. 그리고, 유로형성층을 이루는 물질이 포토레지스트(PR) 몰드 전체를 덮어야 하므로 그 만큼 두께가 두꺼워져서, 잔류 응력으로 인해 유로형성층과 기판과의 접착성에 문제가 발생될 수 있다. 이 문제점을 막기 위해서는 접착을 조장하는 물질이 기판과 유로형성층 사이에 추가로 삽입되어야 한다.
한편, 도 3a 내지 도 3c에는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 중 다른 예가 도시되어 있다.
도 3a를 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 저항발열물질을 도포한 뒤, 이를 패터닝하여 히터(40)를 형성한다. 그리고, 히터(40)가 형성된 기판(10)의 전 표면에 감광성 폴리머, 예컨대 에폭시 레진을 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 잉크챔버(36)가 형성될 부위만 제거되도록 패터닝하여 유로형성층(21)을 형성한다. 이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 잉크챔버(36)에 포토레지스트(S')를 채운다. 잉크챔버(36)에 채워진 포토레지스트(S')는 이후에 제거되는 희생층의 역할을 하게 된다. 그리고, 유로형성층(21)과 포토레지스트(S') 위에 다시 에폭시 레진을 소정 두께로 도포하여 노즐층(22)을 형성한 후, 포토리소그라피 공정에 의해 노즐(38)을 형성한다. 다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 배면을 습식 식각하여 잉크챔버(36)와 연결되는 잉크공급구(32)를 형성한다. 마지막으로, 잉크공급구(32)를 통해 포토레지스트(S')를 제거함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 잉크젯 프린트헤드가 완성되는 것이다.
상기한 바와 같은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서는, 먼저 유로형성층과 잉크챔버를 형성한 다음, 잉크챔버에 포토레지스트를 채워 희생층을 형성한 후, 마지막 공정에서 이를 다시 제거하는 단계를 거치게 된다. 그런데, 단 한 번의 공정으로 잉크챔버 내에 포토레지스트를 완전하게 채우기 힘들고, 또한 포토레지스트의 상면을 편평하게 형성하기가 곤란하다. 따라서, 공정 치수 제어가 어렵고, 복잡한 공정이 수반되는 불편한 점이 있다. 그리고, 포토레지스트의 유리화 온도(glass temperature)가 낮으면 열전달에 의해 후속 공정, 예컨대 베이킹 공정을 선택하는데 있어 제약을 주게 된다. 만약 포토레지스트의 유리화 온도 이상에서 후속 공정이 진행되면, 잉크챔버의 변형이 유발될 수 있다. 또한, 포토레지스트와 그 위에 형성되는 노즐층을 이루는 물질이 반응함으로써 포토레지스트 위에 상기 물질이 제대로 도포되지 않는 문제점과 잉크챔버의 형상이 변하게 되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 노즐을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정에서 조사되는 자외선(UV)이 포토레지스트에 영향을 주어 노즐층의 변형을 유발할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 별도의 희생층 없이 포토리소그라피 공정에 의해 수행됨으로써 그 공정이 단순화되고 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이한 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
잉크가 채워지는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크공급구와, 상기 잉크챔버와 잉크공급구를 연결하는 리스트릭터와, 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출하는 노즐과, 상기 잉크챔버 내에 마련되어 잉크를 가열하는 히터와, 상기 히터에 전류를 공급하는 전극을 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 있어서,
(가) 기판 상에 상기 히터와 상기 전극을 형성하는 단계;
(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;
(다) 상기 제1 포토레지스트층 위에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;
(라) 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 자외선(UV)에 노광시키는 단계;
(마) 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 상기 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계;
(바) 상기 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;
(사) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계; 및
(아) 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 상기 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층을 형성하는 단계;를 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 제공한다.
한편, 상기한 제조방법에 있어서, 상기 (바) 단계는 상기 (다) 단계 전에 수행될 수 있다.
여기에서, 상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로서 네거티브형이나 포지티브형이 사용될 수 있으며, 상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트로는 네거티브형 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 광학적으로 투명한 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 다른 방법을 제공한다. 이 제조방법은,
(가) 기판 상에 상기 히터와 상기 전극을 형성하는 단계;
(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;
(다) 상기 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;
(라) 상기 제1 포토레지스트층 위에 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;
(라) 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;
(마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계; 및
(바) 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 현상하여, 상기 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층과 상기 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계;를 구비한다.
상기 제조방법들에 있어서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로는 케톤계 또는 이미드계 감광성 레진을 사용할 수 있으며, 상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트로는 에폭시계, 이미드계 또는 폴리아크릴레이트계 감광성 레진을 사용할 수 있다.
상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트와 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 스핀 코팅 방법에 의해 도포될 수 있다.
상기 원자외선(DUV)은 200nm ~ 300nm 의 파장을 가진 것이 바람직하고, 상기 자외선(UV)은 350nm ~ 450nm 의 파장을 가진 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잉크공급구를 형성하는 단계는, 상기 기판의 배면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 잉크공급구를 형성하기 위한 식각마스크를 형성하는 단계와, 상기 식각마스크를 통해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 기판 배면의 식각은 테트라메틸 수산화암모늄(TMAH)이나 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 습식 식각에 의해 수행될 수 있으며, 또는 플라즈마를 사용하는 건식 식각에 의해 수행될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 자외선(UV)과 원자외선(DUV) 각각에 대해 감광성을 가진 한 가지 또는 두 가지의 포토레지스트를 사용하는 포토리소그라피 공정에 의해 별도의 희생층 없이 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조할 수 있으므로, 그 공정이 보다 단순화되고 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 관한 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
아래에 예시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
본 발명에 따른 제조방법에는 기본적으로 자외선(UV; Ultraviolet)과 원자외선(DUV; Deep-Ultraviolet) 각각에 대해 감광성을 가진 한 가지 또는 두 가지의 포토레지스트를 사용하는 포토리소그라피(photolithography) 공정이 채용된다. 여기에서, 자외선은 파장에 따라 대략 350nm 이상의 파장을 가진 근자외선(Near-UV)과, 대략 300nm 이하의 파장을 가진 원자외선(Deep-UV)과, 그 중간 정도의 파장을 가진 중간자외선(Mid-UV)으로 나뉘어질 수 있다.
한편, 상기 포토레지스트로는 네거티브형과 포지티브형이 있으므로, 이하에서는 네거티브형 포토레지스트를 사용하는 경우와 포지티브형 포토레지스트를 사용하는 경우에 대하여 두 가지 실시예로 나누어 설명하기로 한다.
도 4a 내지 4i는 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제1 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
본 실시예에서는 상기한 바와 같이 네거티브형의 두 가지 포토레지스트, 즉 자외선(UV) 감광성 포토레지스트와 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트가 사용된다. 그러나, 후술하는 바와 같이 반드시 네거티브형의 포토레지스트로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 4a 내지 도 4i에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
제1 실시예에 따른 제조방법을 단계별로 상세하게 설명하면, 먼저 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(152)와, 상기 히터(152)에 전류를 공급하기 위한 전극(154)을 형성한다.
여기에서, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다.
그리고, 상기 히터(152)는 기판(110) 상에 예컨대 탄탈륨-질화물 또는 탄탈륨-알루미늄 합금과 같은 저항발열물질을 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착법에 의해 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 전극(154)은 기판(110) 상에 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도전성이 양호한 금속물질을 역시 스퍼터링에 의해 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 히터(152)와 전극(154) 사이 및/또는 히터(152)와 전극(154) 위에는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 보호층이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 히터(152)와 전극(154)이 형성된 기판(110) 상에 제1 포토레지스트층(120)을 형성한다. 제1 포토레지스트층(120)은 기판(110)의 전 표면에 네거티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 한편, 제1 포토레지스트층(120)은 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어질 수도 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다. 상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로는 케톤계(ketone-based) 또는 이미드계(imide-based) 감광성 레진이 사용될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 포토레지스트는 토출되는 액적의 양을 커버할 수 있는 잉크챔버(도 4i의 146)의 높이에 상응하는 적정한 두께로 도포된다. 그리고, 상기 포토레지스트는 스핀 코팅 방법에 의해 기판(110) 상에 도포될 수 있다. 이와 같은 포토레지스트의 도포 방법은 이하에서 모두 동일하게 적용될 수 있다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 제1 포토레지스트층(120) 위에는 제2 포토레지스트층(130)이 형성된다. 제2 포토레지스트층(130)은 제1 포토레지스트층(120)의 전 표면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 상기 포토레지스트는 노즐(도 4i의 148)의 길이를 확보할 수 있고, 또한 잉크챔버(146) 내의 압력 변화를 견딜 수 있는 정도의 강도를 가지는 두께로 도포된다.
그리고, 상기 포토레지스트로는 잉크에 대해 화학적으로 안정한 네거티브형을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 포토레지스트는 후술되는 도 4f의 단계에서 상기 제1 포토레지스트층(120)의 노광을 위해 광학적으로 투명한 것이 보다 바람직하다. 이러한 자외선(UV) 감광성 포토레지스트로는 에폭시계(epoxy-based), 이미드계(imide-based) 또는 폴리아크릴레이트계(polyacrylate-based) 감광성 레진이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 자외선(UV) 감광성 포토레지스트로 이루어진 제2 포토레지스트층(130)을 노즐 패턴이 형성된 제1 포토마스크(160)를 사용하여 자외선(UV)에 노광시킨다. 이 노광 단계에서는, 300nm 이상의 파장을 가진 자외선(UV), 바람직하게는 I-line(356nm)과 G-line(436nm)을 포함하는 350nm ~ 450nm의 파장을 가진 자외선(UV)이 사용될 수 있다. 이 때, 제2 포토레지스트층(130) 아래의 제1 포토레지스트층(120)는 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어지므로, 상기 자외선(UV)에 대해서는 영향을 받지 않는다. 상기 노광 단계에서, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제2 포토레지스트층(130) 중에 자외선(UV)에 노광된 부위는 경화되어 내화학성 및 높은 기계적 강도를 가지게 된다. 반면에, 노광되지 않은 부분은 현상액(developer)에 의해 쉽게 용해되는 성질을 가진다.
이어서, 제2 포토레지스트층(130)을 현상하면, 도 4e에 도시된 바와 같이, 노광되지 않은 부분이 제거되면서 노즐(148)이 형성되고 노광에 의해 경화된 부위는 잔존되어 노즐층(130a)을 형성한다.
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어진 제1 포토레지스트층(120)을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제2 포토마스크(170)를 사용하여 원자외선(DUV)에 노광시킨다. 이 노광 단계에서는, 300nm 이하의 파장을 가진 원자외선(DUV), 바람직하게는 200nm ~ 300nm의 파장을 가진 원자외선(DUV)이 사용될 수 있다. 한편, 원자외선(DUV) 대신에 이 보다 짧은 파장을 가진 전자선이나 X선이 사용될 수도 있다. 이 때, 제1 포토레지스트층(120) 위에 형성된 노즐층(130a)은 (121) 이미 자외선(UV)에 노광되어 노즐(148)이 형성된 상태이므로, 원자외선(DUV)에 노광되어도 문제가 발생되지 않는다. 상기 노광 단계에서, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제1 포토레지스트층(120) 중에 원자외선(DUV)에 노광된 부위는 경화된다.
다음으로, 도 4g에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 배면에 잉크공급구(도 4i의 142)를 형성하기 위한 식각마스크(112)를 형성한다. 상기 식각마스크(112)는 기판(110)의 배면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 도 4h에 도시된 바와 같이, 상기 식각마스크(112)에 의해 노출된 기판(110)의 배면으로부터 기판(110)을 실리콘 식각에 의해 관통되도록 식각하여 잉크공급구(142)를 형성한 후, 식각마스크(112)를 제거한다. 구체적으로, 기판(110) 배면의 식각은 에칭액(etchant)으로서 테트라메틸 수산화암모늄(TMAH: Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 습식 식각 또는 플라즈마를 이용하는 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.
마지막으로, 제1 포토레지스트층(120)을 현상하면, 도 4i에 도시된 바와 같이, 제1 포토레지스트층(120) 중의 노광되지 않은 부분이 제거되면서 잉크챔버(146)와 리스트릭터(144)가 형성되고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존되어 유로형성층(120a)을 형성한다.
이로써, 도 4i에 도시된 구조를 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
한편, 위에서 제2 포토레지스트층(130)의 형성, 노광 및 현상 후에 제1 포토레지스트층(120)의 노광이 수행되는 것으로 설명되었지만, 제1 포토레지스층(120)의 노광은 제2 포토레지스트층(130)의 형성 전에 수행될 수도 있다. 그리고, 도 4f에 도시된 제1 포토레지스층(120)의 노광 단계에서, 도시된 것과는 역상의 제2 포토마스크를 사용할 수도 있으며, 이 경우에는 제1 포토레지스트층(120)은 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어지게 된다.
도 5a 내지 5h는 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제2 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
이하에서 설명되는 제2 실시예에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 간략하게 하거나 생략하기로 한다.
본 실시예에서는 전술한 제1 실시예와는 달리 포지티브형의 한 가지 포토레지스트, 즉 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트가 사용된다.
제2 실시예에 따른 제조방법을 단계별로 상세하게 설명하면, 먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(252)와, 상기 히터(252)에 전류를 공급하기 위한 전극(254)을 형성한다. 상기 기판(210), 히터(252) 및 전극(254)에 대한 구체적인 설명은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 생략한다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 히터(252)와 전극(254)이 형성된 기판(210) 상에 제1 포토레지스트층(220)을 형성한다. 제1 포토레지스트층(220)은 기판(210)의 전 표면에 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로는 케톤계(ketone-based) 또는 이미드계(imide-based) 감광성 레진이 사용될 수 있다. 상기 포토레지스트의 도포 두께와 도포 방법은 전술한 제1 실시예에서와 같다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어진 제1 포토레지스트층(220)을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크(260)를 사용하여 원자외선(DUV)에 노광시킨다. 이 노광 단계에서는, 300nm 이하의 파장을 가진 원자외선(DUV), 바람직하게는 200nm ~ 300nm의 파장을 가진 원자외선(DUV)이 사용될 수 있다. 한편, 원자외선(DUV) 대신에 이 보다 짧은 파장을 가진 전자선이나 X선이 사용될 수도 있다. 상기 노광 단계에서, 제1 포토레지스트층(220) 중에 원자외선(DUV)에 노광된 부위는 포지티브 포토레지스트의 특성상 현상액에 의해 쉽게 용해될 수 있도록 연화된다.
다음으로, 도 5d를 참조하면, 제1 포토레지스트층(220) 위에는 제2 포토레지스트층(230)이 형성된다. 제2 포토레지스트층(230)은 제1 포토레지스트층(220)의 전 표면에 다시 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 상기 포토레지스트의 도포 두께와 도포 방법은 제1 실시예에서와 같다.
다음으로, 도 5e에 도시된 바와 같이, 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로 이루어진 제2 포토레지스트층(230)을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크(270)를 사용하여 전술한 바와 같은 방법으로 원자외선(DUV)에 노광시킨다. 이 때, 제2 포토레지스트층(230) 아래의 제1 포토레지스트층(220)는 이미 원자외선(DUV)에 노광된 상태이므로 포지티브형 포토레지스트의 특성상 아무런 문제가 발생되지 않는다. 상기 노광 단계에서, 제2 포토레지스트층(230) 중에 원자외선(DUV)에 노광된 부위는 포지티브 포토레지스트의 특성상 현상액에 의해 쉽게 용해될 수 있도록 연화된다.
다음으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 기판(210)의 배면에 잉크공급구(도 5h의 242)를 형성하기 위한 식각마스크(212)를 형성한다. 상기 식각마스크(212)는 기판(210)의 배면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 식각마스크(212)에 의해 노출된 기판(210)의 배면으로부터 기판(210)을 실리콘 식각에 의해 관통되도록 식각하여 잉크공급구(242)를 형성한 후, 식각마스크(212)를 제거한다. 기판(210) 배면의 식각 방법은 전술한 제1 실시예에서와 같다.
마지막으로, 제1 포토레지스트층(220)과 제2 포토레지스트층(230)을 동시에 현상한다. 그러면, 도 5h에 도시된 바와 같이, 제1 포토레지스트층(220) 중의 노광된 부분이 제거되면서 잉크챔버(246)와 리스트릭터(244)가 형성되고, 노광되지 않은 부분은 잔존되어 유로형성층(220a)을 형성한다. 그리고, 제2 포토레지스트층(230) 중의 노광된 부분이 제거되면서 노즐(248)이 형성되고, 노광되지 않은 부분은 잔존되어 노즐층(230a)을 형성한다.
이로써, 도 5h에 도시된 구조를 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 그리고, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다. 또한, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 의하면, 자외선(UV)과 원자외선(DUV) 각각에 대해 감광성을 가진 한 가지 또는 두 가지의 포토레지스트를 사용하는 포토리소그라피 공정에 의해 별도의 희생층 없이 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조할 수 있게 된다. 따라서, 그 제조 공정이 보다 단순화되어 제조 비용과 제조 시간이 저감될 수 있으며 대량 생산에 유리하다.
그리고, 본 발명에 의하면 희생층에 기인하는 종래의 문제점이 해소되어, 프린트헤드의 제조 공정에 있어서 재현성 및 균일성이 향상되며, 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하다. 따라서, 잉크 유로의 미세한 형상을 설계 치수에 가장 근접하게 형성할 수 있으므로, 원하는 해상도와 잉크 토출 성능을 가진 잉크젯 프린트헤드를 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 열구동형 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 중 일례를 나타내 보인 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 중 다른 예를 나타내 보인 단면도들이다.
도 4a 내지 4i는 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제1 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
도 5a 내지 5h는 본 발명에 따른 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제2 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210...기판 120,220...제1 포토레지스트층
120a,220a...유로형성층 130,230...제2 포토레지스트층
130a,230a...노즐층 142,242...잉크공급구
144,244...리스트릭터 146,246...잉크챔버
148,248...노즐 152,252...히터
154,154...전극 160,260...제1포토마스크
170,270...제2 포토마스크
Claims (22)
- 잉크가 채워지는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크공급구와, 상기 잉크챔버와 잉크공급구를 연결하는 리스트릭터와, 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출하는 노즐과, 상기 잉크챔버 내에 마련되어 잉크를 가열하는 히터와, 상기 히터에 전류를 공급하는 전극을 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 있어서,(가) 기판 상에 상기 히터와 상기 전극을 형성하는 단계;(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;(다) 상기 제1 포토레지스트층 위에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;(라) 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 자외선(UV)에 노광시키는 단계;(마) 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 상기 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계;(바) 상기 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;(사) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계; 및(아) 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 상기 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 잉크가 채워지는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크공급구와, 상기 잉크챔버와 잉크공급구를 연결하는 리스트릭터와, 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출하는 노즐과, 상기 잉크챔버 내에 마련되어 잉크를 가열하는 히터와, 상기 히터에 전류를 공급하는 전극을 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 있어서,(가) 기판 상에 상기 히터와 상기 전극을 형성하는 단계;(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;(다) 상기 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;(라) 상기 제1 포토레지스트층 위에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;(마) 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 자외선(UV)에 노광시키는 단계;(바) 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 상기 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계;(사) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계; 및(아) 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 상기 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 기판은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트로서 네거티브형이나 포지티브형이 사용되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트는 케톤계와 이미드계 감광성 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트와 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 스핀 코팅 방법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 원자외선(DUV)은 200nm ~ 300nm 의 파장을 가진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 네거티브형 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 자외선(UV) 감광성 포토레지스트는 에폭시계, 이미드계 및 폴리아크릴레이트계 감광성 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 자외선(UV)은 350nm ~ 450nm 의 파장을 가진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 (사) 단계는,상기 기판의 배면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하는 단계와,상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 잉크공급구를 형성하기 위한 식각마스크를 형성하는 단계와,상기 식각마스크를 통해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 기판 배면의 식각은 테트라메틸 수삼화암모늄(TMAH)이나 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 습식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 기판 배면의 식각은 플라즈마를 사용하는 건식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 잉크가 채워지는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하기 위한 잉크공급구와, 상기 잉크챔버와 잉크공급구를 연결하는 리스트릭터와, 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출하는 노즐과, 상기 잉크챔버 내에 마련되어 잉크를 가열하는 히터와, 상기 히터에 전류를 공급하는 전극을 구비하는 일체형 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 있어서,(가) 기판 상에 상기 히터와 상기 전극을 형성하는 단계;(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;(다) 상기 제1 포토레지스트층을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;(라) 상기 제1 포토레지스트층 위에 포지티브형 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;(라) 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 원자외선(DUV), 전자선 및 X선 중 어느 하나에 노광시키는 단계;(마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계; 및(바) 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 현상하여, 상기 잉크챔버와 리스트릭터가 형성된 유로형성층과 상기 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 기판은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트는 케톤계와 이미드계 감광성 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 원자외선(DUV) 감광성 포토레지스트는 스핀 코팅 방법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 원자외선(DUV)은 200nm ~ 300nm 의 파장을 가진 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 (마) 단계는,상기 기판의 배면에 자외선(UV) 감광성 포토레지스트를 도포하는 단계와,상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 잉크공급구를 형성하기 위한 식각마스크를 형성하는 단계와,상기 식각마스크를 통해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크공급구를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 20항에 있어서,상기 기판 배면의 식각은 테트라메틸 수산화암모늄(TMAH)이나 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 습식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 20항에 있어서,상기 기판 배면의 식각은 플라즈마를 사용하는 건식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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