KR100563356B1 - 유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법 - Google Patents

유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

성형 오리피스를 반도체 기재(20)에 채용하는 장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 저속 가교결합 물질층(35)이 반도체 기재(20)상에 도포된다. 이 저속 가교결합 물질층(35)에 오리피스 화상(42)과 유체 웰 화상(43)이 전사된다. 오리피스 화상(42)이 배치되는 저속 가교결합 물질층(34)의 부분은, 유체 웰 화상(43)이 반도체 기재(20)에 오리피스 개구를 규정하도록 배치된 저속 가교결합 물질층(34) 부분을 따라 현상된다.

Description

유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법{DIRECT IMAGING POLYMER FLUID JET ORIFICE}
도 1a는 바람직한 실시예에 따른 단일 오리피스의 평면도,
도 1b는 기본 구조를 도시하는 오리피스의 등축 단면도,
도 2a 내지 도 2h는 정상 위치(in-situ) 오리피스를 형성하는 바람직한 실시예에 따른 공정 단계를 도시하는 단면도로서, 도 1a의 A-A선에 따라 취한 도면,
도 3a는 다수의 오리피스를 도시하는 프린트 헤드의 평면도,
도 3b는 도 3a에 도시한 프린트 헤드의 저면도,
도 4는 본 발명을 채용할 수도 있는, 프린트 헤드를 이용하는 프린트 카트리지의 도면,
도 5는 본 발명을 채용할 수도 있는, 프린트 헤드를 갖는 프린트 카트리지를 사용하는 프린터 메카니즘의 도면,
도 6a는 본 발명의 변형예를 형성하는데 사용되는 마스크 패턴의 도면,
도 6b는 본 발명의 바람직한 실시예를 사용하는 가능한 마스크 패턴의 도면,
도 7a는 본 발명의 바람직한 실시예의 평면도,
도 7b는 재도입 오리피스를 형성하는데 사용되는 재도입 차원을 도시하는 본 발명의 바람직한 실시예의 측면도,
도 8은 바람직한 실시예의 재도입 오리피스의 높이비를 기초로한 재충전 시간과 초과량의 설계 변경을 나타내는 그래프,
도 9a 내지 도 9g는 정상 위치 오리피스의 단일층 변형예를 형성하는 공정 단계를 도시하는 도면,
도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 사용된 다밀도 레벨의 마스크를 형성하는 공정 결과의 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 반도체 기재 30 : 유체 이송 슬롯
32 : 에너지 소모 요소 34 : 상부 오리피스층
35 : 하부 오리피스층 42 : 오리피스 화상
43 : 유체 웰 화상 44 : 유체 이송 채널
50 : 박막층
본 발명은 일반적으로 열 잉크젯 프린팅에 관한 것으로, 특히 직접 화상 기술(direct imaging techniques)을 사용하여 에폭시, 폴리이미드 또는 다른 음 활성 광레지스트 물질(negative acting photoresist material)로 구성되는 정밀한 중합체 오리피스를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
열 잉크젯 프린터는, 통상적으로 프린터를 통과하여 이송되는 종이 또는 다른 매개물의 폭을 가로질러 앞뒤로 횡단하는 캐리지상에 장착된 프린트 헤드를 갖는다. 프린트 헤드는 종이와 대면하는 오리피스(노즐이라고도 함) 어레이를 구비한다. 잉크(또는 다른 유체) 충전 채널은 잉크 저장소로부터 오리피스에 잉크를 공급한다. 쉽게 접근가능한 에너지 소모 요소(레지스터 등)에 개별적으로 가해진 에너지는 오리피스내의 잉크를 가열하여 잉크에 기포가 발생하게 하여 잉크를 종이를 향해 오리피스 밖으로 분출하게 한다. 당해 기술분야의 숙련자들은 에너지를 잉크 또는 유체에 전달하는 다른 방법이 있으며, 이들은 본 발명의 요지, 보호범위 및 원리에 속한다는 것을 이해할 것이다. 잉크 분출시에, 기포가 터지며 저수통으로부터 더 많은 잉크가 채널을 충전하여 잉크를 반복적으로 분출할 수 있다.
잉크젯 프린트 헤드의 종래의 설계는 잉크를 종이에 배향하는 정확성에 있어서 그리고 작동 수명과 제조에 있어서 문제점을 가진다. 종래에 제조된 프린트 헤드는 기재, 배리어 표면(배리어 인터페이스는 잉크를 레지스터로 이동시키며 화이어링 챔버 체적을 형성한다. 배리어 인터페이스 물질은 기재상에 적층되고, 노광, 현상 및 경화되는 두꺼운 감광성 물질이다) 및 오리피스판(오리피스판은 배리어 인터페이스에 의해서 규정된 화이어링 챔버의 배출로이다. 오리피스판은 니켈(Ni)로 본질적으로 전기주조되며 그 다음에 내부식성을 위해서 금(Au), 팔라듐(Pd) 및 다른 귀금속으로 피복된다. 오리피스판의 두께와 오리피스 개구의 직경은 화이어링시 방울의 반복 분사가 가능하게 제어된다)을 포함한다. 제조 동안에는, 오리피스판을 배리어 인터페이스 물질을 갖는 기재에 정렬할 때는 특별한 정밀도가 요구되고, 부착을 위한 특별한 접착제를 필요로 한다. 오리피스판이 말리거나 또는 접착제에 의해 오리피스판이 배리어 인터페이스에 정확히 결합되지 않으면, 잉크 방출의 궤적에 대한 제어가 나빠지며 프린트 헤드의 수율 또는 수명이 감소된다. 프린트 헤드의 정렬이 정확하지 않거나 또는 오리피스판이 움푹 들어가면(그 평탄화에 불균일 발생), 잉크는 적절한 궤적으로부터 멀리 분사될 것이며 프린트물의 화상 품질이 감소한다. 종래 구성의 프린트 헤드에서는 오리피스판이 독립된 단품이기 때문에, 제조중의 말림 현상이나 걸림 현상을 막기 위해서 필요한 두께는 오리피스 보어의 높이(오리피스판의 두께에 관련)가 열 효율을 위한 필요치보다 클 것을 요구한다. 일반적으로, 많은 프린트 헤드를 수용하는 반도체 웨이퍼상의 단일 프린트 헤드 다이에는 단일 오리피스판이 부착된다. 오리피스판 전체가 한번에 전체 반도체 웨이퍼를 가로질러 배치되게 하는 공정을 갖는 것이 생산성을 증가시킬 뿐만 아니라 오리피스 위치의 정확성을 보장하는 데 바람직하다.
화이어링 챔버내의 잉크가 오리피스판의 외부 에지까지 오리피스 보어를 충전한다. 따라서, 오리피스 보어내의 잉크의 높이가 증가하는 것에 관련된 또 다른 문제는 잉크를 분사하는데 더 많은 에너지가 필요하다는 것이다. 또한, 양질의 광 인쇄는 고 분해능 및 그에 따라 더 작은 잉크 방울을 요구한다. 또한, 각각의 방울로 분출되는 잉크의 양이 더 적어짐에 따라, 프린트 헤드가 고정 프린트 속도로 프린트 매체 표면 위를 일회 통과할 때 소정의 패턴을 형성하기 위해서는 더 많은 오리피스가 프린트내에 요구된다. 프린트 헤드가 증가된 오리피스의 수로 인해 과열되는 것을 방지하기 위해서는, 오리피스당 사용되는 에너지의 양이 감소되어야 한다.
게다가, 과거의 프린트 헤드의 수명은 겨우 필요한 조건을 충족할 정도였다. 프린트 헤드는 잉크 공급이 중단된 후 교체되는 일회용 팬의 일부분이었다. 그러나, 소비자가 양질을 요구할수록 수년에 걸쳐 영구적인 저가의 수명이 긴 프린트 헤드를 필요하게 되었으며 본 발명은 이러한 기대를 실현하게 한다.
반도체 기재에 성형 오리피스를 채용하는 장치 및 성형 오리피스를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 제 1 물질층이 반도체 기재상에 도포되고 그 다음에 제 2 물질층이 제 1 물질층상에 도포된다. 오리피스 화상이 제 1 물질층에 전사되고 그 다음 유체 웰 화상이 제 2 물질층에 전사된다. 오리피스 화상이 배치된 제 2 물질층의 일부분이, 유체 웰이 배치되어 기재에 오리피스를 형성하는 제 1 물질층의 일부분을 따라 전사된다.
오리피스 챔버의 체적은 오리피스 화상 형상과 제 2 물질층의 두께에 의해서 정해진다. 유체 웰 챔버의 체적은 유체 웰 화상 형상과 제 1 물질층의 두께로 정해진다.
본 발명은 기재의 표면상에 다층 샌드위치형 광 화상층을 형성하고 Ni 오리피스판 또는 배리어 인터페이스 물질을 필요치 않는 신규의 중합체 오리피스 제조 공정에 관한 것이다. 여기서, 각각의 광 화상층은 소정의 에너지 강도에 따라 다른 가교 결합률을 갖는다. 또한 본 발명은 탑-모자형(top-hat shaped)(내측으로 배향됨) 재도입 프로파일 오리피스를 제조하는 데 광 화상층을 사용하는 설계 토폴로지에 관한 것이다. 탑-모자형 오리피스는 액적 분사 특성(drop ejection characteristics)을 최적화하는 공정 파라미터를 변화시킴으로써 재단될 수 있다. 이 탑-모자형 설계 토폴로지는 직선 벽 또는 선형의 테이퍼진 구성물에 대해 몇가지 장점을 제공한다. 유체 방울을 분사하는 탑-모자형 재도입 오리피스 챔버는 유체 웰 챔버와 오리피스 챔버로 쉽게 형성된다. 각각의 챔버의 영역과 형상은, 오리피스로부터 알 수 있는 바와 같이 패턴화 마스크 또는 마스크의 세트로 규정된다. 마스크는 도입부의 직경, 배출구의 직경 및 오리피스층 두께 또는 높이에 기초한 화이어링 챔버 용적을 제어할 수 있다. 오리피스 챔버의 높이와 유체 웰 챔버의 높이는 개별적으로 제어되어 최적의 공정 안정성과 최적의 설계 범위를 허용한다. 형상, 영역 및 오리피스와 유체 웰 챔버의 높이를 제어함으로써, 설계자는 방울의 크기, 방울 형상을 제어할 수 있으며 블로우백(blowback : 방울 분사 방향과 반대 방향으로 확장되는, 잉크를 배출하는 기포 부분)의 영향을 감쇠시킨다. 또한, 이 탑-모자형 토폴로지는 유체를 오리피스로 이송하는 유체 이송 슬롯을 유체를 분사하는 데 사용되는 에너지 소모 소자로부터 더 멀리 떨어지게 배치하여 기포가 유체 공급로를 도입되어 방해할 가능성을 감소시킨다.
직접 화상 중합체 오리피스는, 보통 약간의 상이한 용해율을 갖는 2개 이상의 음 활성 광레지스트 물질층을 포함한다. 이 용해율은 분자량, 물리적 조성 및 광학 밀도가 다른 각층의 다른 물질에 기초한다. 2층을 사용하는 예시적인 공정에 있어서, 가교 결합을 위해 500 mJoul/㎠의 전자기장 에너지의 강도를 필요로 하는 "저속" 광레지스트가 기재상에 가해진다. 유체-젯 프린트 헤드에 있어서, 이 기재는 그 표면에 도포된 박막층의 적층체 상태인 반도체 물질로 구성된다. 가교결합을 위해 100 mJoul/㎠의 전자기장 에너지의 강도를 필요로 하는 "고속" 광레지스트가 저속 광레지스트층상에 가해진다. 경화 후, 기재의 광레지스트층은 매우 높은 강도인 적어도 500 mJoul/㎠의 전자기장 에너지로 마스크를 통해서 노광되어 유체 웰 챔버를 형성한다. 이러한 강도는 상층과 하부층 양자를 가교-결합하기에 충분하다. 그 다음에, 기재의 광레지스트층은 낮은 강도인 100 mJoul/㎠의 전자기장 에너지로 또다른 마스크를 통해서 노광되어 오리피스 챔버를 형성한다. 제 2 노광의 강도는 오리피스 개구 아래에 위치한 저속 광레지스트인 하부 오리피스층을 가교결합하지 않을 만큼 충분히 낮다는 것이 중요하다.
중합체 물질은 박막의 토포그래피 표면을 평탄화할 수 있기 때문에 IC 산업에 널리 공지되어 있다. 실험적인 데이터로 오리피스판의 토포그래피 변화가 1미크론내에서 유효할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 특징은 일정한 방울 궤적을 제공하기 위해 중요하다.
또한, 음(-) 활성 포토레지스트 특성(negative acting photoresist properties)을 갖는 많은 다양한 중합체 물질이 있다. 이들 중합체 물질의 예로서 폴리이미드, 에폭시, 폴리벤즈옥사졸(polybenzoxazol), 벤조사이클로부텐 및 졸 겔(sol gel)이 있다. 당해 기술분야의 숙련자들은 다른 음 활성 광레지스트 중합체 물질이 있으며 이들이 본 발명의 요지 및 보호범위안에 해당됨을 알 수 있을 것이다. 광 염료(오렌지 #3, ∼2중량%)를 투광성 중합체 물질에 첨가함으로써, 저속 광레지스트가 염료가 거의 들어가 있지 않거나 소량 들어간 고속 광레지스트로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서는 중합체층을 박층 염료로 피복할 수도 있을 것이다. 저속 광레지스트를 제조하는 또 다른 방법은 분자량, 파장 흡수율 및 현상율이 다른 중합체를 혼합하는 단계와 염료를 사용하는 단계를 포함한다. 당해 기술분야의 숙련자들은 중합체의 광감성을 낮추는 다른 방법이 있으며 이들이 본 발명의 요지 및 보호범위안에 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 사용하는 단일 오리피스(42)(또는 노즐 또는 구멍이라 함)의 평면도를 도시한다. 상부 오리피스층(34)은 광 화상 에폭시(IBM에서 개발된 SU8 등) 또는 광 화상 중합체(당해 기술분야에 공지된 OCG 등)와 같은 고속 가교결합 중합체로 구성된다. 상부 오리피스층(34)은 오리피스(42)의 구멍의 형상과 높이를 정하는 데 사용된다. 이 오리피스층내에는 유체 이송 슬롯(30)과 유체 웰(43)이 가려져 있다. 잉크와 같은 유체가 유체 이송 슬롯(30)을 통해서 유체 웰(43)로 유동하여 에너지 소모 소자(32)에 의해서 가열되어 유체 기포를 형성하는데, 이 유체 기포는 오리피스(42)로부터 잔류 유체를 강제로 분사한다. 점선 A-A는 이후의 단면도에 대한 방향을 나타낸다.
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도 1b는 완전 일체형 열(FIT) 유체젯 프린트 헤드의 도 1a에 도시한 단일 오리피스의 등축 단면도이다. 하부 오리피스층(35)은 각층이 개별적으로 가공되고 반도체 기재(20)의 표면상에 결합된 박막층(50)의 적층체의 상면위에 도포된다. 예시적인 오리피스는 16㎛ 직경의 오리피스(42), 42㎛ 길이의 유체 웰(43) 및 20㎛ 폭의 유체 웰(43), 6㎛ 두께의 상부 오리피스층(34) 및 6㎛ 두께의 하부 오리피스층(35)을 가질 수 있을 것이다. 반도체 기재(20)는 박막층(50) 적층체가 도포된 후 에칭되어 유체 이송 채널(44)을 형성하며, 이것은 유체를 유체 이송 슬롯(30)(도시하지 않음)에 공급한다. 유체 이송 슬롯(30)은 박막층(50)의 적층체내에 형성되어 있다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 변형예를 제조하는 데 사용되는 여러 가지 단계를 도시한다. 도 2a는 박막층(50)의 적층체를 형성하도록 처리된 후의 반도체 기재(20)를 도시하는데, 이것에는 에너지 소모 요소(32)가 구비되어 있다. 박막층(50) 적층체는 그 전체 두께에 걸쳐 유체 이송 슬롯(30)이 연장되도록 처리되어 있다.
도 2b는 저속 가교결합 중합체로 구성된 하부 오리피스층(35)이 박막층(50)적층체의 상부에 도포된 후의 반도체 기재(20)를 도시한다. 저속 가교 중합체가 칼 수스 케이지(Karl Suss KG)에 의해 제조된 것과 같은 종래의 스핀 코팅 장치를 사용하여 도포된다. 스핀-코팅 장치와 관련된 스핀-코팅 공정은 저속 가교결합 중합체(35)가 유체 이송 슬롯(30)과 박막층(50)의 적층체 표면을 채울 때 평탄 표면이 형성되게 할 수 있다. 스핀 코팅의 예시적인 공정은, 스핀 코팅 장치가 100rpm/s의 가속도로 70rpm에서 20초의 확산 시간 동안 유지될 때 반도체 웨이퍼상에 레지스트층을 확산하는 것이다. 웨이퍼는 100rpm/s의 감속도로 회전을 멈추고 10초 동안 정지한다. 웨이퍼는 300rpm/s의 가속도로 30초 동안 1060 rpm에서 회전되어 전체 웨이퍼에 걸쳐 레지스트층을 확산시킨다. 또 다른 중합체 도포 공정은 압연 코팅, 커튼 코팅, 사출 코팅, 스프레이 코팅 및 딥-코팅을 들 수 있다. 당해기술분야의 숙련자들은 중합체층을 기재에 도포하는 다른 방법이 존재하며 이들이 본 발명의 요지와 보호범위안에 해당됨을 이해할 것이다. 저속 가교 결합 중합체는 광학 염료(오랜지 #3,∼2중량% 등)를 투광성 광 화상 폴리이미드 또는 광 화상 에폭시 중합체 물질에 혼합함으로써 제조된다. 염료를 첨가함으로써, 물질을 가교결합하기 위한 소망 전자기장 에너지의 양이 무-염료(non-dye) 혼합 물질에 비해서 더 크다.
도 2c는 고속 가교결합 중합체로 이루어진 상부 오리피스층(34)을 하부 오리피스층(35)상에 도포한 결과를 도시한다.
도 2d는 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)에 가해지는 강한 전자기선(11)의 강도를 도시한다. 전자기 복사선에 의해서 공급되는 에너지는 노광되는 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35) 모두를 가교결합하기에 충분해야 한다(× 표시된 영역으로서 도 2d, 도 2e 및 도 2f에 도시됨). 바람직한 실시예에 있어서, 이 단계는 +9㎛의 포커스 오프셋을 갖는 300mJoules의 에스브이지 미크랄린 장치(SVG Micralign)를 사용하여 이루어진다. 이 단계는 오리피스에 유체 웰(43)의 형상과 영역을 정한다.
도 2e는 낮은 강도의 전자기 에너지(12)를 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)에 가하는 새로운 공정 단계를 도시한다. 이 단계(강도 또는 노광 시간을 제한하거나 또는 양자의 조합에 의해서)동안 사용되는 총에너지는 고속 가교 중합체를 상부 오리피스층(34)에 가교결합하기에 충분하다. 이 바람직한 실시예에 있어서, 이 단계는 +3㎛의 포커스 오프셋을 갖는 60.3mJoules에 설정된 에스브이지 미크랄린 장치를 사용하여 이루어진다. 이 단계는 오리피스 개구(42)의 형상과 영역을 규정한다.
도 2f는 바람직한 실시예의 노광 공정을 도시한다. 도 2d에서와 같이 유체 웰을 형성하는 하나와, 도 2e에서와 같이 오리피스 개구(42)를 형성하는 다른 하나의 마스크를 사용하는 대신에, 단 하나의 마스크를 사용한다. 이러한 시도는 두 개의 개별 마스크를 사용할 때에 발생 가능한 오정렬을 감소시킨다. 이 마스크는 밀도가 다른 마스크를 형성하는 오리피스 개구당 3개의 밀도가 다른 영역(도 6a와 도 6b를 참조)으로 구성된다. 일 영역은 전자기 에너지에 대해서 기본적으로 불투광성이다. 제 2 영역은 전자기 에너지에 대해서 부분적으로 투광성이다. 제 3 영역은 전자기 에너지에 대해서 완전 투광성이다.
제 1 영역을 통해 높은 강도의 전자기 에너지(11)가 마스크를 통과함으로써, 광 화상 물질이 제거되지 않아야 하는 오리피스층을 완전히 가교결합ㆍ형성시킨다. 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35) 모두 가교결합되어 현상중의 제거가 방지된다. 제 2 영역은 낮은 강도의 전자기 에너지(12)만이 상부 오리피스층(34)을 가교결합시키고 가교결합되지 않은 하부 오리피스층(35)의 제 2 영역 아래의 물질은 제거하게 한다. 제 3 영역(완전 투광성)은 오리피스 개구(42)의 형상과 영역을 정하는 데 사용된다. 전자기 에너지가 이 제 3 영역을 전혀 통과하지 못하기 때문에, 마스크의 불투광성 제 3 영역 아래의 가교 결합 중합체는 노광되지 않으므로 후에 현상될 때 제거될 것이다.
도 2g는 유체-이송 슬롯(30)내의 물질을 포함하여 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)의 물질이 제거되는 현상 공정 단계를 도시한다. 예시적인 공정은 7110 솔리텍(Solitec) 현상기를 사용하여 NMP ＠ 1krpm, 8 sec mix IPA & NMP ＠ 1krpm, 10 sec. IPA ＠ 1krpm, 60 second spin ＠ 2krpm으로 70 sec 현상된다.
도 2h는 테트라메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMAH) 배면 에칭 공정[미국 캘리포니아주 샌프란시스코에서 1991년 6월 24일부터 28일 사이에 개최된 제 6 회 고체 상태 센서 및 액츄에이터(변환기 '91) 국제 컨퍼런스에서 발표된 유.슈나켄버그(U. Schnakenburg), 더블유 베네케(W. Benecke) 및 피 랑게(P. Lange) 공저의 기술 책자, 실리콘 마이크로머시닝용 TMAHW 에칭재, pp.815-818 참조]을 실행하여 유체 이송 채널(44)을 형성한 이후의 결과를 도시하는데, 상기 유체 이송 채널(44)은 유체 이송 슬롯(30)내로 개방됨으로써, 유체가 유체 웰 채널(43)로 도입되어 궁극적으로 오리피스 개구(42) 밖으로 분사되게 한다.
도 3a는 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)에 복수개의 오리피스 개구(42)를 포함하는 예시적인 프린트 헤드(60)를 나타낸다. 오리피스층은 박막층(50)의 적층체상에 가해져 반도체 기재(20)상에서 처리되었다.
도 3b는 유체 이송 채널(44)과 유체 이송 슬롯(30)이 드러나는 프린트 헤드(60)의 대향 측부를 도시한다.
도 4는 프린트 헤드(60)를 사용하는 프린트 카트리지(100)의 바람직한 실시예를 도시한다. 이러한 프린트 카트리지는 휴렛-팩카드 캄파니로부터 입수가능한 HP51626A와 유사한 것일 수 있다. 프린트 헤드(60)는 전기적 접점(102)으로부터 프린트 헤드(60)로의 제어 신호를 결합하는 플렉스-회로(106)상에 결합된다. 유체는 유체 저수통(104)안에 고정되며, 이것은 예시적인 유형의 스폰지(108)와 급수탑(도시안함)으로 구성되는 유체 이송 조립체이다. 유체는 스폰지(108)에 저장되어 급수탑을 통해서 프린트 헤드(60)로 이송된다.
도 5는 도 4의 프린트 카트리지(100)를 사용하는 Hewlett-Packard Deskjet 340(C 2655A)과 유사한 예시적인 액체 제트 레코딩 장치(300)를 도시한다. 매개물(330)(페이퍼 등)이 매개물 트레이(310)로부터 취출되어 프린트 캐리지(100)의 횡방향 길이를 따라 매개물 이송 기구(260)에 의해서 이송된다. 프린트 캐리지(100)는 캐리지 조립체(340)상의 매개물(330)의 폭을 따라 이송된다. 매개물 이송 기구(260)와 캐리지 조립체(340)가 함께 매개물(330)을 이송하는 이송 조립체를 형성한다. 매개물(330)은 그 위에 인쇄가 실행되고 나면 매개물 출력 트레이(320)상에 배출된다.
도 6a는 한 개의 다밀도 레벨의 마스크(140)를 도시한다. 이것은 본 발명의 변형예로 오리피스 개구(42)를 형성하는 데 사용된다. 불투광성 영역(142)은 오리피스 개구(42)의 형상과 영역을 정하는 데 사용된다. 부분 불투광성 영역(144)은 유체 웰의 형상과 영역을 정하는 데 사용된다. 불투광성 영역(146)은 전자기 에너지에 대해서 본질적으로 투광성을 나타내며 마스크의 이 영역이 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)의 영역을 정한다. 현상 공정을 최적화하기 위해서 불투광성 영역(142)의 형상이 부분 불투광성 영역(144)의 기하 형상에 일치된다.
도 6b는 불투광성 영역(152)의 기하 형상이 부분 불투광성 영역(154)의 기하 형상과 다른 한 개의 다밀도 마스크(150)의 바람직한 실시예를 도시한다. 이 기술은 직접 화상법으로 인하여 가능하며 유체 웰 형상과 오리피스 개구 형상을 개별적으로 형성하게 한다. 이 기술은 유체 웰의 최적의 설계로 고속 재충전율, 고 기포 블로백 퍼센티지 및 프린트 헤드상의 다수의 오리피스의 최대 밀도를 허용한다. 유체 방울은 오리피스로부터 분사될 때에 주몸체 형상과 이송 테일을 가지며, 이들이 조합되어 방울 체적을 형성한다. 직접 화상법은 오리피스 개구(42)를 최적으로 설계하여 분사되는 유체의 적절한 체적과 적절한 테일 형상 및 오리피스 안에 존재시의 적절한 유체 형상을 제공하는데, 유체가 오리피스 안에 존재시에 적절한 형상을 가지면 매개물로 비행하는 경로상에서의 유체의 분산이 최소화된다. 불투광성 영역(156)은 본질적으로 전자기 에너지에 대해 투광성이며, 마스크의 이 영역은 가교결합되어 현상시 제거되지 않을 상부 오리피스층(34)과 하부 오리피스층(35)의 영역을 정한다. 본 실시예에 있어서, 예시적인 마스크는 불투광성 영역(156)에 대해서는 기본적으로 100%의 투광률을, 부분 불투광성 영역에 대해서는 기본적으로 20%의 투광률을, 그리고 투광성 영역(152)에 대해서는 기본적으로 0%의 투광률을 가질 것이다.
서로 상이한 형상들을 갖게 함으로써 유체 이송 슬롯(30)이 에너지 소모 요소(32)로부터 보다 멀리 배치되어 방울의 블로백을 그대로 받아들일 가능성이 감소되고 따라서 오리피스를 통해 내부로 공기가 주입되는 것이 제한된다.
게다가, 유체 웰과 오리피스 개구의 개별 형상 제어와 함께 하부 오리피스층(35)과 상부 오리피스층(34) 양자의 두께를 제어함으로써 오리피스 구조에 대한 전반적인 설계가 달성될 수 있다.
도 7a는 예시적인 오리피스 구조의 평면도를 도시한다. 오리피스 개구(174)는 원형이며 유체 웰(172)은 직사각형 형상이다. 도 7b는 도 7a의 사시선 BB의 오리피스 측면도를 도시한다. 상부 오리피스층(168)은 상부 오리피스 높이(162)를 가지며, 이 높이는 오리피스 개구(174) 영역에 따라 오리피스 챔버(176)의 체적을 결정한다. 하부 오리피스층(170)은 하부 오리피스 높이(164)를 가지며, 이것은 유체 웰(172)을 따라 유체 웰 챔버(180)의 체적을 결정한다. 전체 오리피스 높이(166)는 상부 오리피스 높이(162)와 하부 오리피스 높이(164) 양자의 합이다. 상부 오리피스 높이(162)에 대한 하부 오리피스 높이(164)의 비율은 매우 중요한 파라미터인 높이비를 규정한다.
높이비 = 하부 오리피스 높이 / 상부 오리피스 높이
이 높이비는 그 후미 테일의 길이와 관련된 분사 방울의 초과량(overshoot) 체적과, 유체 분사후 유체로 오리피스를 채우는 데 필요한 재충전 시간 모두를 제어한다.
도 8은 16㎛의 직경, 42㎛의 유체 웰 길이 및 20㎛의 폭을 갖는 예시적인 오리피스에 대한 높이비 대 재충전 시간과 높이비 대 초과량 체적의 영향을 나타내는 그래프이다. 프린트 헤드의 설계자는 이 그래프를 사용하여 소망 분사 방울 형상의 층 두께를 선택하는 것이 가능할 것이다.
도 9a 내지 도 9e는 저속 가교결합 중합체의 단일층을 사용하고 분리층을 형성하는 방법으로서, 저속 가교결합 중합체 물질에 전자기 에너지가 저노광 및 과노광된 본 발명의 변형예에 따른 공정을 도시한다.
도 9a는 에너지 소모 소자(32)와 유체 이송 슬롯(30)을 갖는 박막층(50)의 적층체가 그 위에 도포되어 있는 가공처리된 반도체 기재(20)를 도시한다.
도 9b는 저속 가교결합 물질층(33)이 박막층(50)의 적층체상에 도포되어 유체 이송 슬롯(30)을 충전하고 있는 것을 도시한다.
도 9c는 오리피스 개구를 정하는 전자기 에너지(12)의 저 투여량에 대한 저속 가교결합 중합체층(34)의 노광을 도시한다. 노광 투여량은 저속 가교결합 중합체를 저노광하고 소망 깊이로 가교결합시키기에만 충분하다. 예시적인 노광은 60.3mJoules이다.
도 9d는 유체 웰 챔버가 존재하여야 하는 부분을 제외한, 저속 가교 중합체층(34) 전부를 과노광하고 가교결합시키기에 충분한 고 투여량을 사용한 저속 가교결합 중합체층(34)의 노광을 도시한다.
도 9e는 도 9c와 도 9d에서 사용된 공정 단계에 대한 변형예로서, 전자기 에너지의 투여량을 다르게 하기 위해 다밀도 레벨을 갖는 단일 마스크를 사용하여 저속 가교결합 중합체층(34)을 노광하는 공정 단계를 도시한다. 이 기술은 오리피스 개구(42)와 유체 웰 챔버(43)의 정밀한 정렬을 제공하며 또한 공정 단계의 수를 감소시킨다.
도 9f는 가교결합되지 않은 물질이 유체 웰 챔버와 오리피스 챔버로부터 제거되는 현상 공정을 도시한다. 이 오리피스 챔버는 재도입 테이퍼를 다소 가지는데, 이는 염료 또는 거기 혼합된 다른 물질이 전자기 에너지의 침투시 전자기 에너지를 감쇠시키기 때문에 발생하는 저속 가교결합 중합체층(34)의 깊이 방향으로 덜 가교결합되는 물질에 의해 발생한다.
도 9g는 유체 이송 슬롯(30)으로 개방된 유체 이송 채널(44)을 형성하는 배면 TMAH 에칭 공정 후의 마무리 결과를 도시한다.
도 10a 내지 도 10e는 오리피스층에 구멍을 형성하기 위해서 단일 마스크 제조 공정안에 사용된 다밀도 레벨의 마스크를 제조하는 데 사용되는 공정 단계의 결과를 도시한다.
도 10a는 오리피스층의 형성에 사용된 광 화상 중합체를 노광하는 데 사용되는 전자기 에너지에 투광성 수정 기재(200)를 도시한다.
도 10b는 그 위에 반투광성 유전체 층(210)이 도포된 수정 기재(200)를 도시한다. 그러한 예시적인 물질로서는 산화철(FeO2)이 있다. 반투광성 유전체 층(210)상에 불투광성 물질층(220)이 도포되는데, 예시적인 물질로서는 크롬이 있다. FeO2와 크롬은 모두 종래의 전자 빔 증발기를 사용하여 적층될 수 있다. 음 활성 포토레지스트층은 불투광성 물질 층(220)상에 도포되며, 전자기 에너지에 노광되고, 또 유체 웰 챔버의 형상과 크기를 정하는 광레지스트 영역(230)이 남겨지게 현상된다.
도 10c는 수정 기재(200)를 종래의 방법으로 에칭한 후의 결과를 도시한다. 불투광성 물질(220)이 크롬으로 구성될 때, 예시적인 에칭 공정은 표준 KTI 크롬 에칭 배스(bath)이다. 수정 기재(200)는 그 때 또 다른 종래의 에칭 공정으로 처리되어 반투광성층(212)를 형성하는 반투광성 유전체(210)를 제거한다. FeO2가 반투광성 유전체(210)로서 사용될 때의 예시적인 에칭 공정은 SF6 또는 CF4 플라즈마를 사용하는 플라즈마 에칭이다. 잔류 광레지스트(230)는 그 때 벗겨진다.
도 10d에서, 또 다른 광레지스트가 수정 기재(200)에 도포되어 오리피스 개구 형상과 영역을 규정하도록 노광된 후에 오리피스 패턴(240)을 형성하도록 현상된다.
도 10e는 오리피스 패턴(240)이 설치되지 않은 불투광성층(222)을 제거하도록 에칭 공정 처리하여 불투광성층의 오리피스 개구 패턴(224)를 형성한 후의 수정 기재(200)를 도시한다. 크롬인 불투광성 물질에 대한 예시적인 에칭 공정은 반투광성 유전체 층(212)이 에칭 공정에서 부식되지 않도록 습윤 화학 에칭이다.
직접 화상 중합체 오리피스 공정은 단순하며, 비용이 적게 들고, 기존 장치를 사용하며 종래의 열 유체 제트 기술와 상용가능하다. 이것은 설계 융통성을 제공하며 오리피스의 정밀한 크기 제어로 오리피스와 유체 웰 기하형상의 독립적인 제어를 허용한다. 다밀도 레벨의 마스크 설계는 단일 노광에 의해서 오리피스와 유체 웰의 본질적인 정렬을 제공함으로써 수율과 견실성(consistency)을 개선할 수 있다.
여러가지 재도입 오리피스 형상이 도시되어 있지만, 다른 재도입 형상이 전술한 기술을 사용하여 가능하며 본 발명의 정신과 범위안에 속한다.
본 발명은 선명한 칼라 포토그래픽 인쇄에 요구되는 정밀 유체 제트 방향 제어 및 더 정밀한 분해능에 대한 필요성을 해결한다. 또한, 본 발명은 프린트 헤드의 제조를 간단히 하며, 제조 비용을 저감하며, 체적 운용율을 향상시키며 프린트 헤드의 질, 신뢰성 및 컨시스턴시를 향상한다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예 및 그 변형예는 프린트 헤드로부터 배출되는 유체의 다른 특성을 이용하거나 또는 부가의 문제를 해결하도록 형성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 다수의 유체 이송 슬롯(30)을 가지는 제 1 표면과 제 2 표면을 구비한 반도체 기재(20)를 포함하는 유체 제트 프린트 헤드로서, 상기 다수의 유체 이송 슬롯(30)은 상기 반도체 기재(20)를 관통해 연장되어 상기 제 2 표면상의 다수의 유체 이송 채널(44)에 결합되는 유체 제트 프린트 헤드를 제조하는 방법에 있어서,
    상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)을 상기 반도체 기재(20)의 제 1 표면상에 도포하는 단계와,
    상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)을 도포된 상기 상대적으로 저속의 가교결합 물질층(35)층상에 도포하는 단계와,
    상기 상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)과 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35) 양자를 가교결합시키는 상대적으로 고 투여량의 패턴화 전자기장 에너지로 상기 상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)과 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)을 노광하여 패턴화된 유체 웰(43)을 형성하는 단계와,
    상기 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)을 제외한 상기 상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)을 가교결합시키는 상대적으로 저 투여량의 패턴화 전자기장 에너지로 상기 상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)과 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)을 노광하여 패턴화된 오리피스(42)를 형성하는 단계와,
    상기 패턴화된 유체 웰(43)과 상기 패턴화된 오리피스(42)를 현상하는 단계를 포함하는
    유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대적으로 저속의 가교결합 물질(35)은 광화상 중합체와 광학 염료의 개별 층들, 광화상 중합체와 광학 염료의 혼합물, 그리고 광화상 중합체를 포함하는
    유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    광화상 중합체는 광화상 에폭시인
    유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)은 8 내지 34미크론의 두께를 갖는
    유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대적으로 고속의 가교결합 중합체층(34)과 상기 상대적으로 저속의 가교결합 중합체층(35)은 다밀도 레벨의 마스크를 통해 상기 상대적으로 고 투여량의 패턴화 전자기장 에너지와 상기 상대적으로 저 투여량의 패턴화 전자기장 에너지로 노광되는
    유체 제트 프린트 헤드의 제조 방법.
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