KR100612027B1 - 가교 폴리머를 이용한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린트헤드의 제조방법이 개시된다. 개시된 제조방법은, 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계와, 히터와 전극이 형성된 기판 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 패터닝하여 잉크 유로를 둘러싸는 유로형성층을 형성하는 단계와, 유로형성층이 형성되어 있는 기판 상에 도포와 패터닝을 적어도 2회 반복 수행하여 유로형성층에 의해 둘러싸인 공간 내에 상면이 평탄한 희생층을 형성하는 단계와, 유로형성층과 희생층 위에 가교 폴리머 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계와, 기판의 배면으로부터 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계와, 희생층을 제거하는 단계를 구비하는 것으로서, 상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 희생층의 상면을 평탄하게 형성할 수 있게 되므로, 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하여 잉크 유로의 균일성이 향상된다.

Description

가교 폴리머를 이용한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법{Method for manufacturing monolithic inkjet printhead using crosslinked polymer}

도 1은 열구동형 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구조를 도시한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2e는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법과 그 문제점을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a 내지 3r은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제1 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.

도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제2 실시예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.

도 5a는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면 사진이고, 도 5b는 그 부분 확대 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110,210...기판 120,220...유로형성층

121,221...제1 포토레지스트층 123,223...제1 희생층

124,224...제2 희생층 130,230...노즐층

131,231...제2 포토레지스트층 141,241...히터

142,242...전극 151,251...잉크공급구

152,252...리스트릭터 153,253...잉크챔버

154,254...노즐 161,162,163,263...포토마스크

171,271...식각마스크

본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가교 폴리머 레지스트 조성물을 사용하는 포토리소그라피 공정에 의해 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 프린트헤드이고, 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)과, 유로형성층(20) 위에 형성된 노즐층(30)으로 구성된다. 상기 기판(10)에는 잉크공급구(ink feed hole, 51)가 형성되어 있으며, 유로형성층(20)에 는 잉크가 채워지는 잉크챔버(ink chamber, 53)와, 상기 잉크공급구(51)와 잉크챔버(53)를 연결하는 리스트릭터(restrictor, 52)가 형성되어 있다. 상기 노즐층(30)에는 잉크챔버(53)로부터 잉크가 토출되는 노즐(54)이 형성되어 있다. 그리고, 기판(20) 상에는 잉크챔버(53) 내의 잉크를 가열하기 위한 히터(41)와, 상기 히터(41)에 전류를 공급하기 위한 전극(42)이 마련되어 있다.

이러한 구성을 가진 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 잉크는 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 공급구(51)와 리스트릭터(52)를 거쳐 잉크챔버(53) 내로 공급된다. 잉크챔버(53) 내에 채워진 잉크는 그 내부에 마련된 저항발열체로 이루어진 히터(41)에 의해 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버(53) 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 잉크챔버(53) 내의 잉크가 노즐(54)을 통해 액적의 형태로 잉크챔버(53) 밖으로 토출되는 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 가진 열구동형 잉크젯 프린트헤드는 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용하여 일체로 제조될 수 있으며, 그 제조 공정이 도 2a 내지 도 2e에 도시되어 있다.

먼저 도 2a를 참조하면, 소정 두께의 기판(10)을 준비한 후, 그 기판(10) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(41)와, 상기 히터(41)에 전류를 공급하기 위한 전극(42)을 형성한다.

그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전 표면에 네거티브 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 포토리소그라피 공정에 의해 잉크챔버와 리 스트릭터를 둘러싸는 형상으로 패터닝하여 유로형성층(20)을 형성한다.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 유로형성층(20)에 의해 둘러싸인 공간 내에 포지티브 포토레지스트를 채워서 희생층(S)을 형성한다. 구체적으로, 기판(10)의 전 표면에 포지티브 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의해 패터닝함으로써 희생층(S)을 형성하게 된다. 이 때, 포지티브 포토레지스트는 통상적으로 스핀 코팅 방식에 의해 코팅되므로, 원심력에 의해 그 상면이 편평하게 형성되지 않는다. 다시 설명하면, 포지티브 포토레지스트는 스핀 코팅시의 원심력에 의해, 도 2c에 2점 쇄선으로 표시된 바와 같이, 유로형성층(20)에 인접한 부위에서 위쪽으로 볼록하게 솟아 오르게 된다. 이와 같이 그 상면이 편평하지 않은 포지티브 포토레지스트를 패터닝하면, 희생층(S)은 그 가장자리 부위가 위쪽으로 뾰족하게 돌출된 형상을 가지게 된다.

다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 유로형성층(20)과 희생층(S) 위에 네거티브 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의해 패터닝하여 노즐(54)을 가진 노즐층(30)을 형성한다.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 배면을 습식 식각하여 잉크공급구(51)를 형성한 후, 잉크공급구(51)를 통해 희생층(S)을 제거하면, 유로형성층(20)에 리스트릭터(52)와 잉크챔버(53)가 형성된다.

그런데, 도 2d에 도시된 단계에서 희생층(S) 위에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 노즐층(30)을 형성할 때, 포지티브 포토레지스트로 이루어진 희생층(S)의 돌출된 가장자리부위가 네거티브 포토레지스트 내의 용매와 반응하여 변형되거나 녹아 내리는 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상이 발생하게 되면, 도 2e에 도시된 바와 같이, 유로형성층(20)과 노즐층(30) 사이에 캐비티(C)가 형성된다.

상기한 바와 같이, 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 의하면, 잉크 유로의 형상과 치수의 제어가 곤란하여 잉크 유로의 균일성을 확보하기 힘들고, 이에 따라 프린트헤드의 잉크 토출 성능이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 유로형성층(20)과 노즐층(30)이 완전히 밀착되지 못함으로써 잉크젯 프린트헤드의 내구성이 저하되는 문제점도 발생하게 된다.

그리고, 도 2d에 도시된 단계에서, 희생층(S) 위에 도포된 네거티브 포토레지스트는 노광, 현상 및 베이킹 공정을 거쳐 패터닝된다. 그런데, 노광 단계에서는 일반적으로 I-line(353nm), H-line(405nm) 및 G-line(436nm)을 포함하는 광대역(broadband)의 자외선이 사용되는데, 이 중에서 비교적 파장이 긴 H-line과 G-line은 그 투과 깊이(penetration depth)가 깊어서 노즐층(30)을 이루는 네거티브 포토레지스트 뿐만 아니라 그 아래의 희생층(S)을 이루는 포지티브 포토레지스에도 영향을 미치게 된다. 그리고, 가장 보편적으로 사용되는 포지티브 포토레지스는 자외선에 의해 조사되면 그 내부에 함유된 감광제가 광분해되어 질소(N₂) 가스가 발생하게 된다. 이와 같이 발생된 질소 가스는 베이킹 공정에서 팽창하면서 노즐층(30)을 밀어 올려 변형시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으 로, 특히 희생층의 상면을 평탄화함으로써 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하여 균일한 잉크 유로를 형성할 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 및 상기의 제조방법에 의하여 제조된 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,

(가) 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;

(나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 유로형성층을 형성하는 단계;

(다) 상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 포토리소그라피에 의한 패터닝을 2회 이상 수행하여, 상기 유로형성층에 의해 둘러싸인 공간 내에 상면이 평탄한 희생층을 형성하는 단계;

(라) 상기 유로형성층과 희생층 위에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 노즐층을 형성하는 단계;

(마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계; 및

(바) 상기 희생층을 제거하는 단계;를 구비하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,

상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 포함하는 잉크젯 프린트헤 드의 제조방법을 제공한다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은,

(가) 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계; (나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 유로형성층을 형성하는 단계; (다) 상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 포토리소그라피에 의한 패터닝을 2회 이상 수행하여, 상기 유로형성층에 의해 둘러싸인 공간 내에 상면이 평탄한 희생층을 형성하는 단계; (라) 상기 유로형성층과 희생층 위에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 사용하여 노즐층을 형성하는 단계; (마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계; 및 (바) 상기 희생층을 제거하는 단계;를 구비하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,

상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 포함하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.

본 발명에 의하면, 희생층의 상면을 평탄하게 형성할 수 있게 되므로, 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하여 잉크 유로의 균일성이 향상된다. 그리고, 희생층 내에 가스가 발생되지 않으므로, 가스에 의해 노즐층이 변형되는 종래의 문제점을 해소할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법에 관한 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명의 일구현예에 의하면, 상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 전구체 폴리머, 양이온성 광개시제, 및 용매를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일구현예에 의하면, 상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 전구체 폴리머를 활성선에 노광시킴으로써 가교 폴리머를 형성할 수 있다.

상기 전구체 폴리머는 페놀, ο-크레졸, ρ-크레졸, 비스페놀-A, 시클로지방족, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 골격 단량체로부터 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전구체 폴리머는 하기의 화학식 중 하나인 것이 바람직하다:

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4> <화학식 5>

,

<화학식 6>

상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이다.

양이온성 광개시제는 술포늄 염 또는 요오드 염인 것이 바람직하다.

용매는 α-부티로락톤, 프로필렌 글리콜 메틸 에틸 아세테이트(PGMEA), 테트라히드로퓨란(THF), 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로펜타논, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 태양에 의하면,

(가) 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계; (나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 유로형성층을 형성하는 단계; (다) 상기 유 로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 포토리소그라피에 의한 패터닝을 2회 이상 수행하여, 상기 유로형성층에 의해 둘러싸인 공간 내에 상면이 평탄한 희생층을 형성하는 단계; (라) 상기 유로형성층과 희생층 위에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 사용하여 노즐층을 형성하는 단계; (마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계; 및 (바) 상기 희생층을 제거하는 단계;를 구비하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,

상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 포함하는 제조방법에 의하여 제조된 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 잉크젯 프린트헤드의 챔버층과 희생층 사이의 단차는 3㎛ 미만인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 챔버와 노즐층을 구성하고 있는 가교 폴리머는 글리시딜 에테르 관능기를 복수개 갖는 페놀 노볼락 수지인 전구체 폴리머를 가교시키는 것에 의하여 제조된다. 글리시딜 에테르 다관능기는 일반적으로 페놀 수산기의 수소 원자인 위치에 배치된다.

이관능성 에테르 관능기를 갖는 에폭시 수지를 이하에서 설명한다.

이관능성 에테르 관능기를 갖는 에폭시 수지는 낮은 가교밀도로 막을 형성할 수 있다.

가교 폴리머 형성용 조성물 총중량의 5 내지 50중량%일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 20중량%이다.

이관능성 수지의 종류로는 이에 한정되지는 않지만 예를 들어, Shell Chemical사로부터 입수가능한 EPON 828, EPON 1004, EPON 1001F, 또는 EPON 1010 등을 들 수 있으며, Dow Chemical사로부터 입수가능한 DER-332, DER-331, 또는 DER-164 등을 들 수 있드며, 또한 Union Carbide사로부터 입수가능한 ERL-4201 또는 ERL-4289 등을 들 수 있다.

다관능성 에테르 관능기를 갖는 에폭시 수지를 이하에서 설명한다.

다관능성 에테르 관능기를 갖는 에폭시 수지는 높은 가교밀도로 막을 형성할 수 있다. 이로 인하여 해상도가 증가하며 잉크나 용매에 대한 팽윤(swelling) 현상을 방지할 수 있다. 다관능성 에폭시 수지의 함량은 0.5 내지 20중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 5중량%이다.

다관능성 에폭시 수지의 종류로는 이에 한정되지는 않지만 예를 들어, Shell Chemical로부터 입수가능한 EPON SU-8 등이 있으며, Dow Chemical사로부터 입수가능한 DEN-431 또는 DEN-439 등을 들 수 있드며, 또한 Daicel Chemical사로부터 입 수가능한 EHPE-3150 등을 들 수 있다.

페놀 노볼락 수지의 적절한 골격 단량체의 예로는 페놀이 포함될 수 있다. 얻어지는 글리시딜 에테르 관능기화 노볼락 수지는 하기의 화학식 1로 표시된다.

<화학식 1>

또한, 페놀 노볼락 수지에 적절한 골격 단량체의 예로는 페놀의 분지 구조를 갖는 ο-크레졸, ρ-크레졸도 포함될 수 있다. 얻어지는 글리시딜 에테르 관능기화 노볼락 수지는 하기의 화학식 2 및 화학식 3의 구조를 갖는다.

<화학식 2>

<화학식 3>

또한, 페놀 노볼락 수지에 적절한 골격 단량체의 예로는 비스페놀 A도 포함될 수 있다. 얻어지는 글리시딜 에테르 관능기화 노볼락 수지는 하기의 화학식 5 및 화학식 6의 구조를 갖는다.

<화학식 5> <화학식 6>

,

단량체의 반복단위 n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.

광개시제는 일반적으로 광 노광시에 중합을 개시하는 이온 또는 자유 라디칼을 발생한다. 광개시제의 함량은 가교결합 조성물의 총중량을 기준으로 하여 1.0 내지 10중량%이고, 바람직하게는 1.5 내지 5중량%이다. 상기 함량이 1.0중량% 미만인 경우에는 하고 10중량%를 초과하는 경우에는 하여 바람직하지 못하다.

광개시제의 예로는 VA족, VI족 원소의 방향족 할로늄염, 오늄염 등이고, 이는 각각 Union Carbide사로부터 입수가능한 UVI-6974 등이 있으며, 또한 Asahi denka사로부터 구입할 수 있는 SP-172 등이 있다.

방향족 설포늄염의 구체적인 예로는 테트라플루오로 붕산 트리페닐 설포늄, 테트라플루오로 붕산 메틸 디페닐 설포늄, 헥사플루오로 인산 디메틸 페닐 설포늄, 헥사플루오로 인산 트리페닐 설포늄, 헥사플루오로 안티몬산 트리페닐 설포늄, 또는 헥사플루오로안티몬산 페닐메틸 벤질 설포늄 등이다.

방향족 요오드염의 구체적인 예로는 이에 한정되지 않지만, 테트라플로오로 붕산 디페닐 요오도늄, 헥사플루오로 안티몬산 디페닐 요오도늄, 또는 헥사플루오로 안티몬산 부틸페닐 요오도늄 등이다.

적절한 용매의 예로는 γ-부티로락톤, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 테트라히드로퓨란, 메틸 에틸 케톤, 메틸 브틸 케톤, 및 이의 혼합물 등이 포함된다. 상기 용매의 적합한 함량은 가교 결합 조성물의 총중량을 기준으로 하여 20 내지 90중량%이고, 바람직하게는 45 내지 75중량%이다.

기타 첨가제로서 광증감제, 실란 커플링제, 충진제, 점도개질제 등을 사용할 수 있다.

증감제는 빛 에너지를 흡수하고 다른 화합물에의 에너지 전달을 용이하게 하고 이것에 의하여 라디칼 또는 이온 개시제를 형성할 수 있다. 증감제는 노광에 유용한 에너지 파장 범위를 확대하는 경우가 많고, 전형적으로는 방향족의 광흡수 발색단이다. 또한 라디칼 또는 이온의 광개시제를 형성을 유도할 수 있다.

증감제가 존재하는 경우에는 가교 결합 조성물 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량% 존재하는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 3r은 본 발명에 따라서 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 가교시키는 잉크젯 프린트헤드 제조방법의 바람직한 제1 실시예를 단계적으로 나타낸 단면도들이다.

먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(141)와, 상기 히터(141)에 전류를 공급하기 위한 전극(142)을 형성한다.

여기에서, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다.

그리고, 상기 히터(141)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(142)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(141)와 전극(142) 위에는 실리콘 산화막 또는 실 리콘 질화막으로 이루어진 보호층이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 히터(141)와 전극(142)이 형성되어 있는 기판(110) 상에 제1 가교 폴리머 레지스트층(121)을 형성한다. 상기 제1 가교 폴리머 레지스트층(121)은 후술하는 단계에서 잉크챔버와 리스트릭터를 둘러싸는 유로형성층(도 5d의 120)을 이루게 된다. 제1 가교 폴리머층(121)은 기판(110)의 전 표면에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 가교 폴리머 레지스트 조성물에 대해서는 상기 기술한 바와 같다. 이 때, 상기 레지스트 조성물은 토출되는 액적의 양을 커버할 수 있는 잉크챔버의 높이에 상응하는 적정한 두께로 도포된다. 그리고, 상기 레지스트 조성물은 스핀 코팅 방법에 의해 기판(110) 상에 도포될 수 있다.

이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제1 가교 폴리머층(121)을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크(161)를 사용하여 활성선(actinic radiation), 바람직하게는 자외선(UV)에 노광시킨다. 상기 노광 단계에서, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제1 가교 폴리머층(121) 중에 UV에 노광된 부위는 경화되어 내화학성 및 높은 기계적 강도를 가지게 된다. 반면에, 노광되지 않은 부분은 현상액(developer)에 의해 쉽게 용해되는 성질을 가진다.

이어서, 제1 가교 폴리머층(121)을 현상하면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 노광되지 않은 부분은 제거되어 공간을 형성하고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존하여 유로형성층(120)을 형성한다.

도 3e 내지 도 3l에 도시된 단계들은 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 공간 내에 희생층(S)을 형성하는 단계들을 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 희생층(S)은 두 번의 포지티브 포토레지스트의 도포 및 패터닝 단계와 한 번의 평탄화 단계를 통해 그 상면이 평탄하게 형성된다.

상세하게 설명하면, 도 3e에 도시된 바와 같이, 유로형성층(120)이 형성되어 있는 기판(110)의 전 표면에 포지티브 포토레지스트를 스핀 코팅 방법에 의해 소정 두께로 도포하여 제1 희생층(123)을 형성한다. 이 때, 포지티브 포토레지스트는 돌출된 유로형성층(120)에 의해 위쪽으로 볼록하게 솟아 오르게 되므로, 제1 희생층(123)의 상면은 편평하지 않게 된다. 그리고, 도 3f에 도시된 바와 같이, 제1 희생층(123)을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제2 포토마스크(162)를 사용하여 자외선(UV)에 노광시킨다. 상기 노광 단계에서, 포지티브 포토레지스트로 이루어진 제1 희생층(123) 중에 UV에 노광된 부위는 현상액(developer)에 의해 쉽게 용해되는 성질로 변하게 된다. 따라서, 제1 희생층(123)을 현상하면, 도 3g에 도시된 바와 같이, 제1 희생층(123) 중에 노광되지 않은 부위만 잔존하게 되고, 노광된 부위는 제거된다.

다음으로, 도 3h에 도시된 바와 같이, 유로형성층(120)과 제1 희생층(123)이 형성되어 있는 기판(110)의 전 표면에 다시 포지티브 포토레지스트를 스핀 코팅 방법에 의해 소정 두께로 도포하여 제2 희생층(124)을 형성한다. 이 때, 제2 희생층(124)은, 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 공간 내에 미리 채워진 제1 희생층(123)에 의해, 그 상면이 평탄하게 형성될 수 있다.

그리고, 도 3i에 도시된 바와 같이, 제1 희생층(123)의 노광시에 사용된 제2 포토마스크(162)를 사용하여 제2 희생층(124)을 자외선(UV)에 노광시킨다. 이어서, 제2 희생층(124)을 현상하여 제2 희생층(124) 중에 노광되지 않은 부위을 제거한다. 그러면, 도 3j에 도시된 바와 같이, 제1 희생층(123)과 제2 희생층(124)으로 이루어지고 그 상면이 평탄한 희생층(S)이 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 공간 내에 형성된다.

다음으로, 도 3k에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(S)을 자외선(UV)에 노광시킨다, 이 때의 노광 단계는, 포토마스크를 사용하지 않는 블랭크 노광(blank exposure)에 의해 의루어질 수 있다. 그리고, 노광 시간과 광의 세기를 제어하여 희생층(S)이 유로형성층(120)의 상면과 동일한 레벨까지 노광되도록 한다. 이어서, 현상에 의해 희생층(S) 중의 노광된 부위를 제거하면, 도 3l에 도시된 바와 같이, 희생층(S)의 높이가 낮아져 유로형성층(120)과 같은 높이를 가지게 된다.

위에서는, 제1 희생층(123)의 도포, 노광 및 현상 단계 후에, 제2 희생층(124)의 도포, 노광 및 현상 단계와, 블랭크 노광 및 현상 단계를 거쳐 희생층(S)을 형성하는 것으로 도시되고 설명되었다. 그러나, 상기 희생층(S)은 위에서 설명한 순서와는 다른 순서에 의해서도 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 희생층(123)의 도포, 노광 및 현상 단계 후에, 제2 희생층(124)을 도포한 다음 블랭크 노광을 먼저 실시할 수 있다. 이어서, 현상에 의해 제2 희생층(124)과 제1 희생층(123)을 유로형성층(120)의 높이와 같은 높이로 잔존시킨다. 다음으로, 제2 포토마스크(162)를 사용한 노광과 현상 단계를 거치게 되면, 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 희생층 (S)만 남게 된다.

한편, 상기 희생층(S)은 다음과 같은 단계를 거쳐 형성될 수도 있다. 제1 희생층(123)의 도포, 노광 및 현상 단계 후에, 제2 희생층(124)을 도포한 다음 제2 포토마스크(162)를 사용한 노광 단계와 블랭크 노광 단계를 수행한다. 이 때, 두 번의 노광 단계는 그 순서가 바뀔 수도 있다. 이어서, 노광된 부위를 현상하여 제거하면, 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 희생층(S)만 남게 된다.

그리고, 위에서는 상면이 평탄한 희생층(S)을 형성하기 위해 두 번의 포지티브 포토레지스트의 도포 단계를 거치는 것으로 설명되었으나, 원하는 희생층(S)의 두께에 따라 세 번 또는 그 이상의 포지티브 포토레지스트의 도포 단계를 거칠 수도 있다. 이 경우, 포지티브 포토레지스트의 도포 횟수에 따라 포지티브 포토레지스트의 노광 및 현상 횟수도 증가하게 된다.

다음으로, 상기한 단계들을 거쳐 유로형성층(120)과 희생층(S)이 형성되어 있는 기판(110) 상에, 도 3m에 도시된 바와 같이, 제2 가교 폴리머층(131)을 형성한다. 상기 제2 가교 폴리머층(131)은 후술하는 단계에서 노즐층(도 3o의 130)을 이루게 되므로, 유로형성층(120)과 마찬가지로 잉크에 대해 화학적으로 안정한 성질을 가진 가교 폴리머 레지스트 조성물로 이루어진다. 제2 가교 폴리머층(131)은 기판(110)의 전 표면에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 스핀 코팅 방법에 의해 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 이 때, 상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 노즐의 길이를 충분히 확보할 수 있으며, 잉크챔버 내의 압력 변화를 견딜 수 있는 정도의 강도를 가질 수 있는 두께로 도포된다.

그리고, 전 단계에서 희생층(S)의 상면이 유로형성층(120)의 상면과 동일한 높이로 평탄하게 형성되므로, 상기 제2 포토레지스트층(131)을 이루는 네거티브 포토레지스트와 희생층(S)을 이루는 포지티브 포토레지스트 사이의 반응에 의해 희생층(S)의 가장자리 부위가 변형되거나 녹아 내리는 종래의 문제점이 발생하지 않는다. 따라서, 상기 제2 포토레지스트층(131)은 유로형성층(120)의 상면에 완전하게 밀착되게 형성될 수 있다.

도 5a와 도 5b는 상기한 제조방법에 의해 제조된 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면 사진으로서, 도 5a와 도 5b를 보면, 유로형성층(120)과 노즐층(130) 사이에 캐비티가 발생하지 않았음을 알 수 있으며, 노즐층(130)이 유로형성층(120)의 상면에 완전히 밀착되어 있음을 알 수 있다.

다음으로, 도 3n에 도시된 바와 같이, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제2 가교 폴리머층(131)을 노즐 패턴이 형성된 제3 포토마스크(163)를 사용하여 노광시킨다. 이어서, 제2 가교 폴리머층(131)을 현상하면, 도 3o에 도시된 바와 같이, 노광되지 않은 부분이 제거되면거 노즐(154)이 형성되고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존하여 노즐층(130)을 형성한다. 상기 노광 단계에서는 활성선(actinic radiation)에 의해 수행된다. 구체적으로는 I-line(353nm) 이하의 파장을 가진 자외선이나, 이 보다 짧은 파장을 가진 전자선(e-beam) 또는 X선을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 비교적 짧은 파장을 가진 광을 사용하여 노광하면, 광의 투과 깊이가 짧아져서 제2 가교 폴리머층(131) 아래의 희생층(S)은 노광에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 포지티브 포토레지스트로 이루어진 희생층(S) 내에 질소 가스가 발생하지 않게 되므로, 질소 가스에 의해 노즐층(130)이 변형되는 종래의 문제점이 발생하지 않는다.

다음으로, 도 3p에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 배면에 잉크공급구(도 3q의 151)를 형성하기 위한 식각마스크(171)를 형성한다. 상기 식각마스크(171)는 기판(110)의 배면에 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트를 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.

이어서, 도 3q에 도시된 바와 같이, 상기 식각마스크(171)에 의해 노출된 기판(110)의 배면으로부터 기판(110)을 관통되도록 식각하여 잉크공급구(151)를 형성한 후, 식각마스크(171)를 제거한다. 구체적으로, 기판(110) 배면의 식각은 플라즈마를 이용하는 건식 식각에 의해 이루어질 수 있다. 한편, 기판(110) 배면의 식각은 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 KOH를 사용하는 습식 식각에 의해 수행될 수도 있다.

마지막으로, 용매를 사용하여 희생층(S)을 제거하면, 도 3r에 도시된 바와 같이, 희생층(S)이 제거된 공간에 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 잉크챔버(153)와 리스트릭터(152)가 형성된다.

이로써, 도 3r에 도시된 바와 같은 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 또한 상기 제조방법에 의하면, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 챔버층과 희생층 사이의 단차는 3㎛ 미만인 것이 바람직하다.

이하에서는, 도 4a 내지 4f를 참조하며 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 바람직한 제2 실시예를 단계적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 간략하게 하거나 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 있어서, 기판(210) 상에 희생층(S)을 형성하는 단계까지는 전술한 제1 실시예에서의 도 3a 내지 도 3i에 도시된 단계와 거의 동일하다. 개략적으로 설명하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(210)을 준비한 후, 상기 기판(210) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(241)와, 상기 히터(241)에 전류를 공급하기 위한 전극(242)을 형성한다. 다음으로, 히터(241)와 전극(242)이 형성된 기판(210) 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 소정 두께로 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 제1 가교 폴리머층인 유로형성층(220)을 형성한다. 이 때, 상기 유로형성층(220)은 원하는 잉크챔버의 높이보다 약간 낮도록 형성될 수 있다. 그리고, 유로형성층(220)이 형성되어 있는 기판(210)의 전 표면에 포지티브 포토레지스트를 스핀 코팅 방법에 의해 소정 두께로 도포하여 제1 희생층(223)을 형성한 후, 이를 노광 및 현상에 의해 패터닝한다. 이어서, 기판(210)의 전 표면에 다시 포지티브 포토레지스트를 스핀 코팅 방법에 의해 소정 두께로 도포하여 제2 희생층(224)을 형성한 후, 이를 노광 및 현상에 의해 패터닝한다. 그러면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 희생층(223)과 제2 희생층(224)으로 이루어지고 그 상면이 평탄한 희생층(S)이 유로형성층(220)에 의해 둘러싸인 공간 내에 형성된다.

상기한 제2 실시예의 희생층(S) 형성 단계에 있어서, 상기 희생층(S)을 이루는 포지티브 포토레지스트로는 이미드계(imide-based) 포지티브 포토레지스트가 사용되며, 희생층(S)의 높이를 유로형성층(220)의 높이와 같은 높이로 낮추기 위한 블랭크 노광과 이에 따른 현상 단계는 거치지 않는다. 이미드계 포지티브 포토레지스트는 현상 후에 대략 140℃의 온도에서 하드 베이킹(hard baking) 공정을 필요로 하지만, 네거티브 포토레지스트에 함유된 용매에 의해 영향을 받지 않는 성질과 노광되어도 질소 가스를 발생시키지 않는 성질을 가진다. 이에 대해서는 후술하는 단계에서 다시 설명하기로 한다.

다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 유로형성층(220)과 희생층(S)이 형성되어 있는 기판(210) 상에 제2 가교 폴리머층(231)을 형성한다. 상기 제2 가교 폴리머층(231)은 후술하는 단계에서 노즐층(도 4d의 230)을 이루게 되므로, 잉크에 대해 화학적으로 안정한 성질을 가진 네거티브 포토레지스트로 이루어진다. 상기 제2 가교 폴리머층(231)의 구체적인 형성 방법은 제1 실시예와 동일하다.

그리고, 본 실시예에서 희생층(S)이 유로형성층(220)보다 높게 돌출되도록 형성된다 할지라도, 희생층(S)이 이미드계 포지티브 포토레지스트로 이루어져 있으므로, 전술한 바와 같이 제2 가교 폴리머층(231)을 이루는 네거티브 포토레지스트에 함유된 용매에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 희생층(S)의 가장자리 부위가 변형되거나 녹아 내리는 종래의 문제점이 발생하지 않는다.

다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 네거티브 포토레지스트로 이루어진 제2 가교 폴리머층(231)을 노즐 패턴이 형성된 포토마스크(263)를 사용하여 노광시킨다. 이어서, 제2 가교 폴리머층(231)을 현상하면, 도 4d에 도시된 바와 같이, 노광되지 않은 부분이 제거되면거 노즐(254)이 형성되고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존하여 노즐층(230)을 형성한다.

본 실시예에 있어서, 희생층(S)을 이루는 이미드계 포지티브 포토레지스트는 전술한 바와 같이 노광되어도 질소 가스를 발생시키지 않는 성질을 가지므로, 질소 가스에 의해 노즐층(230)이 변형되는 종래의 문제점이 발생하지 않는다. 상기 노광 단계는 활성선에 의해 수행된다. 구체적으로는 I-line(353nm) 뿐만 아니라 H-line(405nm) 및 G-line(436nm)을 포함하는 광대역(broadband)의 자외선이 사용될 수 있으며, 또한 이 보다 짧은 파장을 가진 전자선(e-beam) 또는 X선이 사용될 수도 있다.

다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 기판(210)의 배면에 식각마스크(271)를 형성한 후, 상기 식각마스크(271)에 의해 노출된 기판(210)의 배면으로부터 기판(210)을 관통되도록 건식 또는 습식 식각하여 잉크공급구(251)를 형성한다. 상기 식각마스크(271)와 잉크공급구(251)의 구체적인 형성 방법은 제1 실시예와 동일하다.

마지막으로, 용매를 사용하여 희생층(S)을 제거하면, 도 4f에 도시된 바와 같이, 희생층(S)이 제거된 공간에 유로형성층(220)에 의해 둘러싸인 잉크챔버(253)와 리스트릭터(252)가 형성된다.

이로써, 도 4f에 도시된 바와 같은 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.

본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청 구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

실시예

레지스트 조성물 제조 1

크실렌(Samchun Chemical Co.로부터 구입가능) 50ml 및 SP-172(Asashi Eenka Korea Chemical Co.로부터 구입가능) 10ml을 용기에 가하였다. 다음으로, 상기 용기에 EHPH-3150 에폭시 수지(Daicel Chmical Co.로부터 구입가능) 90g을 가한 다음 상기 용액을 24시간 동안 교반하였다.

레지스트 조성물 제조 2

시판되고 있는 EPON SU-8 의 레지스트 용액을 MicroChem Co.로부터 구입하고, 이를 그대로 사용하였다. 시판 용액은 하기와 같다: 25 내지 50중량%의 γ-부티로락톤, 1 내지 5중량%의 탄산 프로필렌 중의 헥사플루오로안티몬산 트리아릴설포늄염 및 헥사플루오로 안티몬산 p-티오페녹시페닐디페닐 설포늄의 혼합물이다.

본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 의하면, 가교 폴리머 레지스트 조성물을 이용하여 희생층의 상면을 평탄하게 형성하게 할 수 있다. 본 발명에 따르면, 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하여 잉크 유로의 균일성이 향상되므로, 잉크젯 프린트헤드의 잉크 토출 성능이 향상된다. 또한, 유로형성층과 노즐층이 완전하게 밀착될 수 있으므로, 프린트헤드의 내구성이 향상된다.

그리고, 본 발명에 의하면 노즐층 형성을 위한 포토리소그라피 단계에서 희생층 내에 가스가 발생되지 않으므로, 가스에 의해 노즐층이 변형되는 종래의 문제 점을 해소할 수 있다. 이에 따라, 잉크 유로의 균일성이 보다 향상될 수 있다.

Claims (9)

1. (가) 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;

   (나) 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 유로형성층을 형성하는 단계;

   (다) 상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 포토리소그라피에 의한 패터닝을 2회 이상 수행하여, 상기 유로형성층에 의해 둘러싸인 공간 내에 상면이 평탄한 희생층을 형성하는 단계;

   (라) 상기 유로형성층과 희생층 위에 가교 폴리머 레지스트 조성물을 패터닝하여 노즐층을 형성하는 단계;

   (마) 상기 기판의 배면으로부터 상기 기판을 관통되도록 식각하여 잉크공급구를 형성하는 단계; 및

   (바) 상기 희생층을 제거하는 단계;를 구비하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,

   상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 페놀 노블락 수지인 전구체 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 전구체 폴리머, 양이온성 광개시제, 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전구체 폴리머는 페놀, ο-크레졸, ρ-크레졸, 비스페놀-A, 시클로지방족, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 골격 단량체로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전구체 폴리머는 하기의 화학식 중 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법:

   <화학식 1>

   

   <화학식 2>

   

   <화학식 3>

   

   <화학식 4> <화학식 5>

   

   ,

   

   <화학식 6>

   

   상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이다.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 가교 폴리머 레지스트 조성물은 상기 전구체 폴리머를 활성선에 노광시킴으로써 가교되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 양이온성 광개시제는 술포늄 염 또는 요오드 염인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 용매는 α-부티로락톤, 프로필렌 글리콜 메틸 에틸 아세테이트(PGMEA), 테트라히드로퓨란(THF), 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로펜타논, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 잉크젯 프린트헤드.
9. 제 8항에 있어서,

   챔버층과 희생층 사이의 단차가 3㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.

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